化工原理习题及答案

1、Hgjcshsd( /51)流体力学ssd2l、(|)1000mm的敞口容器中盛有密度为1200kg/n?的液体。联接于器底的U形管压差计指示的汞柱为200mm,压力计一端连通大气。设压力计指示液底面与容器底面相齐。求器中所盛液体的高度，并求器底所受的力(N)和压力(Pa)。若液柱压力计中指示液为四氯化碳(密度1600kg/m3),则指示读数为多少？以上均设指示液底面与器底相齐。(2.27,21kN,26.7kPa,1.7m).p9h,13.6*103*0.2解：p!gh=p2gh311=-=2.27mpi1200p1gh=p3gh3=1.7m_p1h_1200*2.27I_77_1600ss

2、d2-3.有一个油水分离器(图2-58),油和水的混合液送入器内，利用密度差使油与水分离。油由分离器上部的侧管溢流排走，水由底部的倒U形管排出。倒U形管顶部有平衡管与分离器顶部连通，使两处压力相等。油面至观察孔中心的距离H()为0.5m,油密度po为8OOkg/m3,水密度p二1000kg/mI如果要求油水分界面也位于观察孔中心，则倒U形管顶部至观察孔中心的垂直距离H应为多少？设液体在器内的流动缓慢，可按静力学处理。而且油水易于分层。没有乳化界面。(0.4m)解pogHo=p1gH1p11000ssd24、精馆塔塔顶分出轻油和水蒸气，经冷凝和油水分离后，轻油一部分回至塔中，其余为产品，冷凝水则

3、排走，油水分离器应高过塔顶。为操作方便，在距地面1.5m处观察油水分层的界面，油的相对密度为0.8,求分水管的高度H应为多少?解pogHo=p1gH1Hp0/0_O.8*2OPtdl-5.附图中串联U管压差计测量蒸汽锅炉水面上方的蒸汽压，U管压差计的指示液为水银，两U管间的连接管内充满水。已知水银面与基准面的垂直距离分别为：hi=23m、h2二l2m、h3=2.5m及I14二l4m。锅炉中水面与基准面间的垂直距离h5二3m。大气压强p0=99.3kPae试求锅炉上方水蒸气的压强P5。(分别以Pa和kgf/cm2来计量)。答p=3.64xlO5Pa=3.71kgf/cm2P5f14习题1一5附国

4、解：由静力学方程p5+pg(h5-h4)=p4P4=P3+pHgg(h3-h4)P3=P2-pg(h3-h2)P2=Po+pHgg(hi-h2)P5+pg(h5-h4)=po+pHgg(hi-h2)-pg(h3-h2)+pHgg(h3-h4)P5=Po+phgg(hi-h2)-pg(h3-h2)+pHgg(h3-h4)-pg(h5-h4)=Po+pHgg(hi-h2+h3-h4)-pg(h3-h2+h5-h4)=Po+pHgg(2.3-1.2+2.5-1.4)-pg(+3-1.4)=Po+pHggx2.2-pgx2.9=99.3+13.6x9.81x2.2-1x9.81x2.9=364.4kP

5、ap5=364.4kPaxlkgf.cm2/98.1kPa=3.715kgf.cm2lkgf.cm2=98.1kPassd26列管式换热器的管束38根25x2.5mm的钢管组成。空气以10m/s的速度在管内流动，其平均温度为5OC,由液柱压力计测得其压力为250mmHg,压力计一端接通大气，当时大气压101.3kPa,试求空气的体积流量和质量流量。(0.12m3/s0.174kg/s),250P=FpMn134.62*103*298.314*(273+50)=1.454kg/m?解：V=uA=10 x-x(20 xl03)2x38=0.119m3/s+1)*101.3=134.62kPa(绝)

6、Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)m=V/7=0.119*1.454=0.174kg/sHgjcshsd( /51)ssd2-8.水平导管从4)300mm缩小到4)200mm(均为内径)。管中流过20C常压甲烷(甲烷密度变化可忽略)，流量1800m/h。4)200mm管上联接的水柱压力计的读数为20mm水柱，试求4)300mm管上联接的水柱压力计的读数。设阻力忽略(压力计另一端均连通大气)(26.8)解：因气体密度不变，应用柏努利方程。选粗管测压处为截面，细管测压处为22截面，以管中心线所在平面为基淮面，两面间列方程:乙+出+虫二Z.+邑+匕2gpg2gpg整理：虫=

7、归出+匕(a)Pg2gpg其中:Zi=z2=0;p2=196pa；pMRT=0.666kg/m3101.3x103x16x1038.314*293TOC o 1-5 h z1800/3600/u,=r=7.08m/s10.785d；0.785*0.3-1800/3600/u9=15.9m/s-0.785df0.785*0.2?将以上数据代入式:PiP2_15.92-7.082196pg2gpg2*9.80.666*9.8epi=263.5pa=26.9mmH20柱Hgjcshsd( /51)ssd212、有一垂直管道，内径由300mm渐缩至200mm,水由下而上在管中流动。测得水在粗管口和细管

