化工原理传热习题及答案

1、化工原理化工原理习题及答案第五章 传热姓名班级学号成绩一、填空题：1. （ 6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为 500C ,而环境温度为20C ,采用某隔热材料,其厚度为240mm,入=0.57w.m .K ,此时单位面积的热 损失为。（注：大型容器可视为平壁）* 答案 答案 * q= a 必 t w.m.K7. （ 4分）某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为90C和50C ,冷流体的进出口温度为30C和40C,此时传热平均温度差 t =.27.9K8. （ 4分）某并流操作的间壁式换热器中，热流体的进出口温度为 90C和50C ,冷流体的进出口温

2、度为15C和30C,此时传热平均温度差 t =41.6K9. （ 2分）热量传递的方式主要有三种：、.*答案* 热传导热对流热辐射10. （ 6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数a . a以及间壁导热系数入的关系为.当间壁管规格为$ 108X 4mm导热系数为45（w. m .K ）时，管内外两侧给热系数分别为8000 （w.m .K ）和1200（w.m .K ）时，总传热系数K .* 答案 *1/K=1/ a +bd/ 入 d +1d/ a d ;946（w.m .K ）11. （4分）某逆流操作的间壁式换热器中，热流体的进.出口温度为80C和50C ,冷流体的1140w2. （

3、6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为 500C ,而环境温度为20C ,采用某隔热材料,其厚度为120mm,入=0.25w.m .K ,此时单位面积的 热损失为 。（注:大型容器可视为平壁）* 答案 *1000w3. （6分）某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失，若容器外表温度为150C ,而环境温度为20 C ,要求每平方米热损失不大于500w,采用某隔热材料，其导热系数入=0.35w.m .K ,则其厚度不低于 。（注:大型容器可视为平壁）* 答案 * 91mm4. （ 6分）某间壁换热器中，流体被加热时，圆形直管内湍流的传热系数表达式为 .当管内水

4、的流速为 0.5m.s 时，计算得到管壁对水的传热系数a =2.61（kw.m .K ）.若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为0.8m.s 时, 此时传热系数a =.* 答案 *a =0.023（入 /d）RePra =3.81（kw.m .K ）5. （ 6分）某间壁换热器中，流体被加热时，圆形管内湍流的传热系数表达式为.当管内水的流速为0.5m.s时，计算得到管壁对水的传热系数a =2.61（kw.m .K ）.若水的其它物性不变，仅改变水在管内的流速，当流速为1.2m.s 时, 此时传热系数a =.* 答案 *a =0.023（入 /d）RePra =5.26（kw.m .

5、K ）6. （ 3分）牛顿冷却定律的表达式为，给热系数（或对流传热系数）a的单位是进出 口温度为20C和45C，此时传热平均温度差厶t32.512. （3分）对流传热中的努塞特准数式是它反映了1倍，则2. （ 2分）翅片管换热器的翅片应安装在A. a小的一侧 B. a大的一侧()。C. 管内 D.管外3. （ 2分）穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热阻 层热阻R 、R 的大小（）。A. R（R+R）B.R（R+R ）C. R=（R+R）D. 无法比较R与第二、三*答案*答案* A泛指传热面，与K相对应16. （3分）两流体进行传热，冷流体从10C升到30C ,热流体从80C

6、降到60C，当它们逆流流动时，平均传热温差 tm=,当并流时， tm=。* 答案 * 50°C 47.2°C17. （4分）冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T = 400C，出口温度T为200 C，冷气体进口温度t= 50 C,两股气体的质量流量相同，物性数据可视为相同，若不计热损失时，冷气体出口温度为_C;若热损失为5%时，冷气体出口温度为C * 答案 *250 C, 240 C18. （3分）一列管换热器，列管规格为$38 X 3,管长4m,管数127根，则外表面积F=,而以内表面积计的传热面积F 。 答案 * F仁 127 X 4nX 0.038=60.6

7、mF2=127 X 4nX 0.032=51.1m19. （2分）当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高 其对流传热系数可变为原来的 倍。20. （ 2分）进行换热的两流体，若a a 时，要提高K值，应设法提高 ;当a a 时，要提高K值，应使。*答案* a ； a 与a 同时提高二、选择题：1. （ 2分）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 N =al /入,对流传热过程几何尺寸对a的影响。13. （4分）稳定热传导是指 不随时间而改变。*答案*传热系统中各点的温度仅随位置变14. （ 2分）两流体的间壁换热过程中，计算

