化工基本知识课后答案解析(中国石化出版社)第5章传热

**第五章 传热1.一立式加热炉炉墙由厚 150mm的耐火材料构成，其导热系数为λ 1＝感谢阅读1.3W/(m·K)，其内外表面温度为ll00℃及240℃，试求通过炉墙损失的热量(W/m2)；若外加一层25mm，λ2＝0.3W/(m·K)的绝热材料，并假定炉内壁温谢谢阅读度仍为1100℃，而热损失降至原来的57％，求绝热层外壁温度及两层交界面处的温度。精品文档放心下载Qtt11002407453.3Wm2解：q1b20.15A1 1.31q'0.57q4248.4Wm2q'Qtt1100t4248.4131.330.3122得：t=255.8℃3q'Qtt'1100t4248.4A1b20.1521.31解得：t2'=609.8℃某加热炉炉墙由耐火砖、绝热层与普通砖组成，耐火砖里侧温度为900℃，普通砖外侧温度为50℃，各层厚度分别为：耐火砖140mm，绝热层(石棉谢谢阅读**)20mm，普通砖280mm；各层导热系数：λ1＝0.93W/(m·K)，λ2＝感谢阅读0.064W/(m·K)，λ3=0.7W/(m·K)。(1)试求每m2炉墙的热损失；(2)若普通砖精品文档放心下载的最高耐热温度为600℃，本题条件下，是否适宜?解：（1）qtt90050984.9Wm2b1b4b0.140.020.281230.930.0640.7123（2）qt3t4t350984.9Wm2b0.280.73解得：t3=444℃ 适宜3.用平板法测定某固体的导热系数，试件做成圆形薄板，直径d＝120mm，厚度为δmm，与加热器的热表面及冷却器的冷表面直接接触。所传递的热量(一维导热)，用加热器的电能消耗计算之。过程稳定时，测得加热器电流为精品文档放心下载0.96A，电压为60.5V，热电偶测得热表面温度t1＝180℃，冷表面t2＝30℃；感谢阅读由于安装不良，试件与冷热表面之间各有一层0.1mm的缝隙(内有空气)，试求：感谢阅读(1)忽略表面间的辐射传热时，因空气缝隙引起的测试导热系数的相对误差。空气在180℃及30℃时的导热系数分别为3.78W/(m·K)及2.67W/(m·K)。感谢阅读(2)如果计入辐射传热，上题的误差将有何变化，请作定性分析。精品文档放心下载解：QUI60.50.9658.08(W)精品文档放心下载**Ad20.1220.0113(m2)44Tt1803058.08忽略空气缝隙的影响：QWWA0.0113解得：(W/(mK))34.236不忽略空气缝隙的影响：Qbtt0.11031803058.081b40.110312A0.0113A3.781022.672得：37.778(W/(mK))感谢阅读相对误差：34.23637.778100%9.4%37.778精品文档放心下载(2)如果计入辐射传热，导热速率Q应减小，得出的导热系数应减小，所以上题的误差将减小。谢谢阅读4.当管子外径与内径之比d2/d1＜2时，试证明：通过管壁的导热速率按下式感谢阅读计算的相对误差不超过4％。管子的内外直径分别为；d1＝107mm，d2＝127mm，导热系数λ谢谢阅读=16W/(m·K)，管内外壁温度各为350℃及300℃，试求在单位时间内，每米精品文档放心下载**管长及每平方米外表面的导热量。Qtt3503002.93104(W/m)121127解：L1d22lnd1216ln107Q2.93104(W/m2)A0.1277.3510416.汽管外直径d1=100mm，其表面温度t1＝180℃，覆盖有一50mm厚的矿感谢阅读渣棉绝热层，绝热层外表面温度 t2＝30℃，其导热系数由下式决定：λ=感谢阅读0.064(1+2.25×10-3t)W/(m·K)，试求每米管长的热损失(W/m)。精品文档放心下载7.管径为Ф38×2.5mm的油管，管壁导热系数为45W/(m·K)，内壁温度为精品文档放心下载120℃；为减少热损失，在管外包上两层绝热层，第一层是50mm厚的蛭石，导热系数为0.06W/(m·K)，第二层是10mm厚的石棉泥，导热系数为0.13W/(m·K)。感谢阅读(1)试求每米管长的热损失及两绝热层交界面的温度；(2)若把内、外两绝热层位置交换一下，热损失将如何变化?感谢阅读8.某汽油冷却器采用Ф25×2.5mm管子，冷却水在管内以lm/s的流速通过，进出口温度分别为25℃及45℃，管长3m，试求管壁对冷却水的给热系数。谢谢阅读解：在定性温度tm12254535℃下水的物理性质为994kgm3，精品文档放心下载**C=4.174kJkgK，=0.727mPaS，=0.626WmK精品文档放心下载pRedu2010319942.73104104湍流0.727103C4.1741030.727103p0.023Re0.8Pr0.40.0230.6264790.8Wdm2K20103

4.852.731040.84.850.49.某煤油冷却器有Ф19×2mm钢管60根，长3m，管内冷却水流速为感谢阅读0.6m/s，平均水温为30℃，管壁温度为55℃。