8、口的静压力分别为pF150kPa和p2=100kPa（如图），两测压点间垂直距离为4.5m,若此距离间的摩擦阻力可以忽略，试求水的流量。（432n?/h）|15OkPa解：选粗管测压处为i-r面,细管测压处为22截面，以面为基准面，在两面间列方程：乙+互+巴二Z.+叵+匕2gpg2gpg其中：Z二0z2=4.5m；piT50kPa,p2=100kPa;由连续性方程，u1.A1=u2.A2，eu3=2.25UjTOC o 1-5 h zu.A.d；0.221(2.25u)100*103+1000*9.8u?A?-df225代入数据：出+竺竺=4.5+2g1000*9.82geUi=L7m/sU2

9、=3.83m/s流量:V=-d；u,=-x0.32xl.7=432.4m3/h4114ssd213、鼓风机吸入管的内径为（j）200mm,测得U型管压力计读数为25mmH2O,空气密度1.2kg/m3,若阻力等于u2/（2g）（u是空气在管道内流速），试求管内空气流量。（V二0.45m/s）解：选管口外侧为11截面，测压处截面为2T截面，管中心线所在水平面为基准面，判断：pi=OPa（表）,p2-25mmH2O=-1000*9.8*25*103=-245Pa（表）;也主二一4000湍流ssd2-18水以10m/h的流量流过100m长的光滑导管，若管两端的静压头差为10m水柱，水呈强烈湍流，=0

10、.02,试求导管的最小直径(42mm)解光滑管，强烈湍流口Jynf=Au=fd2g0.785d?等径管内:A7o.7852*J42gV2AIV22*0.7852dgHgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( /51)d二41.8mm0.02*100*(10/3600)22*0.7852*J5*9.81ssd219、某油品以滞流在管中流动，流量不变，问摩擦阻力变化，若管长增加一倍;管径增大一倍;(3)油温提高使粘度为原来的1/2(密度变化不大)。(2,1/16,1/2)钮._64/u2_64“Iu_64“IVfiW附fRed2gpd

11、22gpd20.785*J22pd4tdl15如图实验装置，于异径水平管段两截面间连一倒置U管压差计，以测量两截面之间的压强差。当水的流量为10800kg/hBt,U管压差计读数R为lOOmmo粗、细管的直径分别为460 x3.5mm与042x3mm。计算：(l)lkg水流经两截面间的能量损失；与该能量损失相当的压强降为若干Pa?答:(l)4.41J/kg;(2)4.41xlO3Pa解：选细管测压处为截面，粗管测压处为22截面，以管中心线所在平面为基准面，在两截面间列柏努利方程：TOC o 1-5 h zrU：D.卩,Z,+一+亠-二Z?+亠+Hf2gpg-2gpg整理得：丹&=邑二邑+1(a

12、)p2其中：u.Aj=u2.A2=VmUy=1p&1000*0.785*0.03610800/3600,T=2.95m/5m10800/3600厂/=1.36m/spA21000*0.785*0.0532旦二1二g/?=9.8*0.1P将以上数据代入(a)式：rrPip,wfu2.951.36-.,Hfg=+=0.984=4.41J/kgJp226(2)压强降表示pf=pgHf=1000*4.41=4.41*1()3尸atdl-16.密度为850kg/m粘度为8xlO_3Pa-s的液体在内径为14mm的钢管内流动，溶液的流速为lm/s。试计算：雷诺准数，并指出属于何种流型；(2)局部速度等于平

13、均速度处与管轴的距离；(3)该管路为水平管，若上游压强为147xlOPa，液体流经多长的管子其压强才下降到127.5xlO3Pa?答：(1)1.49x10；(2)4.95mm;14.93mHgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)解：(1)Re二如=14875=000层流7u8*103(2)因层流，则某层流速ur-r2)当I二0时,最大wmax=-R2or4/z/max4/z/r2=l/?228*10-3即wr=0.5wmaxfs6r=0.7077?=4.949mmApf=-.-代入数据7Red2(147-127.5)*

14、103=64_850*?e/=14.93m1487.50.0142tdl-17流体通过圆管湍流流动时，管截面的速度分布经验公式:坷二XI-试求其平均速度U与最大速度Umax的比值。082R解：整个圆管截面的体积流量：V=Ur27irdr通过整个管截面的流体的平均流速：VtJur27Trdr(层、湍均适用)，-2r-将Ur代入：U=善。max（1-令）令1一令二a则广=(1一a)/?dr=dQ_a)R=_Rda厂=0时，下限为a=ir=R时，上限为a=0代入上式：2ro丄1a7(a_l)daHgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)刖+1ada=FCm+1f0?i=2wmaxI