8、式QJ=a .A. t, A表示为。*答案*a侧的换热壁面15. （ 2分）在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K A t中,A表示为本题目有题图:* 答* c4. （ 2分）工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（A.增加热阻，减少热量损失；B.节约钢材、增强美观；C.增加传热面积，提高传热效果。*答* c5. （ 2分）有一列管换热器，用饱和水蒸汽（温度为 120 C）将管内一定流量的氢氧化钠溶液由20 C加热到80 C，该换热器的平均传热温度差At为（ ）。A. -60/1 n2.5; B. 60/1 n2.5; C. 120/In5*答* b6. （ 2分）将1500 kg.

9、h , 80C的硝基苯通过换热器冷却到 40C，冷却水初温为 30C,出口温度不超过35C，硝基苯比热为1.38kJ.kg .K ，则换热器的热负荷为（）。A. 19800 kJ.h; B. 82800 kJ.h; C. 82800 kw;*答* b7. （ 2分）对流传热是由（）因素产生的。A.流体分子的热振动；B.流体体内电子的移动；C.流体质点的位移、扰动。答案* C8. （ 2分）法定计量单位中，属于国际热量计算单位的是（A. kw; B. kcal; C. J*答* c）。B.导热给热和热交换；9. （ 2分）热量传递的基本方式是（14. （2分）用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温

10、接近（A.蒸汽的温度；B.空气的出口温度；C.空气进、出口平均温度A.恒温传热和稳态变温传热C.气化、冷凝与冷却；D.传导传热、对流传热与辐射传热*答案* D10.（2分）在比较多的情况下，尤其是液-液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是( )。A.热流体的热阻；B.冷流体的热阻；C.冷热两种流体的热阻；D.金属壁的热阻。*答案* D11.(2分)公式q = KAA t中，A t 的物理意义是（）。A.器壁内外壁面的温度差；B.器壁两侧流体对数平均温度差；C.流体进出口的温度差；D. 器壁与流体的温度差。*答案* B12.（2分）湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻王要存在于（）

11、。A.流体内；B.器壁内；C.湍流体滞流内层中；D.流体湍流区域内。*答案* C13.（2分）对一台正在工作的列管式换热器，已知a=116w.m .Ka = 11600.K，要提高传热系数（K）,最简单有效的途径是（）。A.设法增大a；B.设法增大a；C.同时增大a和a。*答案* A)w.m*答* a15（ 2分）在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，A. a蒸汽 B. a空气*答* b16. （2分）对流传热仅发生在（ A. 固体 B. 静止的流体答案* CC.此过程的总传热系数 K值接近于（） a蒸汽与a空气的平均值）中。C. 流动的流体某层的热阻愈大，则该层的温度差（ 不变17. （2分

12、）稳定的多层平壁的导热中，A. 愈大 B. 愈小 C.*答* a18. （2分）流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（ 式进行的。A. 热传导 B.对流传热*答* a19. （2分）当壳体和管束之间温度大于A. 固定管板式 B. 浮头式答案* BC. 热辐射C.50 C时，考虑热补偿，列管换热器应选用（ 套管式）方)。C.提高 tm20. （2分）强化传热的主要途径是（A.增大传热面积B. 提高答案* B 三、判断题：1. （ 2分）凡稳定的圆筒壁传热，热通量为常数。* 答*x2. （ 2分）传导和对流传热的传热速率与温度的一次方之差成正比，而辐射的传热速率与温 度的四次

13、方之差成正比。（）* 答* V3. （ 2分）凡稳态的园筒壁传热过程，单位时间单位面积所传递的热量相等。*答*x4. （ 2分）热量传递过程的规律与流体流动过程相似，流速越大，则其过程的阻力越大。（ ）*答* x5. （2分）当保温材料的厚度加大时，内外壁面的总温度差增大，总的热阻也增大，总推动力与总阻力之比为定值，即导热速率不变。（）*答*x6. （ 2分）多层平壁导热过程中，传热总推动力为各壁面温度差之和。*答*V7. （ 2分）无相变的折，错流换热器，其平均温度差厶t都比逆流时为小。（）*答*V8. （ 2分）换热器的导热管，应选用导热系数值大的材料。*答*V),9. （ 2分）导热系数

