化工原理大题

1、第四章习题2. 燃烧炉的内层为 460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的 绝缘砖。若炉的内表面温度 t1为1400 C ,外表面温度t3为100 C。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为10.9 000°7t ,绝缘砖的导热系数为2 0.3 0.0003t。两式中t可分别取为各层材料的平均温度，单位为C ,A单位为W/(m C )。解：设两砖之间的界面温度为1400 t2460 10 3/(0.9 0.0007tl t?bi2，由1t2t32 ，得t2 100230 10 3/(0.3 0.0003t2949°C热通量0.40/0.

2、97 0.0007t1 t2 1400 949168SW/m23. 直径为60mm 3mm,钢管用30mm厚的软木包扎,其外又用100mm厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢 管外壁面温度为-110 C ,绝热层外表面温度10 C。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m),试求每米管长的冷量损失量。解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：Q t 上3丄店丄d2 1r12 2r21100 101 1 , 160InIn2 3.14 0.043302 3.14 0.00076025W/m负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。4. 蒸汽管道外包扎有

3、两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层 的两倍。若将二层材料互换位置，假定其他条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合 ?解：设外层的平均直径为dm2，内层平均直径为dm1，则d m22dm1由导热效率方程知:Q=VtbbVtVtdmiLbb5bi dmiL2 i2dmiL4i2Sm2两层材料位置互换后:"dmiLbQq_5i.25所以：Qq4即：qVtbb21 dmiLi 2dmiLi.25q两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较为合适6.

4、在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为19mm 2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m2 C ),管外油侧对流传热系数为258W/(m2 C )。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026 m2C / W,油侧污垢热阻为0.000176 m2 C / W。管壁导热系数入为45 W/(m C )。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：(1)总传热系数k°k。Rs0bdo r 鱼dmdidoidi0.000176258208W/ m2 °C0.002 1945 17190.0002

5、6 (2)产生污垢后热阻增加的百分数为:0.000176 0.00028191512080.000176 0.000281915100。 11.8。.7:在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15C和40C ,油的进、出口温度分别为150C和100C。现因 生产任务要求油的出口温度降至80C ,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为 1m试求此换 热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可 忽略。解：平均温度差为Vtm(150 15) (100 40)In1356092.5°C.由热量恒算可得:We”t2 匕40 15WUpc T1 T2 1

6、50 100当油的出口温度降到 80 C时，由热量恒算:Q WnCpn(150 80) WCCpc(t2'15).解得:t?'50oC.Vt(150 15) (80 50),135In300oC.由传热速率方程分别可得:原换热器:WnCpn(150100)kSotmk n dLWncpn( 150 80) ksVtm k n dL92.5.70.新换热器:70 92.5 150701.85m.&重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243 C和128 C ;终温分别为167 C和157 C。若维 持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时

7、流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下 流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽 略。解：以上标'表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：Q' koVtm' WnCpn(Ti T2) 驱卩血tjQ koVtm WnCpn® T?) WCpcg)两式相除:Vtm'112t2t1(T1T2')&' 1)Vtmt T2 t2 t1(T1T2)(t2G(1)(T1T2)(t2匕)(243 167)(157 128)47(T1T2)(T2 tjVt2Vt1Vt2 Vt1Vtm而Vt1 Vt2 .Vt1InVt2V

8、t2 Vt1(243.Vt2InVt1128) (167 ,115In10157)3°CInVt2Vt1471所以：Vt2 Vt1Vt2 Vt143解得：Vt2/ Vt12.98.即：(243t2)2.98 (T2 128)t22.98(T2128) 243(2)由（2）、（ 3）式得:由(1)式得:243 167243 T2157 128t2 128t2 0.38 (243 T2)128(3)t2 161.3oC.T2 155.4° CVtm所以：Vt2 Vt1Vti(243 161.3) (155.4 128)1.09349.7°C9.在下列各种管壳式换热器中

9、，某种溶液在管内流动并由 20 C加热到50 C。加热介质在壳方流动，其进、出口温度分 别为100C和60C ,试求下面各种情况下的平均温度差。(1) 壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。(2) 壳方和管方分别为单程和四程的换热器。(3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。VtmVt2 Vt14Vt1(100 50) (60 20)44 8oC由对数平均温度差知道：4050200.375(2 )100 20100 6050 201.33查温度差校正系数图得：Vt0.9VtmVt Vtm0.9 44.840.3°C(3)由R、P值查流程温差校正系数图得:Vt0.98所以：