15、(，-ada777：=2色论(_厉+)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)=0.817wmax( /51)Hgjcshsd( #/51)流速L5m/s,水温20ssd2-15计算水流过4)24x1.5光滑钢管时，因摩擦引起的压头损耗(以Pa和m水柱表示)。管长10m,管壁粗糙度e二0.01mm,Co(1.4m)1.005xl03或2=0.3164x加=0.0238101.52解：心如=21xl05.5x998=328ximA查表二0.025Hf=A-=0.025X2,丄丄=1.37mH?O柱或1.3mH?O柱1

16、d2g21X10-32x9.8-ssd2-16用压缩空气将储槽中的浓硫酸送至高位槽，高位槽有闸阀连通大气。酸流量为0.002m3/s,高位槽液面至储槽液面间垂直距离为10m,连接管道为38x2,无缝钢管，长20m,管壁粗糙度为0.05mm,管路中管件产生的局部阻力的当量长度为20m,浓硫酸p=1840kg/m3,粘度2.5xl(y?Pas,温度20C,试求压缩空气的压力(表压)(390kPa)解：如图，取储槽液面为截面1J,高位槽液面为截面22,以截面为基准水平面。两截面间列方程式：乙十止+旦=乙+叵+邑+比2Pge2gpg式中:Zi=0mZ2=10m；p2=0(表压);Ui=u2-0,简化为

17、：=10+/.Pi=PgQO+HJPg出口2二1系统的压头损失Hf。直管20m,管件当量长度20m、进口】二0.5叭心+囲d=382*2=34mm=0.034m( #/51)Hgjcshsd( /51)u=0.785/0.0020.785*0.0342( #/51)Hgjcshsd( #/51)=5515D0.034*2.204*1840Ke=；jU2.5*W2( /51)Hgjcshsd( #/51)Hgjc_shsd取钢管的绝对粗糙度0.05mm,则=2兰=1.4710-3,查Re与摩擦系d34数图表，可得V0.0394Q79Q42所以/z=(0.039x+1.5)=11.73m液柱70.

18、0342g所以p严(10+)=1840*9.81*21.73=392.24kPassd2-20.流体流动时，若管径和管长都不变，而流体的流量增加一倍(摩擦阻力系数可以认为不变，流动为湍流)，问阻力增加的倍数。若是变化的(可按=O.3164Re025考虑)，则阻力增加多少倍？若为滞流，则阻力增加的倍数为多少？(3,2.36,1)解：Hf=Au=-一-Re=7d2g0.785右/Hf=a.V2V增加一倍，由比增加3倍Hf=au-Q25u2=kVi15V增加1倍,比增加2.36倍Hf=au=k.VV增加1倍，比增加1倍( /51)Hgjcshsd( /51)tdl-18一定量的液体在圆形直管内作滞流

19、流动，若管长和液体物性不变，而管径减小至原来的1/2，问因阻力产生的能量损失为原来的倍数解：层流片_64/u2_64/Iu2_u_V11Red2dupd2d2dA6=6hf、tdl-20海小时将2xl04kg的溶液，用泵从反应器输送到高位槽（见图）。反应器液面上方保持26.7x103Pa的真空度，高位槽液面上方为大气压强。管道为76x4mm的钢管，总长为50m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（二4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为15m。若泵的效率为0.7,求泵的轴功率。溶液=1073kg/m3,=6.3xlO4Pa-se管壁绝对粗糙度为0.3mm。答：1.63kW解：如

20、图，取反应器液面为1J截面。管路出口内侧为22截面，以截面为基准面，在两截面间列柏努利方程：乙十學+厶申仏+肇+厶+巧（a）2gpg2gpg其中Zi=0mZ2=15m;pi二26.7xlOPa（负表压）,卩2二0（表压）；反应器液面与管道相比，较大，5二0剛匕:(b)PiPg求管路上的压头损失缶直管50m,全开的闸阀（0.46m）、标准弯头（2.2m）,孔板流量计二4）,反应器流出管的阻力系数二0.5I+2le、+51dh+G+G)石m_20000/36004_1073*0.785*0.0682=1.426/7?/s0.068*1.426*10736.3*10=1.652*10( #/51)H

21、gjcshsd( /51)Hgjc_shsd取钢管的绝对粗糙度沪0.3mm,则=22=0.0044,查Re与摩擦系数d68图表，可得X=0.029Hf=(0.029*50+2*0.46+5*2.20.0681AQzrJ+4+0.5)=3.203m液柱2g将以上代入(b)H,=15十乞十H一旦2g7pg口1.426226.7*1O3“q,H,=15+3.203+=20.84me2*9.811073*9.81所以，泵的有效功率为Ne=mgHe=2*1043600*9.81*20.84=1135.8w( #/51)Hgjcshsd( #/51)( /51)Hgjcshsd( #/51)泵的轴功率为N