14、是物质的一种物理性质（* 答* V10. （2分）在列管换热器管间装设了两块横向折流档板，则该换热器变成为双壳程的换热 器（ ）11.(12.13.量。答案* X（2分）在稳定的多层平壁导热中，若某层的热阻较大，则这层的导热温度差就较小）.答案*X（2分）在对流传热中，传热管壁的温度接近a值小的哪一侧流体的温度（答案*X（2分）对于问壁两侧流体稳定变温传热来说，载热体的消耗量逆流时大于并流时的用 （ ）答案* X（2分）列管式热交换器内用饱和水蒸汽加热管程的空气，为提高换热器的）14.外装设折流挡板。（答案* X（2分）蛇管换热器是属于间壁式换热器的一种（ 答案* V（2分）列管换热器采用多管

15、程的目的是提高管内流体的对流传热系数a 答案* V（2分）维持膜状沸腾操作，可获得较大的沸腾传热系数。 答案* X（2分）为了提高间壁式换热器的传热系数K值，）15.16.17.18.对流传热系数。（ 答案*xK值，在管必须设法提高a值大的那一侧流体的19.20.（2分）强化传热的途径主要是增大传热面积（答案* X四、简答题：1. （ 8分）在化工生产中，传热有哪些要求？答*传热一般有两方面的要求：、尽量使传热情况良好，即要求高的传热效率，以减少设备尺寸;、尽量避免传热，即保温或保冷。（2分）付立叶定律适用于流体与壁面间的传热计算。 答案* X122. （ 10分）传导传热，对流传热和辐射传热

16、，三者之间有何不同？* 答*传导热是固体或静止流体的分子运动或分子振动传递热量。对流传热则是流体质点发 生相对位移来传递热量，辐射传热是高温物体以电磁波形式向空间发射能量来传递热量。3. （ 10分）试述对流传热的机理 ？* 答*热流体流过管道时，在湍流主体中，流体剧烈拢动，形成漩涡，使质点强烈混合而交换 热量，温度较均匀，几乎不存在温度梯度；但在紧靠管壁，有一层很薄的作层流流动的流体 层（层流底层），在这层薄层内，热量传递以导热方式进行，从微观上言，是靠分子传递。 由于流体的导热系数很小，故热阻丝要集中层流底层内。对管内层流流动，热量传递也是主 要靠导热。但由于温度存在（轴向的，径向的），有

17、密度差，会引起质点的对流，比较复杂。4. （ 8分）强化传热过程应采取哪些途径 ？* 答*根据q= K.A. t 方程，指任一个K、A t都能提高强化传热（1）增加传热面积,如在管内外壁装上翅片,采用螺旋管或粗糙管代替光滑管；（2）增大传热温差厶t 可采用逆流操作，因为当T ，T ，t ，t四个温度一定时，逆流传热温差 t 最大；（3） 提高传热系数K由K = 1/ （ 1/ a + 1/ a +S（S / 入）提高a 、a 降低3,都能强化传热，要提高a由单层改为多层，或在壳程中增设档板，对于蛇管中，加入搅拌装置或在蛇管圈中增设杯状物（强化圈）在列管换热器中可，还可采用导热系数大的流体作载热

18、体。5. （ 4分）传热有哪几种方法 ？各有何特点？试就锅炉墙的传热分析其属哪些传热方式？传导、对流、辐射导热一一分子原位振动，电子定向流动。对流 流体质点流动与混合。锅炉壁为导热，外壁对烟气为对流，火焰和炉墙的热辐射。6. （ 4分）为什么工业换热器的冷、热流体的流向大多采用逆流操作* 答*操作可以获得较大的平均传热温度差，从传递相同热负荷言，须较小的传热面积，节 省设备费用。此外，逆流热流体出口温度 T 可接近冷流流体进口温度 t ,对相同热负荷 言，需加热剂少；同样，就冷流体而言，逆流体出口温度t 可接近热流体进口温度 T ,对相同热负荷言，需要冷却剂少，故对逆流就加热剂或冷却剂用量考虑

19、，逆流操作费小。7. （ 4分）什么是稳定传热和不稳定传热？* 答*在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传 热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。?现有建筑砖（p= 1800kg.m）和煤灰砖（p= 700 kg.m8. （5分）导热系数受哪些因素影响 ）两种材料，哪种保温性能好答案组成：纯物质的导热系数好 ；结构：结构致紧、密度大的材料导热系数大 温度：一般温度升高，非金属固体导热系数增大。煤灰砖的保温性能好。9. （ 2分）多层平面壁的导热速率是怎样计算的答案Q/A=( t+ t + t +