10、VtmVt Vtm 0.98 44.843.9oC11在一管壳式换热器中，用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱 和液体。苯蒸气的体积流量为1650m3/h,常压下苯的沸点为80.1 C ,汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为20 C ,流量为36000kg/h,水的平均比热容为 4.18kJ/(kg)。若总 传热系数K0为450W/(m2C ),试求换热器传热面积S0。假设换热器的热损失可忽略。解：换热器的传热面积SoQkoVtmQ Wsr Vs rPMRT101330 788.315 1 03 (278 80.1)2.69kg/m31650 2.693600394 1034.86 105w

11、其中: 冷水出口温度可由热量衡算求得。即:Q WeCpt2 tjt24.86 105 360036000 4.18 10320 31.6oCVtm(80.1 20) (80.1 31.6)80.1 20In -54.1oC80.1 31.6So则：4.86 10520m2450 54.112 .在一传热面积为50m2的单程管亮式换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h,温度由20C升至38C。溶液的温度由110 C降至60C。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度不变的情况下,冷水出口温度增到 45 C。试估算换热器清洗前传热面两侧的 总污垢热阻。假设：(

12、1)两种'情况下，流体物性可视为不变, 水的平均比热容可取为4.17kJ/(kg ) ; (2)可按平壁处理，两种工况下i和 °分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损失解：先求清洗前的总传热系数 K.Vtm(11° 38) (8° 2°)11° 38 In6° 2°54.4°C所以:QSVtm33000 4.187 1°3 (38 20)360° 50 54.4254w/(m2 °C)再求清洗后总传热系数 K° ,由热量衡算求溶液的出口温度T2WQpc(t2 1) 110

13、pn110 6038 20(45 20)40.6°CVtm38.6°C(110 45) (40.6 20),110 45 In40.6 2033000 4.187 103 (45 20)3600 50 38.6497w/(m2 °C)若传热面两侧的总污垢热阻为尺.则有:Rs12541 丄i 497由此得:Rs 1.925 10 3m2 °C/Wx05a02004棉花保温性能好，主要是因为 。A. 棉纤维素导热率小；B. 棉花中含有相当数量的油脂；C. 棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；D. 棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，

14、不凝气体的存在对a的影响是 A）使a值升高B）使a值大大降低C）使a值有一定影响D）对a值无影响x05a02031多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻 A 成正比 B 成反比 C 没关系x05a05171一定流量的液体在一25x 2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数=1000W(m2)。如流量与物性都不变，改 用 一 19 x 2mm 的 直 管 ， 则 其 值 将 变 为VW(m2 C )。A. 1059B. 1496C. 1585D. 1678 t05a01177冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90 C ,出口温度为50C ,冷水进口温度为15C ,出口温度为53C

15、 ,冷热水的流量相同 , 则热损失占传热量的 %（冷热水物性数据视为相同 ） 。t05a01216当冷热两流体均不发生相态变化时，一般对 物料选用并流操作。t05a02042某流体在圆直管内强制对流，其对流传热系数为，现任务变更，管内流速降为原来的 1 /2 ，且已知此时 Re 104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的t05a02043某有机溶液在长为 L,直径为108 x 10mm的钢管中强制湍流时，其=310W/(m2?K),如体积流量不变， 改用 152 x 10mm的钢管代替 , 流动仍为湍流 ( 两种情况下 L / d 均大于 60), 此时W/(m2?K)t05a02118两流体通过间壁换热，冷流体从 20C被加热到50 C,热流 体从100C冷却到70C,则逆流时的 tm=C。并流时的tm=C。w05b051611. 一杯开水(100 C )置于20 C的静止空气中，问杯子两侧流体的传热各属何种类型 ?哪一侧热阻大 ?2. 若将杯子浸在20 C的冷水中（两流体不直接接触）,能 否增强传热 ?理由 ?3. 仍置于空气中 , 但使杯外的空气流动 , 问能否增强传 热?理由?4. 对 1 的情况 , 若对杯中流体加以搅动 , 问是否比 2、 3 两种办法有效些 ?1. 均为自然对流 , 空气侧热阻大 ;2. 能增强传热 , 因