22、=1.1358/0.7=1.623加7tdl-22如图，贮槽内水位恒定。槽的底部与内径为100mm的钢质放水管相连，管路安装有一个闸阀。距管入口端15m处装有以汞为指示液的U管压差计，其一臂与管道相连，另一端连通大气，压差计连接管充满了水,测压点与管路出口端之间的直管长20m,U管汞面上有一小段水柱，计算时可忽略。当闸阀关闭时，测得R二600mm，h二1500mm，当闸阀部分开启时，测得R二400mm,h=1400mm,摩擦系数取为0.025,管路入口处的局部阻力系数取为0.5,试求每小时从管中流出若干立方米的水。(88.5m3/h)当闸阀全开时,U管压差计测压处的静压强为若干Pa(表)。闸阀

23、全开时le/d=15,摩擦系数仍取0.025(3.30 x104Pa表压)解：如图，以出水管中心线为基准面，水槽液面为截面：测压口处为22截面,出水管口内侧面为33截面，水槽液面距基准面距离为Z1;闸阀全关闭时：pH.RZ=h=13.6*0.61.5=6.66mp(2)闸阀部分开启时，以1J与22为研究范围:2gpg2g么+HPg( #/51)Hgjcshsd( #/51)式中：Zi=6.66m；Z2=0m；水槽液面与大气相通，pi=0；水槽的液面恒定,Ui=0；( #/51)Hgjcshsd( #/51)( #/51)Hgjcshsd( /51)测压口处压头：p?+Qigh=卩代gR厶=PE

24、-/i=13.6*0.4-1.4=4.04mPi8PgH=+=f0.0254-0.5)=4.25*几d2gUg0.12g2gHgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)将以上数据代入：z严乞+厶2gpg儿TOC o 1-5 h z000&6.66=+4.044-4.25-=4.04+5.25-2g2g2gHgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)流量V=0.785t/3*w=0.785*0.01*3.129=0.0246mV1=88.43m3h1(3)闸阀全开时，以11与33(出水管内侧)为研究范围:乙唔

25、吩諾吕+斜弘乙哙+%2g10.625，627mH小=2（土+15）守+歹守=0.025（君+15）+0.5詈=9.625善*Z严竝+9.625互=10.625小=2g2g2g113=3.5lm/s以22与33为研究范围：两边均用表压强乙+丛+厶二厶+出+厶+丹小e厶皿2gpg2gpgpg测压口处压头:TOC o 1-5 h z-Iu220u2u2H=一+15丿一=0.025（+15丿一=5.375d2g0.12g2g厶=5.375=5.375*0.627PS2gp2=5.375*0.627*1000*9.81=3.306*104Pa（表）tdl-23.10C的水以500L/min的流量流过一根

26、长为300m的水平管，管璧的绝对粗糙度为0.05mm,有6m的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸(90.4mm)辭“./u2./1,Vvr.3001(0.5/60)?解：Hf=a=2(y6=A7d2gd2g0.785d?d2g0.785?/A=3482J5(先假设dlaU1aRe】w/d查图(或编程用a2比较泊与九)2.872xl0_4/l=5-11/12经验公式：全范围dlp472=8()12+-rr-rRe(A+B)3/2162.4571117、0.27r)0-9+Red(半Re16Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgj

27、cshsd( #/51)编程求得d二90.32mmdO,u,Re,lamdald二90.3200000000015mmu二1.30131141492163m/sRe二89851.7906718856=2.09291359405216E-02为=21g+1.1421g(l+9.35(2)_L=21g-+1.14适用(九eRe_咖_dp卩d/e、工ed/en=)适用=0.005Re孤py999.7*0.5/60“0.785d?0.785d130.77*105JHgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Re=6370.6/t7Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51

28、)tdl-24.某油品的密度为8OOkg/m3,粘度为41cP,如图由A槽送至B槽，A槽液面比B槽液面高1.5m,输送管径（|）89x3.5，长50m（包括阀门的当量长度），进、出口损失可忽略。试求油的流量（n?/h）若调节阀门的开度，使油的流量减少20%,此时阀门的当量长度增加多少？(l)23m7h(2)12.5m(!Pa.s=1000cP)解：以A槽液面为截面，B槽液面为2T;22为基准面OOS列出Bernoulli乙+止+旦二乙+叵+厶+2gpg2gpg其中，Z二1.5mu1=u2=0m/s两端用表压px=p2,则Z、=Hf=A-丿Jmo3a1=0.047炉0.0395-Iu2-_050