20、.)/(b/入+b /入+b/ 入+.)10. (3 分)题号4206第4章知识点100难度中等多层园筒壁的导热速率是怎样计算的?* 答*Q=2 n L( t+ t +.)/(1 n(r/r)/ 入 +ln(r/r)/ 入+.)11. （4分）说明流体流动类型对给热系数的影响。答案当为湍流时，传热是流体为层流时，传热是以导热方式进行的。则此时给热系数较小。以对流方式进行的，此时给热系数增大。所以流体的传热，多在湍流情况下进行。12. （ 6分）给热系数受哪些因素影响 ？* 答*流动类型：湍流时的给热系数大。流体的物性：粘度、密度P、比热Cp,导热系数入均对给热系数有影响。 传热面的形状、大小和

21、位置：管子的排列、折流都是为了提高给热 系数。流体的对流情况，强制对流比自然对流的给热系数大，流体在传热过程有无相变，有相变a大。分析a= 0.023入/d.Re .Pr也可以回答上列问题。13. （3分）提高传热系数时，为什么要着重提高给热系数小的这一侧？* 答*当忽略金属壁面的导热热阻时，1/K=1/ a +1/ a =（ a + a ）/（ a Xa ）若 a >> a ,则 a + a a二 Ka即K接近a小的数值。14.（4分）说明列管式换热器的基本结构。: 答*由壳体、管束、管板、封头等组成。15.（4分）试比较各类常用热交换器的优缺点。: 答*略-t )/ s16.（

22、6分）有以下传热公式 A. Q=入.A.（t B. Q=a A（T-T）回答下列问题：（1）在什么传热情况下，可利用以上公式进行计算？（2）写出以上公式中，热阻的表达式* 答*（1） A、B两公式均应用在稳定传热下传热速率的计算。公式A为物质内部传导的传热速率计算。公式 B为物质表面与流体间对流传热的传热速率计算。（2） A式: R=S / 入或 R=S /A X 入B 式: R=1/ a 或 R=1/ aX A17. （ 8分）换热器的散热损失是如何产生的？应如何来减少此热损失？* 答*由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度，外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失

23、，即产生散热损失。为了减少散热损失， 一般在换热器外壁面上包上一层（或两层）导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较小的绝热材 料）,使传热热阻增大，外壁面温度降低，从而减小了散热损失。18. （6分）列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？* 答*主要由壳体、管束、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成。壳体和管束作为冷热两 流体的流动空间，通过管壁进行换热。管束安装在管板上，通过管板使管束与壳体连成一体。 顶盖（封头）上有管程流体进出口，且有分程、密封，封头可拆卸，便于管子清洗等作用。19. （8分）当间壁两侧流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？并简要定性分 析主要原因。

24、* 答*因为逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面分析：(1 )当T 、T 、t 、t四个温度一定时，逆流操作的 t 比其它流向大。根据：Q=KMt ,当K、A 定时， t f则Qf,对现有的换热器来说， 可提高生产能力。当Q K一定时， t f则AJ,对生产能力要求一定时，新设计制造换热器由于A较小，设备尺寸可减小，节省投资费。(2 )一般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。逆流操作时，载热体用量比其它流向的 要小，降低能耗，提高了经济效益。20. (8分)有一高温炉，炉内温度高达1000 C以上，炉内有燃烧气体和被加热物体，试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程。/ /-/!

25、tit>ioooX3/ / 77炉壁本题目有题图:titu185.bmp*答*炉内以对流和辐射并联联合传热，将热量传给炉的内壁面。在炉壁内通过传导传热， 将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面，它与炉内对流与辐射传热相串联。炉外通过对流与辐射并联联合传热，将热量从炉的外壁面传到大气中，它与炉壁内的传导传热相串联，所以该传热过程的特点是：(1)传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；(2)并联、串联的联合传热同时存在。五、计算题：1. ( 8分)外径为100mm的蒸汽管外包一层厚 80mm导热系数为入w.m .K 的绝缘材料， 管外壁温度为t,每米管长的热损失为 Qw.m ,试求绝热层外壁温度 t

