化工原理传热例题

化工原理考试题及答案一填空题（6分）题号:4009第4章知识点：200难度:容易某间壁换热器中，流体被加热时，圆形直管内湍流的传热系数表达式为 ，•当管内水的流速为 0.5m.s时，计算得到管壁对水的传热系数a=2.61kw.m •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**********答案*****Pr0.40.8Pr0.4=0.023Red:=3.81kWm，K」（2分） 题号:4068第4章知识点:300难度冲等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，出口温度为53C,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）*****答案**********答案*****5%5%（3分） 题号:4013第4章牛顿冷却定律的表达式为知识点:200 难度:容易_，给热系数（或对流传热系数）a的单位是 *****答案*****q=a*****答案*****q=aA△tw.m.选择题（2分） 题号:4118第4章知识点:100 难度溶易热量传递的基本方式是（ ）。A.恒温传热和稳态变温传热；B.导热给热和热交换；C.气化、冷凝与冷却；D.传导传热、对流传热与辐射传热*****答案**********答案*****三.判断题1.（2分）题号:4156第4章知识点:100难度:容易在稳态传热中，凡热阻大处其温差也大。 （ ）*****^答*****四.问答题难度:容易1.（4分）题号:4203第4章知识点难度:容易什么是稳定传热和不稳定传热 ？*****答案**********答案*****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。五•计算题1.（15分）题号:4243第4章知识点:300 难度:较难在传热面积为20m的某换热器中，用温度为20C,流量为13200kg.h 的冷却水,冷却进口温度为110C的醋酸，两流体逆流动。换热器刚投入使用时 ，冷却水出口温度为 45C,醋酸出口温度为40C,运转一段时间后，冷热流体流量不变，进口温度不变，而冷却水的出口温度降至38C，试求传热系数下降的百分率。水的比热 Cp=4.2kJ.kg ，热损失可忽略。*****答案**********答案*****Q=Q=(WcCpc)(t2_t1)=13200°2(45一20)=385kW3600(1)•%[(110_45)_(40_20)]ln[•%[(110_45)_(40_20)]ln[110-45]40-20]-38.20C^斤仁"504叫*过一段时间之后Q'=13200 42(Q'=13200 42(38-20)3600=277.2kWQ'((Q'((WCCpc)(110-T2)=277.2kW式(2)/(1)得:110式(2)/(1)得:110-T2110—40277.2385T2=110-277.270385=59.6°C-■'tm[(110-38)-(59.6-20)]_542oCIn[110-38]59.6-20K' 277:2 0.256kW.m，.KA% 20汉54.20.504100%丿504一°.256100%+9.2%

0.504（12分）题号:4235第4章知识点：100难度冲等0120X5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料，其导热系数为0.07w.mK。设蒸汽管的内壁温度为110C,管壁导热系数为45w.m 。要求保温层外壁温度不超过20C,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。*****按多层圆筒导热(t1-七3)q:1 1 「2丄 1 |「3In+ In2".-.1 「1 2二■2 「2将r2=0.06m,r1=0.055m,r3=0.06「，t1=110°C,t3=20°C答案*****11111-0.07WmK, 1=45WmK,cq-60Wm,代入上式110—20ln^62二45 0.0552二0.07In0.06:0.06110—20ln^62二45 0.0552二0.07In0.06:0.06 90006+60.00031 2.27In0.06解得：0.000312.2"°^嚼二0.6610.060.06、0.06=1.936,、=1.9360.06—0.06二0.056m注：本题可简化不计管壁热阻。（10分）题号:4244第4章知识点:300 难度冲等某车间有一台换热面积（以外表面积计）为2.5m 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30C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热系数。*****答案**********答案*****A=2.5mA=2.5m2,Cp=2kJ.kg.K(180-80)-(70-30),100

In40=65.5oC20036002000(80-30)20036002000(80-30)=5555555565.52.5-34（20分） 题号:4238第4章知识点：300难度:较难某列管换热器，用100C水蒸汽将物料由20C加热至80C,传热系数K=_2 1100WmK。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 80C,问加热蒸汽温度应取何值?（提示：先求经半年运转后的传热系数K）***** ^答*****原：W2Cp2(80-20)=KA tmAtm原：W2Cp2(80-20)=KA tmAtm心=43.2比80In20半年后:W2Cp2(70_20)=K(2)80-30 0厂50.98C.80In-30(1)得：3)K(80_20)(1)得：3)K(80_20)■■：tm_K'50.98-10043.28所以，经半年运转后的传热系数为:K‘=70.8W.m^K」保持原生产能力，即 KA」tm■：tK■■-Im■：tK■■-ImK10043.370.8=61.2°C仃—20)—(T—80) 261.2T-20InT-8060T-20T-200■In ■2.666—T=115.90C61.2T-80T-805.(15分)题号:4287 第4章知识点:300难度:较难*****答案*****在管长为4米的套管冷却器中，用水冷却热油。已知两流体作并流流动，热油由 420K*****答案*****冷却至370K，水由280K被加热至310K。欲使用增加冷却器管长的办法，使热油出口温度降至350K，试求管子加长后水的出口温度及加长后的管长。假设在两种情况下，油和水的流率、物性常数、进口温度均不变 ；冷却器除管长变化外，其他尺寸也不变。