试求：谢谢阅读(1)水在管内的对流给热系数：(2)给热速率解：(1)在定性温度t 30℃下水的物理性质为995.7kgm3，精品文档放心下载mC=4.174kJkgK，=0.801mPaS，=0.618WmK感谢阅读pRedu151030.6995.71.12104104湍流0.801103PrC4.1741030.8011035.41p0.6180.0230.8Pr0.40.61840.80.4d151033227.7Wm2K(2)根据牛顿冷却定律：**A(tt)3227.70.015360(5530)6.84105W谢谢阅读iW10.上题中，若改用管径为Ф38×3mm钢管而保持流速及冷却水总流量不变感谢阅读(管子根数可变)，求给热系数及给热速率。解：(1)在定性温度t30℃下水的物理性质为995.7kgm3mC=4.174kJkgK=0.801mPaS=0.618WmKpRedu321030.6995.72.39104104湍流0.801103PrC4.1741030.8011035.41p0.6180.0230.8Pr0.40.61840.80.42774Wdm2K32103(2)根据牛顿冷却定律d2nu0.01526013Ф38×3mm管子根数：n'4d'2u0.03224A(tt)27740.032313(5530)2.72105W精品文档放心下载iW11.若将题8中冷却器中心管内流速提高至1m/s，管径及水温不变，求给热系数增加的倍数。精品文档放心下载12.重油以0.2m/s的速度，在内径为50mm的管内流过，进口温度为20℃，出口温度为85℃，管壁的平均温度tW＝100℃，试求管壁对重油的给热系数。谢谢阅读**已知重油的物理参数如下：试计算套管换热器中原油的给热系数。套管的尺寸为Ф85×5-Ф60×5mm，原油的流量为12600kg/h，进出口温度分别为125℃及175℃；原油精品文档放心下载的物理性质可由以下参数再查阅图表集或附录求得；d20＝O.9084， ＝39.9精品文档放心下载4 80×10-6m2/s； ＝18.2×10-6m2/s,特性因数K＝11.8。试求原油走内管或走感谢阅读100环隙时的给热系数。14.常压空气横过外径为50mm管子所组成的管束，空气由15℃预热至39℃，其在最窄截面处的流速为6m/s，计算管束为顺排与叉排时的平均给热系数。15.试求从一外径为60mm、壁温为120℃的蒸气横管到重油(20℃)的自然对流给热系数。蒸汽管置于油罐下方被重油所浸没，重油的物理性质同题12。谢谢阅读16.试求水浸式冷却器管外至水的自然对流给热系数。已知水的平均温度为精品文档放心下载30℃，管外壁温为70℃，管外径为89mm。17.两根横管具有相同的表面温度，都被空气的自然对流所冷却，第一根管直径5倍于第二根管，如果两根管的(Gr·Pr)值均在109─1012范围内；试求两管谢谢阅读**给热系数之比/及每米管长的热损失之比q/q。感谢阅读1 2 1 218.正己烷在压力0.4MPa(表)及温度13l℃下，在某再沸器管外作饱和沸腾，已知加热管外壁平均温度147℃，己烷的临界压力Pc=0.295MPa，试求沸腾给热系数。谢谢阅读19.丙烷饱和蒸汽在水平管束外冷凝，已知管子总数86根，管外径25mm，正三角形错列。丙烷冷凝温度59℃，冷凝潜热330kJ/kg；管壁温度为50℃；丙烷凝液在55℃下的物性：μ＝O.08MPa·s，λ＝0.085W/(m·K)，ρ＝440kg/m3，试求管外平均冷凝给热系数，并与单根管进行比较。谢谢阅读20.某化工厂拟用水在逆流套管冷却器中冷却苯液，测得苯的流量为20t/h，进出口温度为80℃与50℃，冷却水由25℃升至45℃，传热面积为20m2，精品文档放心下载试估计此冷却器的传热系数。解：苯的定性温度T805065℃m2查得苯在65℃下的比热为：0.45C=0.45kcal/(kgK)1.884kJkgKpmC(TT)201031.884(8050)314(kW)感谢阅读36002111p1ttt(8045)(5025)29.7℃1t28045mlnlnt150252KQ314103528.3（W/(m2·K)）At2029.7m21.某芳烃车间需将环丁砜水溶液由l00℃加热至115℃，拟用0.362MPa(绝)谢谢阅读**的饱和水蒸气作为加热剂，已知环丁砜溶液的流量为 216t/h，比热为谢谢阅读2.93kJ/(kg·)，若加热器的总传热系数为680W/(m2·K)，试求水蒸气的消耗量感谢阅读及所需要的传热面积。解：QmC(tt)2161032.93(115100)2637(kW)22p2213600查得0.362MPa(绝)的饱和水蒸气的温度和冷凝潜热分别为139.9℃和感谢阅读2149kJ/kg。