26、(设管外壁与绝热层接触良好)Q=2 n 入(t1-t2)/ln(r2/r1)/ t2=t1-Q In(r2/r1)/(2n 入)=t1- Q/入In(0.13/0.05)/(2X 3.14)=t1-0.152Q/ 入2. ( 14分)某平壁炉的炉壁由耐火砖，绝热砖和普通砖组成，它们的导热系数分别为控制在930w以下，若普通砖厚度取为 多少？绝热砖和普通砖交界面温度 t* 答*设耐火砖厚度b1,绝热砖厚度q=(t1-t2)/(b1/ 入 1)1.163,0.233 和0.582w.m .K ,为使炉内壁温度保持1000 C ,每平方米炉壁的热损失10cm,炉外壁温度为83 C ,求：耐火砖和绝热

27、砖厚度各为 为多少？(假设绝热砖与耐火砖交界面温度为800C)b2跨过耐火砖的热通量为： b1=入 1(t1-t2)/q=1.163(1000-800)/930=0.25m跨过三层砖的热通量为：q=(t1-t4)/(b1/ 入 1)+(b2/ 入 2)+(b3/ 入 3)b2=(t1-t4)/q-b1/ 入 1 -b3/ 入 3入 2=(1000-83)/930-0.25/1.163-0.1/0.582 X 0.233 =0.14m,跨过普通砖的热通量：=t3-t4/b3/ 入3,的某液态烃从100 c.K ,环隙走冷却水，其进出口温度分别为 40C和 K,基于传热外面积的总传热系数 K=20

28、00w.m K ,且保 :(1)冷却水用量；(2)计算两流体为逆流和并流情况下t3=q.b3/入 3+t4=930 X 0.1/0.582+83=243 C3. (15分)在内管为$ 180X 10mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h 冷却到60C,其平均比热为2.38kJ.kg50C ,平均比热为 4.174kJ. kg持不变.设热损失可以忽略。试求的平均温差及管长。* 答*W c3500 X 2.38 X( 100- 60) W = 7982kg.h t逆=(50- 20) / t并=(60- 10) /Q = KA t QA 逆=333200 X 10冷却水用量：(t -1)=W

29、 X 4.174 X( 50 - 40)(T T )= W1 n( 50/20 ) = 32.751 n( 60/10 )= 27.9(2000 X 32.75 X 3600)= 1.41mX 0.18 Xl = 1.41=333200kJ.hnd l = 1.413.14/ 1= 2.5 m(2000 X 27.9 X 3600)= 1.66 mA 并=333200 X 10/3.14 X 0.18 X1= 1.661= 2.93 m4545w. m ，求该管材的导热0.15w.m .K )此时石棉层3.87%，求石棉层厚度及钢管和石4. (15分)已知一外径为 75mm内径为55mm的金属

30、管，输送某一热的物流，此时金属管内表 面温度为120 C ,外表面温度为115 C，每米管长的散热速率为 系数。为减少该管的热损失，外加一层石棉层(导热系数为 外表面温度为10C，而每米管长的散热速率减少为原来的 棉层接触面处的温度。* 答* Q/L=2 n (120-115)/1/ 入(In(75/55)=4545(1/ 入)In(75/55)=2 X 3.14(125-115)/4545=0.00691入=44.9w.m .K设外加石棉层厚度为3则:Q'/LS )/75=2X 3.14(120 - 10)/(1/44.9)ln(75/55)+(1/0.15)In(75+2=4545

31、 X 0.0387=175.9w.m690.8=175.90.00691+(1/0.15)1n(75+23 )/75解得：3 =30mm( 石棉层厚度)设钢管和石棉层接触面间的温度为 t2'则:2 X 3.14(120-t2')/(1/44.9)In(75/55)=175.9 解得：t2'=119.8 C,其导热系数为0.07w.m .K 。设 K。要求保温层外壁温度不超过5. (12分)0 120 X 5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料 蒸汽管的内壁温度为110C，管壁导热系数为45w.m20C，每米蒸汽管的热损失控制在60w以下，试计算保温层的最小厚度。* 答*按多层

32、圆筒导热q =( t t ) / (1n(r/ r ) / (2n入)+ln(f / r ) / (2 n 入)将 f = 0.06m, r = 0.055m, r = 0.06 + 3入 =0.07w/(m K),入 =45w/(m K) ,q = 60w/mt= 110 C ,t= 20C代入上式60=(110-20)/(1n(0.06心055)/(2nX 45)+1 n( r /0.06)/(2 nX 0.07)=90/(0.00031+(ln r +2.813)/0.4398)解得 r = 0.116m,3= 0.116 0.06 = 0.056m= 56mm注：本题可简化不计管壁热阻