29、u1.3=Ad2g时u二1.2684m/s时ul=1.012m/s时u2=1.105m/s0.0822gRe=2029.5Re二1619Re=17680.0483二kua-0.0332时u=1.206m/sRe二1929V二22.92m/h(2)流量减小20%时,Ui=u*80%=1.206*0.8=|)-965m/sRe二(dup)/萨(0.082x0.965x800/0.041)=1544乙64/Re二0.041451.5=20.0822g/=62.52m阀门的当量长度应增加12.52mHgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)传热ssdl、（a）方型窑炉的炉璧由两层砖砌成

30、，内层为240mm耐火砖（1二09WmKJ），外层为240mm红砖（2=0.6W.mu.K炉膛内壁面温度为700，外壁面温度为60，试求单位面积（m?啲散热速率及两层砖交界面的温度。（b）若两层砖之间填塞100mm硅藻土（二0.09W.mH）,则散热速率如何？（960,444,360W.m2）解：（=700-600.240.2410.90.6=960w/m2入兽=960w/n?et2=444C0.6_4一-二700-601)q瓦0240?1024丄+二+丄+人入入0.90.090.6=360w/m2ssd3、炉壁由三层砖紧密砌成。内层为耐火砖，1二l.OW.mH,厚度为240mm;中层为隔热砖

31、，2二0.15W.m夕卜层为普通砖，3二09WmlK-厚度为240mm。内壁面为700。要求普通砖外壁面不超过60,普通砖内壁面不超过150。求隔热砖层厚度。（210mm）多层平面壁的热传导解：根据普通砖求t2入九(2)据中层与外层求b2_t2-13_t3-t4619-150_150-60Ab；240ol?oTHgjcshsd( /51)Hgjcshsd( /51)ssd4、设备的平面壁外加一厚度为200mm的均匀保温材料层。保温层外表面温度为30。为测量设备壁面温度，从保温层外表面插入一温度计，测温点深入保温层50mm,读得温度为80。试求设备璧面与保温材料交界面的温度。(230)150mm

32、50mmtit2t38030解：bl二150mmb2二50mmt2=80C0-AAAA-80_80-30150-507171t3二30Ceh二230Cssd5、048x3mm的钢管(=45W.m_1.K_1),先包上20mm石棉(二015WmlK),再包以20mm软木(二005W.mlK)，管内壁温度120,外壁温度30，试求每米管长的散热速率以及各界面间的温度。若只包石棉40mm,则结果如何？(49.0,88.5)解：(1)山二42mm,d?二48mm,d3=88mm,dQiL=lmi=45W.mK12=0.15W.m_1.K-2就(120-30)ssd6、用（p48x3mm的钢管输送304

33、kPa（3绝对大气压）的饱和水蒸气，外界空气为20,试求不隔热与包上30mm石棉时毎米管长的热损失速率（空气的传热膜系数可设为15W.m2K4）,水蒸气传热的热阻可忽略。（258,108W/m）Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)ssd7、60 x2mm的水蒸气管外包30mu厚的石棉层（X=0.15W.mD隔热。饱和水蒸气温度为150C,室温20Co若石棉层的厚度增大一倍，求散失于周围的热损失为原来的百分数。水蒸气一侧和管壁热阻可忽略。空气一侧的传热膜系数取lOW/.K（75%）2兀LAtm解：(1)ri=28m

34、m,r2=30nim,r3=60mni2兀Lm1In殳十1r3202Qi1+rr3.a21In601+0.15300.06*101In901十0.15300.09*101=74.5%Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( /51)ssd9、炼油厂用热渣油来预热原油。渣油的初温为300#C;终温为200C。原油的初温为25C,终温为175C。试分别求出并流和逆流换热时的平均传热温差。（104,149D解：Tl=300C,T2=200Ctl=25Ct2=175CT1并流传热时:Atl=300-25=275At2=200-175=2

35、5Atm=5-25=10426In275/25逆流传热时:Atl=300-175=125At2=200-25=175t1T1Atm=175-125111175/125=148.6t2tl可见，并流传热温差小于逆流传热温差ssdl5.在一列管式热交换器中，某冷盐溶液与热盐溶液逆流换热。热液体走管内，流速为0.5m/s,列管直径为（|）25x2.5mm,管总数38根，管长4m俩个管长加的换热器串联）。冷热盐溶液的物理性质均为：p=1200kg/m；比定压热容3kJ/（Kkg）。热流体从90C冷却到60C,冷流体从20C加热到40C试求该列管换热器中的平均传热系数和冷流体的流量。（1330W.m-2

36、D解：热流体质量流量(l)Q=Cphmh(90-60)=KmSmAtmmh=iiAp=0.5*(20*10-32*1200=0.1884kg/s76kg/sQ=Cphmh(90-60)=3*103*0.1884*30=16956W6.44xlO5W或Atm“Atl-At250-40/14O1Atm=44.81mAtl11150/40liiAt2g“2皿m225-20“ad“=22.41mm或10.74m210.70m21344.7W.m2.K4mlii25/20Sm=兀dmL=3.14*22.5*10_3*4=0.2826m2S加=/wL=3.14*22.41*103*4=0.2815m2e=