管子加长从前：T,=420K、T2=370Kt1=280K>t2=310KQ二WhCph(420-370)=WcCpc(310-280) (1)二K二d378」’(420-280)-(370-310二K二d378140In60Q=K二d378二WhCph(420-370) (2)管子加长后： T|=420KrT2=350K11=280Kr12=?Q'=Wh。点420350=叫。沁2-280 (3)(420-280)-(350-t2)In(420-280)-(350-t2)In(420-280)(350-t2)(4)'_(420-280)-(350-t2)：m= (420-280)'_(420-280)-(350-t2)：m= (420-280)In ；—(350-t2)(420-280)-(350-322)(420—280)In(350-322)二69.6由式(3)、(4)得：WhCph(420—350)=K机d“乂69.6(5)(2)/(5)得:507037869.6II=7.60m(1)/(3)得：420370=310280t2=322K420350t2-280（12分）题号:4227第4章知识点:300 难度冲等接触法硫酸生产中用氧化后的高温三氧化硫混合气予热原料气（二氧化硫及空气混合物），已知：列管换热器的传热面积为 90m ，原料气入口温度t300C,出口温度t=430C。SO T=560C,两种流体的流量均为10000kg.h ，热损失为原料气所得热量的6%，设两种气体的比热均可取为 1.05kJ.kg ，且两流体可近似作为逆流处理，求：1.三氧化硫混合气的出口温度 T 2.传热系数K。

*****Ti本题目有题图titu088答案**********Ti本题目有题图titu088答案*****1.100001.05(560-丁2)=100001.05(430-300)1.06得T2=422.2°C2- 2- -tm(560-430)(422.2-300)2-=126°C21W.m.K10000105021W.m.K90126360035.4901263600（16分）题号:4249第4章知识点:300 难度:较难有一台套管换热器，内管为038x2.5mm钢管，外管为$57x3mm钢管,换热管总长36m,逆流操作,管内走水,将管间4200kg.h 65C冷却到35C,水温从25C升到35C，现已知苯侧对流传热系数为2030w.m ，水侧对流传热系数为6610w.m,苯侧垢层热阻为0.18m ,苯液比热为1.80kJ.kg ，钢导热系数匸45w.m。试计算：（1）该换热器传热系数K（2）水侧垢层热阻R*****答案**********答案*****(1)Q=WhCph(「-T2)二42001.81000(65-35)=63000W3600几l=3.140.03836=4.30m2_(65-35)-(35-25)二促才。.30In10_(65-35)-(35-25)二促才。.30In10Q63000A1 ：tm4.3018.21 bA Rs：1 Am sK1Rs2805Wm^.K，：2A21 1 0.0025 38 0.18 38（亠亠亠）805 2030 45 35.5 1000 661033=0.000336m2..KWA（15分）题号:4233第4章知识点:300 难度冲等在内管为0189X10mm的套管换热器中，将流量为3500kgh_1的某液态烃从100C冷却到60C,其平均比热为2.38kJkgJKJ,环隙走冷却水，其进出口温度分别为40C和50C,平均比热为4.17kJkgJKJ,基于传热外表面积总传热系数K0二2000Wm工K一1,设其值恒定，忽略热损失。试求：1） 冷却水用量；2） 分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长*****答案**********答案*****1）冷却水用量WhCph(T1-T2)=WcCpc(t2-tj.35002.38(100-60)=Wc4.17(50-40) .WC=7990kgh，2) 二50器=32.7°C(逆流)50In2060—10 0-：tm 27.9C (并流).60In-10Q=79904.17(50-40)=3.33105kJh'=KA：tm逆流时：5A二 33310 "42m2「dl , 142 =2.51m2000乂32.7汇3600 3.1^0.181000并流时：3.33勺05 2 1.66 cc,A 1.66m =dI I 2.94m2000 314汉01827.9360010009,（3-106）有一列管式热换器，列管由薄壁钢管制成。壳方通入温度为 7200C的饱和水蒸汽。管内走空气，空气流量为 2.5104kgh，呈湍流流动，进口温度为 300C，出口温度为800C。现加大空气流量为原来的 1.5倍，进口温度不变。问此时的饱和水蒸汽温度为

多少？换热量为多少？空气比热Cp=1005JkgJ.K-，假设空气的物性保持不变。解：原工况：W2Cp2(t2-tj=KA」t解：原工况：W2Cp2(t2-tj=KA」tm其中:t2-t1TInT-ti-t2现工况:t2~t1W2Cp2(t?-tj=KAlnT—12T-t1KA=w2cp2lnT_t2(1)1.5w2cp2(t'2-ti)K'A=1.5w2cp2lnT'1T-t'2(2)「蒸W2丿T-t'「蒸W2丿T-t'2K二：空二w0.8=1.50.8=1.383(2)/(1(2)/(1)得:1.5ln“T£K1丁十lnT-t'2K'=1.383=,120—301.5ln120-1'2120-30ln120—80解得：t'2=77.4C则此时的换热量为：25汇104Q'=1.5w2cp2(t'2—tj=1.5 1005(77.4—30)3600=Q^4.96105W=496kW10,（3-113）有一传热实验，在套管换热器中用饱和水蒸气加热空气，空气走内管，蒸汽在环隙冷凝。已知两侧均无垢，内管为 302mm，长2m的紫铜管。今测得：空气：进口温度：20C,出口温度70C,流量：30m2h1（进口状态之值）粘度:1.9410*Pas（45C下）；导热系数： ■=0.0279Wm‘K‘（45C下）比热:_4cp=1.005kJkgK，操作压力可取为760mmHg，分子量为29。蒸汽：温度：110C（