33、。6. ( 20分)某列管换热器，用100 C水蒸汽将物料由20C加热至80C ,传热系数K= 100w.m.K。经半年运转后，由于污垢的影响，在相同操作条件下物料出口温度仅为70C ,现欲使物料出口温度仍维持80 C ,问加热蒸汽温度应取何值？* 答*原：W C ( 80 20)= KAA t (1) t =( 80 20) / ln( 80/20 )= 43.28 C半年后： W c (70 20)= KAA t (2)A t =( 80 30) / ln( 80/30 )= 50.98 C(2) / (1)得:(70 20) / ( 80 20 )= KA t / (KA t )=(K

34、/100) X 50.98/43.28K = 70.75 w.m .K保持原生产能力，即KA A t = K AA tA t= KA t /K = 100X 43.28/70.75=61.17 CA t= ( ( T 20) - (T 80) / ln( T-20) / (T-80)=61.17 60/61.17 =ln( T 20) / (T 80) 2.667 =( T 20) / (T 80)T = 115.8 C7. （16分）在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液，溶液量为1.4kg.s,比热为2kJ. kg.K ,走内管（规格为$ 25X 2.5mm）,从150 C冷却到100C。冷

35、却水走套管环隙，从25 C升温至60C ,水的比热为4.18kJ.kg.K,冷却水一侧的对流传热系数为求以传热外表面积为基准的总传热系数.K 。 1.已知溶液一侧的对流传热系数为1160w.m930 w. m .K ,忽略管壁和污垢的热阻及热损失 ， K和冷却水的用量（kg.h ）。2.计算内管的外表面积和管长。Q=msCpA T=1.4 X 2 X 10X (150-100)=1.4X 10w1/K=d/( ad)+1/ a溶液放热=0.025/(1160X 0.02)+1/930=2.15 X 10K =464w.m .K冷却水用量 ms'=Q/Cp'(t2-t1)=1.4

36、X 10/4180(60-25)化工原理=0.957kg.s=3445kg.h tm=(150-60)-(100-25)/l n(150-60"(100-25)=82.3CA =Q/(K tm)=1.4 X10/(464 X 82.3)=3.67ml=A /( n d )=3.67/( nX 0.025)=46.7m8. (10分)某车间有一台换热面积(以外表面积计)为2.5 m 的单程列管换热器。用180C的热废气预热轻油，轻油走管外，其流量为200kg.h,比热为2kJ.kg .K ,温度由30 C升至80C。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70C。求：换热器的热负荷和传

37、热系数。A = 2.5m, C = 2kJ.kg .K tm = ( (180-80)-(70-30) / In (100/40)=65.5 CQ = 200X 2X (80-30) = 20000kJ.hQ= KAA tm K = 20000/(65.5 X 2.5) = 122.2kJ.m .K .h=34 w .m .K9. (16分)在并流换热器中，用水冷却油。换热管长1.5m。水的进出口温度为15C和40C； 油的进出口温度为 120C和90C。如油和水的流量及进口温度不变，需要将油的出口温度降至70 C ,则换热器的换热管应增长为多少米才可达到要求？(不计热损失及温度变化对物性的影

38、响)由热量衡算G C (T T)=GC (tt )按题意在两种情况下:G ,C ,T 和 G,C ,t不变，故得(G C ) / (GC )=(t t ) /(T T)=(t't ) / (T T ')=(40 15) / (12090) =(t '15) / (12070)t '= 56.7 C由Q = KAA t,现K不变，而 t = ( (120-15 ) - ( 90-40 ) / ln( 120-15 ) / ( 90-40)=74.1 C t '=( (120- 15)-( 70- 56.7 ) / ln( 120 15) /(70 56.7

39、 ) = 44.4 C故 Q/Q = G C (T T ) / (G C (T T ')=LA t / (L t ),即(120-90) / (120 70)= 1.5 X 74.1/ (L ' X44. 4)得 L = 4.17m o10. (16分)用一传热面积为 3m 由$ 25 X 2.5mm的管子组成的单程列管式换热器，用初温为10 C的水将机油由200C冷却至100C ,水走管内，油走管间。已知水和机油的质量流量分别为 1000kg.h 和 1200kg.h,其比热分别为 4.18kJ.kg .K 和 2.0kJ.kg .K ;水侧和油侧的对流传热系数分别为2000