37、-956一=13333w.m2KmSniAtm0.2826*45(2)Q=Cpcmc(40-20)eme=0.2826kg/sx38=10.74kg/sssdl7、用常压塔底重油预热原油，重油的初始温度为350C,最终温度为220C,原油的初始温度为100C，最终温度为180T,试比较并流和逆流传热时的必要传热面积之比(设传热系数K不变)。(1.27)解：Tl=350CT2=220Ctl=100Ct2=180C并流时:Atl=350-100=250At2=220-180=40Atm=114.59C111250/40逆流时：Atl=350-180=170At2=220-100=120“170-1

38、20,_orAtm=143.55C111170/120若两者换热条件相同，则K相同，且Q并=Q逆则Q=KAAt=KAAt得=1=0.798或1.25倍AAt114.59相同条件下，逆流所需的传热面积比并流小，设备的尺寸可减小。ssd22.在半小时内将l.Ot盐水溶液(平均比定压热容为25kJK“kg匕从20加热到60。用常压饱和水蒸气加热。加热用的管子为48x3.5mm钢管(二49W/(m.K)。水蒸气在管内，盐水在管外。盐水的给热系数800Wm?K水蒸气给热系数lOOOOW.mX则加热管必要的管长和水蒸气最低耗用量。(管壁热阻可忽略，管径可用外径计算)。(8.6)解：设加热管长为L,据圆管壁

39、热交换器计算:+阳+T-tInT-t2兀tm其中:a1=10000Wm-2K-1,a2=48-3.5x2_.r=20.5mm12热交换过程为稳态变温过程:：二SOOWnT*48“1=24mm-211r2.a2tm=(Tt)(Tt)=(100-20)-(100-60)=?1R100-60ixiO3Q=cinAt=2.5X103xx(60一20)=5.56xl04J.s-1卩0.5*3600Q(丄+丄)将数据代入：L=Z2271.Atm5.56xl04(+-)2*3.14*57.71二=8.74m水蒸气用衮册卫叫例(bdp90)若要在管内将0.5t/h盐水溶液(比热容2.1kJ/(kg.K)从29

40、3K加热到333K,用常压蒸汽加热，加热管38x2.5的钢f(=49W/(m.K),盐水的给热系数为1000W/(m2.K),蒸汽的给热系数为60000W/(m2.K),则加热管必要的长度应为多少？解：设加热管长为L,据圆管壁热交换器计算：27iLAtmQ=y111+=11】亠+SotATr2.a2其中：=1000Wm_2K1,a.=eOOOOWmK-1=6皿r.2热交换过程为稳态变温过程:：tm=（丁7）（T7）=（100-20）-（100-60）=?1RT-tInT-t100-600Sv03Q=VnAtGx2x旨x(60-20)=x】0W将数据代入：1li1Q(4-hi+L_Ml九T】2兀

41、&!111.167x10(丄+丄In旦+i)=16.54916.519x60=207m一2*3.14*57.71-P124応在某一已定尺寸的套管换热器中，热流体与冷流体并流换热。热流体进口温度120，出口温度70，冷流体进口温度20，出口温度600若换热器及有关条件（流体进人温度及流量等）不变，将并流改为逆流，试求冷热流体排出温度。可设传热系数、物料的比热容及设备的热损失不变。Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)耐火转绝缘砖td4-3直径为4)60 x3mm的钢管用30mm厚的软木包扎，其外又用100mm厚的保温灰包扎作为绝热层。测得钢管外壁面温度为J10t,绝热层外表面

42、温度10C。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m2C),试求每米管长的冷量损失量。Q/L=-25W/m解di=54mm：d2=60mm,d3=120mm,d4=320mmt2=-110Ct4=10C钢管软木保温灰d3=12dl=54Ad2=60tlt2t3td42、燃烧炉的内层为460mm的耐火砖，外层为230mm的绝缘砖。若炉的内表面温度21400C,外表面温度t3二100C。试求导热的热通量q及两砖界面间温度t2设两层砖接触良好，已知耐火砖的i=0.9+0.0007t,绝缘砖的2=0.3+0.00031,两式中t分别取各层材料的平均温度(C),单位W/(mT)0q=

43、1689W/m2,t2=949C解：家号将1=0.9+0.0007(ti+t2)/2a1112=0.3+0.0003(t2+t3)/2代入12_bj入m_2_203+0.0003(f?+&)/2，2_3bj入池Anl0.9+0.0007(+)/26.5xW4t2+1.5t-2009二0计算:t2=949.04C将负值(3256.73C)舍去。q=丄厶=二1688.46W.m2bj、/0.94-0.0007(+。)/2Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)2加(人-力丄hi+丄ln+丄In血&/A2d2入d3=-25.02W/m2*3.14*(-110-10)177201|3

