化工原理第二版答案

1、第四章习题2.燃烧炉的内层为460mn厚的耐火砖，外层为 230mn厚的绝缘砖。若炉的内表面温度ti为 1400C ,外表面温度t3为100C。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i 0.9 0.0007t,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 ,入单位为 W/（mC）。解：设两砖之间的界面温度为t2，由bL直，得1 21400 t2460 10 3/(0.90.0007t2 100230 10 3/(0.3 0.0003 上 ©)2t2949°C 热通量3 .直径为60m

2、m 3mm,钢管用30mn厚的软木 包扎,其外又用100mn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10C。已知软木和保温灰的导 热系数分别为和（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： 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

3、直径为dm2，内层平均直径 为 dm1，则 dm2 2dmi 且 2 2 !。由导热效率方程知： 两层材料位置互换后：Q q 5'所以：6 了 4 1.25 即：q 1-25q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. 在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为19mm 2mm的列管内流动流传热系数为349OW/(mC传热系数为258 W/(m2°C )已知管内水侧对 ), 管外油侧对流 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m2°C / W,油侧污垢热阻为m°C

4、/ W。管壁导热系数入为45 W/(m°C )。试求: 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 k0(2)产生污垢后热阻增加的百分数为：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、岀口温度 分别为150C和100C。现因生产任务要求油的岀口温度降至0C , 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：平均温度差为由热量恒算可得：当油的岀口温度降到0oC 时，由热量恒算：解得： t2' 5

5、0oC.由传热速率方程分别可得:原换热器：Wncpn(150 100) ksotm k n dL 92.5.Wncpn(150 80) ks'Vtm' k n dL 70.新换热器：'70 92.5L11.85m.5070.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243C和128C ;终温分别为167C和157C。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: 两式相

6、除：VtmVtmTi T2t?' ti(TiT2)tj(1)T1 T2t2 t1(T1 T2) (t2 切(243 128) (167 157)3oC'2 2 1Vt1 Vt2 Vt2 Vt1Vt1in空10,Vt2ln 2所以:47Vt2 Vt1丄43解得:即：12.98VkVt2 Vt12.98.(243 t2)由(1)243 167243 T2仃2式得：157 128t2 128128) tt20.382.98(243 T2)(T2 128) 243(2)128 (3)由(2)所以：(3)式得:Vt2 Vt1(243 161.3) (155.4 128)1.09349.7

7、°C9.在下列各种管壳式换热器中，某种溶液在 管内流动并由20C加热到50C。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。解：(1)由对数平均温度差知道：Vtmvt2 vt,Vt,(100 50)(60 20)In -4044.8°C50 20100 20100 600.37550 20133查温度差校正系数图得:33vt 0.9(3)由R、P值查流程温差校正系数图得:vt 0.9

8、811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 1650mVh,常压下苯的沸点为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（kgC ）。若总 传热系数Kc为450W/（m C ），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S。Q Wsr Vs r其中:PMRT101330 788.315 1 03 (278 80.1)2.69kg/m31650 2.693600394 1034.86 105w冷水出口温度可由热量衡算求得。即:则：So4.86 10520m245

9、0 54.112 在一传热面积为50吊的单程管壳式换热器 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38 C溶液的温度由110C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,冷水岀口温度增到45 C。试估算换热 器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：(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(kg°C ) ； (2)可按平壁处理,两种工况下i和0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.所以：WCCpcC PC(t2 ti)110WCn pn再求清洗后总传热系数K。'

10、;，由热量衡算求溶液 的出口温度110 60 (45 20) 40.6°C38 20若传热面两侧的总污垢热阻为Rs.则有:x05a02004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，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的直管内作湍流

11、流动，其对流给热系数 =1000W/（mC ）。女口 流量与物性都不变，改用一 19X 2mnl勺直管， 则其值将变为W/（m 2 C ）。A. 1059 B. 1496C. 1585D. 167t05a01177冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温 度为90C ,出口温度为50C ,冷水进口温度为 15C,岀口温度为53C ,冷热水的流量相同，贝U 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 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

12、管内的对流传热系数为 原对流传热系数的倍。t05a02043某有机溶液在长为L,直径为108 x 10mm勺钢管中强制湍流时，其=310W/（m?K）,如体积流量不 变，改用152x10mm勺钢管代替，流动仍为湍 流（两种情况下L / d均大于60）,此时=W/（m 2?k）两流体通过间壁换热，冷流体从 20 C被加 热到50C，热流体从100C冷却到70C,则逆 流时的tm=C。并流时的tm=Cow05b051611. 一杯开水(100 C )置于20C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20C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，因为水的对流给热系数比空 气大；3. 能增强传热，因为强制对流的对流给热系 数比自然对流大4. 主要热阻在空气侧，故2,3效