40、w.m .K 和250w.m .K ,两流体呈逆流流动，忽略管壁和污垢热阻。(1)计算说明该换热器是否合用 ？ (2)夏天当水的初温达到 30 C ,而油 的流量及冷却程度不变时，该换热器是否合用？(假设传热系数不变)化工原理 Q仁 1200 X 2 X (200-100)=240000kJ.hQ2=Q1,t2=t1+Q1/(m p 2 Cp2)=10+240000心000 X 4.18)=67.4 C tm=(132.6-90)/l n(132.6/90)=110C1/K1= 1/ a 1+d1/( a 2 d2)=1/250+25/(2000 X 20)K仁2 16.2w .m.KA仁Q1

41、/(K tm) =240000 X 10/(216.2 X 3600 X 110)=2.8 m<3m故适用t1=30 C时t2=30+240000/(1000 X 4.18)=87.4 C tm=(112.6-70)/l n(112.6/70)=89.6CA仁240000X 10 /(3600 X 89.6 X 216.2)=3.45m>3m不适用11. （10分）采用传热面积为 4.48m单程管壳式换热器，进行溶剂和某水溶液间的换热量为 3600kg.h,比热为 1.88kJ.kg .K到30 C。忽略热损失。试求：传热系数K的苯,80 C冷却至30C ,水溶液由20C被加热答案

42、X 1. 88 X 10(80-5(1)由 Q=K.A tm 式求 K 其中:Q=m1.Cp1(T1-T2)=3600/36000)=56400 w t=( t t ) / ln(A t / t )=(80 30) ( 50 20) / ln (80-30)/(50-20)=39.2 C 56400=K X 4.48 X 39.2解得 K=321 w .m . C12. （18分）某厂用一套管热交换器，每小时冷凝2000kg甲苯蒸汽，冷凝温度为110 C ,甲苯 的汽化潜热为363kJ.kg ,其冷凝传热系数为 14000w.m .K 。冷却水于16C及5000kg.h的流量进入套管内管（内径

43、为50mm作湍流流动，其对流传热系数为1740w.m .K 。水的比热可取为4.19kJ.kg .K : （1）试计算冷却水的出口温度及套管管长。（2）由于气候变热，冷却水进口温度升为25C ,试计算在水流量不改变的情况下，该冷凝器的生产能力的变化率。（1）由热量衡算得：q = Gr = W.Cp （t 出一16） t 出=Gr / （W.Cp） + 16）=2000/3600 X 363 X 10/5000/3600 X 4.19 X 10+16=50.65 C取 K= 1/(1/1740)+(1/14000)=1548w.m.Kq = Gr= 2000/3600 X 363 X 10= 2

44、.02 X 10 wA t1 = 110 16 = 94 C , A t2 = 110 50.65 = 59.35 CA tm = ( t1 +A t2 ) /2 =( 94 + 59.35 ) /2 = 76.8 C又口= KAA tm = KndlA tm-管长 l=q / (KndA tm )=2.02 X 10/(1548X 3.14 X 0.05 X 76.8 ) = 10.82m(2)水温升高(忽略物性变化)传热面积 A=ndl= 3.14 X 0.05 X 10.8 = 1.7mq'=KA tm' 其中 q'=5000/3600 X 4.19 X10 (t

45、 '-25) tm'=(110-25)+(110-t')/2=97.5-0.5t' 5000/3600 X 4.19 X10 (t '-25)=1548X 1.7(97.5-0.5t'),解得 t '=56.4 Cq'=5000/3600 X 4.19 X 10(56.4-25)=1.83 X 10 w(q- q')/q X 100%=9.4%13. (14分)某厂在由177根$ 25X 2mm,长3m的钢管构成的单壳程单管程列管换热器内，用132.9 C的饱和水蒸汽在管间冷凝，将管内作湍流流动的常压乙烯气体加热。已知乙烯

46、气 体流量为0.6kg.s，进口温度为20C ,在操作条件下的密度为1kg.m ，比热为1.84 kJ.kg.K ,对流传热系数为53w.m .K ，饱和水蒸汽冷凝传热膜系数为8000w.m .K ,可忽略管壁及垢层热阻。(1)确定乙烯气体出换热器时的温度；(2)若乙烯气体通过换热器的压降要求不超过0.01 kgf.cm ,通过换热器的总长度(包括局部阻力当量长度)为 5.5m,摩 擦系数入=0.04,试确定该换热器最多能允许通过多少kg.s的乙烯气体?* 答*(1) Q =w CP (t2 -t1 )=0.6CP (t2 -20)Q = KAA tmAi =nnd i L= 177 nX 0