44、20In+In0.043600.07120td4、蒸汽管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？说明在本题解稳态传热牛證士人7兄22=212兀(g-5)情况下，哪一种材料包扎在内层较为适合？答：q丄L25q已知r3-r2=r2-rie=eIn負In負21z=T7Tv1114-111A人22_415_5说明：将导热系数小的1包扎在内侧时传热速率Q较小。/C_2兀慣-5)r3td5在外径为140nmi的蒸汽管道外包扎一层厚度为50iimi的保温层，以减少热损失。蒸汽管

45、外壁温度为180C。保温层材料的导热系数几与温度t的关系为口+0.0002t(t单位。C,、单位W/(nfC)0若要求每米管长热损失造成的蒸汽冷凝量控制在9.86x105(kg/(m.s),求保温层外侧而温度。(答：t3=40C)td6在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为e19x2111111的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490W/(mC),管外油侧对流传热系数为258W/(nr；C)0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0.00026m2.C/W，油侧污垢热阻为0.000176m2；C/Wo管壁导热系数为45W/(mC)。试求：基于管外表而积的总传热系

46、数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。(答：(l)Ko=208W/(m2；C)；(2)11.8%)Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)td8、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卞，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。(答：AtnF49.7C)解：本题所采用算法一：并流：WhCph(243-167)=WcCpc(157-128)=KAAtml(1)e叱C“=2.62%5(243

47、-128)-(167-157),243-128lii167-157=42.99CKA157-12842.99=0.675井243T1T216Z128t1t2*r逆址T公YT1243128t215KA243-16742.99=1.768Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( /51)改成逆流：WhCph(T|-T；)=WcCpc(t；-1J=KAAtm2(2)e吧5(243-珀)=2.62吧5(匚一128)eT；=578.36-2.62t；(3)据题意,逆流时KA,WcCpc,WhCph与并流相同,则佥5m2两式相减得AT；t；

48、+t|=(T|tJ(T；tJ=.093Atm2Atm2iTt24310ehi：-=lii=1.093T“tT?128?43_t*.e=2.983与T；=57&36-2.62t；联立T.-128一一求得t；=161.5CT；=155.3CAt1=243-t；=81.5CAt2=T；一128=27.3Cg1.527.3$c.Ar,.81.5lii-liiA/227.3WhCph(TTJ)=KA(Ti-t2)-(T2-ti)gh(Ti-tJ_KA(Ti-切-(T?-tj_KA(】Wh%(T；-t2)_WhCph(UwsWcCpc联立,1叽29S(Tt；)=s(TtJWe”=(243-128)亦(T；

49、-t2)(T厂tj卜Wq一(167-157)1+29WCpc76kBS=1093243tre二=2.983与T；=57&36-2.62t；联立T.-128一一求得t；=161.5CT；=155.3CAt】=243-t；=81.5CAt2=T；128=27.3C防乞护1.5二2严一.Ar,.81.5hi-In企27.3算法三、逆流时传热温差变化比较缓和，用算术平均值Lm算法二:并流时128t1it243T1t2157WhCpQ-TJ=WcCpc(t2-t1)=KAAtml(1)T216ZWhCpQ-TJ二KA(A-tj-(T?-1?)Ind)(T2-13)128t1t2；逆址T21T12436W

50、-切_KA(Ti-tj-(T?-tj_KA(1+叽)W、Ccpc亠(T厂tjWhCph(T|-TJwq逆流时WhCph-TJ)=WetJJ=KAAtm2W128)=KAgzV=243-r2Ar.=T.-128=57&362.62人一128=450.362.62人&aAr+匚243匚+450.362.62匚二=:=346.681.81匚22e叱C2-128)=/CA(346.68-1.81r2)r2-128=0.675(346.68-1.81r2)80.1+23.5C1。51.0et2=162.9T2=151.5tmwcciKXt2-ns)=KAAtm2逆流时传热温差用对数平均值ZV=243-t

51、2Ar2=T2-128=578.36-2.62匚-128=450.36-2.62ZArm2(243fj(450.36262fJIn(243-f?)(450.36-2.62厶)1.62人-207.36一:Cin(2U)(450.362.62fJ仁-128=0.6751.62r2-207.36g(243f)一(450.36-2.62r2)hi一_=109亿-139.97可用试算法求(450.362.62)t2-128td9在卜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50Co加热介质在壳方流动，其进、岀口温度分别为100C和60C,试求下而各种情况下的平均温度差。壳方和管方均为单程的