47、.021 X 3 =35.014 mVa i<< a 0 Ki = 1/ (1/ a 1 + 1/ a 2 )=1/(1/53+1/8000)=52.65 w .m .K则 0.6 X 1.84 X 10A3 X (t2 -20)=52.65 X 35.014 X (t2 -20)/ ln (132.9-20)/(132.9-t2 )ln (112.9/(132.9-t2 )=1.668112.9/(132.9-t2 )=5.304704.89 - 5.304t2 =112.9 t2 =111.61 C(2) A P= 0.01 kgf/cm=0.01 X 9.804 X 10=9

48、.807 X10 PaA 卩=入1 / dX U /2 Xp = 0.04 X 5.5/0.021 X U /2 X 19.807 X 10=0.04 X 5.5/0.021 X U /2 U = 13.68 m.sw=nn /4 d i Up=177X 0.785 X 0.021 X 13.68=0.8389 kg.s =0.84kg.s14. (10分)在单程逆流列管式换热器中用水冷却空气，水和空气的进口温度分别为20C及110C ,在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45C及40C,使用一年后，由于污垢热阻的影响，在冷热流体的流量及进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38

49、C。热损失可以忽略不计。求：(1)空气出口温度变为多少 ？(2)总传热系数为原来的多少倍？(1)初期 m1 CP1(110-40)= m2 CP2(45-20)= K A A tm 一年后 m1 CP1(110-T2' )= m2 CP2(38-20)= K' A A tm ' (110-T2 ' )/(110-40) =(38-20)/(45-20)解出 T2 ' =59.6 C(2)A tm = ( (110-45)-(40-20) /ln(65/20)= 38.2 C tm '=( (110-38)-(59.6-20) /In(72/39.

50、6)=54.2 C(38-20)/(45-20)=(K' /K) X (54.2/38.2)解出 K'/K = 0.50715. (10分)在换热器中，热水流量为 2000kg.h ，冷水流量为3000 kg.h ,热水进口温 度T = 85C ,冷水进口温度t = 15C ,如要求将冷水加热到t = 40C ,求采用并流和逆 流时的平均温度差，冷、热水的平均比热可认为相等。* 答*G C (T T )= G C (t t )2000(85 T )= 3000 (40 15)得 T = 47.5 C并流时85 J 47.5 C15 一 35 C7012.5 t =( 70 12

51、.5 ) / (In 70/12.50 )= 33.4 C 逆流时85 J 47.5 C35“ 15C5032. 5 t=( 50 + 32.50 ) /2 = 41.25 C将流量为3500kg.h 的某液态烃,从16. （15分）在内管为$160X 10mnt勺套管换热器中,环隙走冷却水，其进出口温度分,基于传热外面积的总传热系数:（1）冷却水用量；（2）计算两100C冷却到60C，其平均比热 C = 2.38 kJ.kg .K 别为 40 C和 50 C ,平 均比热 C = 4.174kJ.kg .KK=2000w.m .K,且保持不变。设热损失可以忽略。试求流体为逆流和并流情况下的平

52、均温差及管长。答案冷却水用量：w c(T T ) =w c(t t )3500 X 2.38 X( 100 60 )=wX 4.174 X( 50 40)/w= 7982kg.h t逆=( 50 20) / ln( 50/20 )= 32.75 t并=(60 10) / ln( 60/10 )= 27.93Q = KM t Q=3500 X 2.38 X( 100-60 )= 333200kJ.hA 逆=333200 X 10/ (2000 X 32.75 X 3600)=1.41mnd l = 1.413.14 X 0.16 Xl= 1.41l = 2.81mA 并=333200 X 10/ (2000 X 27.93 X 3600)=1.66 m3.14 X 0.16 Xl= 1.66l = 3.3 m17. （15分）在内管为$ 189 X 4.5mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h 的某液态烃从 100C冷却到60C ,其平均比热为 2.38kJ.kg .K ,环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C ,平均比热水为4.17kJ.kg .K ，基于传热外面积的总传热系数K =2500 w.m.K ,设其值恒定，忽略热损失。试求：（1）冷却水用量；（2）分别计