52、换热器。设两流体呈逆流流动。壳方利管方分别为单程利四程的换热器。壳方利管方分别为二程利四程的换热器。(答：(l)Atni,=44.8C；(2)Atm=40.3C；Atm=43.9CHgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)td7、在并流换热器中，用水冷却油。水的进、岀口温度分别为15C和40C,油的进、岀口温度分别为150C和100Co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(Cp,%K)均不变，若原换热器的管长为Im,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：

53、Q=(150-100)=.(40-15)W力5(150-100)=2=叫5(150-80)=叱C“(r15)W力C(15080)=KA凶加/得150-10040-15.t=50C150-80t-15九5一二(10佝=92/9(答:L=1.85m)1515015150401(0i150-15111100-40型斗3=69.81CInX80-50C/得二皿川】=泌4川】150-80A2Ar/;l27U：IL2tin2解得：*1.85111m210.在逆流换热器中，用初温为20C的水将1.25kg/s的液体(比热容为1.9kJ/(kg.C)密度为850kg/m3),由80C冷却到30C。换热器的列管

54、直径为*25x2.5imn,水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85kW/(nr；C)1.70kW/(nr.C),管壁及污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50C,试求换热器的传热而积。139诃解:Q=WhCph(80-30)=K2A2tm基于外侧而积的总传热系数：1d.125=H=K2a20.85*1000*20+1.7*1000eK2=485.7W/(nr.cC)=2三竺二竺磐=i&2CIn如In巴t210代入数据Q=WhC)h(80-30)=K2A2tm1.25*1900*50=485.7*18.2A3eA?二13.43m?20翠2.059*105080丄二竺+丄K2axdx

55、Adma.Hgjcshsd( /51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)tdl4.90C的正丁醇在逆流换热器中被冷却到50Co换热器的传热而积为6i时，总传热系数为230W/(nr；C)o若正丁醇的流量为1930kg/扎冷却介质为18C的水，试求:冷却水的出口温度;冷却水的消耗量,以m/h表示。t2=29.490,V=4.82m3/h解:正丁醇20C时Cph=2.33kJ/(kg.C)70C时2.635kJ/(kg；C)75C时2.68kJ/(kg.C)Cph=2.9kJ/(kg?C)0=%5(9O-5O)=KAMK=230W/(in2.C

56、),A=6nrAA+WhCph(90-50):e九=庶一-m.90-t2hi50-18叱,5(90-50)=WC18)eWc18曾1930/3600*2635*40“-二40.95C230*65.06/2&et2=39Cp二2352942+4022362怕3+(001430311)*8卩2+(0000(817041)*B3A3kJkmoT】KEquationNamePolynomialEquationEquationCp=A+B*T+(XT2+D*T3whereTmKandCpmkj/k-mol.KCoefficientA-235.2942CoefficientB4.022362Coeffic

57、ientC-143031IE-02CoefficientD1.817041E-05CoefficientECoefficientFCoefficientGTrange,fro()rcAtml,5015WhCph=2.167WcCpc、KA85-20ce=2.236wq29.07冷流体流量加倍：vT2=70Tl=100tl=20t2f=?T2=?Tl=100Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)WhCph(100-T；)=2W：Cpc(t；-20)=KAAtm2e2.167Wq。(100-TJ)=2WQ”(t220)e2.167T；+2tJ=256.7(1)t?tKAXr=

58、2wccpc=1.118Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( #/51)Hgjcshsd( /51)ATJtJ+t、(TtJ)tj)=032iii8=_o.o86Atm2Atm2一匚)e(T】-tJ)=0.918(2)(TJ-tj(1)(2)联立，TJ二60.5t2r=62.8WhCph(100-60.5)WhCph(100-70)=1.316tdll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1650耐/h常压卞苯的沸点为80.190,汽化热为394kJ/kg.冷却水的进口温度为20cC,流量为36000kg/h,水的

59、平均比热容为4.18kJ/（吨C）。若总传热系数Ko为450W/（时。C）,试求换热器传热而积S。假设换热器的热损失可忽略。（答：So二20时）tdl2.在一传热而积为50耐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33000kg4i,温度由2090升至3890。溶液的温度由11090降至60Co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45C。试估算换热器清洗前传热而两侧的总污垢热阻。假设：两种情况卞，流体物性可视为不变，水的平均比热容可取为4.187kJ/（吨C）；（2）可按平壁处理，两种工况下a;和。分别相同；（3）忽略管壁热阻和热

60、损失。（答:MRo=1.925x10-3ma1C/W）tdl3.在一单程管壳式换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160C的饱和蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体）,原料油在管程流动,并由2090加热到10690o管壳式换热器尺寸为：列管直径协19x2、管长4im共有25根管子。若换热器的传热量为125kW,蒸汽冷凝传热系数为7000W/（时C）,油侧污垢热阻可取为0.0005时9C/W,管壁热阻利蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的1.75倍，试求油的岀口温度。假设油的物性不变。（答:o；二360W/（甘C）,t2.