水蒸气的消耗量mQ26371.23(kg/s)2149ttt(139.9100)(139.9115)31.8℃1t2139.9100mlnln12AQ2637103121.9m2Kt68031.8m22.在一换热器中用饱和水蒸气加热有机溶剂，换热管规格为Ф25×2.5mm钢管，溶剂在答内流动，流速为u(m/s)，在换热器洁净无垢时测得：K10.0001870.0027/u0.8，操作半年后，管内侧生垢时又测得：精品文档放心下载OK1 0.0004640.0027/u0.8，若假定两种情况下蒸汽冷凝的给热系数相等，谢谢阅读O且蒸汽侧不生垢，试计算：(1)当管内溶剂流速为2m/s时，管内给热系数；谢谢阅读i(2)水蒸气冷凝给热系数；o**(3)操作半年后的污垢系数Rsi解：(1)根据总传热系数的计算公式11dbd1与ooKddoiimo10.0001870.0027/u0.8相比较，可得：KO1do1250.0027/u0.80.0027/20.80.00155d20iii解得：806(W/(m2K))i(2)根据总传热系数的计算公式11dbd1与ooKddoiimo10.0001870.0027/u0.8相比较，可得KObd10.00252510.000187omoo解得：7983(W/(m2K))o(3)半年后总传热系数的计算公式为11dodobdo1与KdRsiddoiiimo10.0004640.0027/u0.8相比较，可得KOdbd10.000464ooimo因bdo10.00252510.000187d4522.5moo**所以RdoR250.0004640.0001870.000277sidsi20i=0.0002216（m2K/W）si23.某煤油冷却器由60根Ф25×2.5mm的管子组成，水走管内，煤油在管间与水呈逆流流动。若煤油的流量为4500kg/h，进、出口温度分别为78℃及30℃，水的进口温度为20℃，出口温度不得超过48℃。水侧及油侧的给热系数分别为1.7及0.85kW/(m2·℃)，试求在不计污垢热阻时，该冷却器所需的感谢阅读管子长度(煤油在平均温度下的比热容可取1.9kJ/(kg·℃)，钢管的导热系数为45W/(m·K)。谢谢阅读解：QmC(TT)45001.9(7830)114(kW)11p112360011dbd1代入数据oooiimo11250.0025251K1.7103204522.50.85103o解得：K=506.7W/(m2·℃)ottt2(7848)(3020)18.2℃17848mt12AndL600.025LQ114103506.718.2oKtmL=2.62m24.一定流量的空气在蒸汽加热器中从20℃加热至80℃，空气在管内呈湍流谢谢阅读**流动。压力为0.17MPa(绝)的饱和水蒸气在管外冷凝。现因生产需要将空气流谢谢阅读量提高20％，但空气的进出口温度不变，试问应将饱和水蒸气的温度及压力谢谢阅读增加至多少，方可完成任务(假定管壁及污垢热阻均可忽略)?感谢阅读解：查得0.17MPa(绝)的饱和水蒸气的饱和温度为114.8℃谢谢阅读ttt(114.820)(114.880)60.1℃1t2114.820mlnln12因饱和水蒸气在管外冷凝的对流传热系数（相变过程）远大于管内空气的谢谢阅读对流传热系数，因此总传热系数近似等于管内空气的对流传热系数，即K谢谢阅读i将空气流量提高20％时，K''1.20.81.157K感谢阅读i i若空气的进出口温度不变，总传热量Q'1.2mC(tt)1.2Q2p221即K'At'1.2KAtmm1.157KAt'1.2KAt 1.2KA60.1精品文档放心下载m mt'=62.33℃mt'tt(T'20)(T'80)62.331t2T'20mln12解得：T'=117℃查得117℃饱和水蒸气的压力为0.18MPa。25.在一并流操作的套管换热器中，用水冷却柴油，水的进出口温度分别为感谢阅读15℃及40℃，柴油从100℃冷却至60℃，现因生产需要将柴油出口温度进一谢谢阅读**步降低，在不增加传热面积的前提下改为逆流操作，试求柴油可能达到的最低精品文档放心下载出口温度(假定柴油、水的进口温度及物理性质均不改变)。精品文档放心下载解：R=mCp1tt40150.62512110060mCTT2p212ttt2(10015)(6040)44.91t10015m并ln12NTUTTKA100600.891244.9tm并mC1p1对逆流传热：1exp[NTU(1R)]1exp[0.89(10.625)]0.5139Rexp[NTU(1R)]0.625exp[0.89(10.625)]即：TT'100T'0.5139122Tt1001511解得：T2'=56.3℃26.90℃的正丁醇在逆流换热器中被冷却至50℃，换热器的传热面积为6m2，感谢阅读总传热系数为 230W/(m2.℃)，若正丁醇的流量为 1930kg/h，比热容为精品文档放心下载2.95kJ/(kg.℃)(70℃时的数据)，冷却介质为18℃水，试求：精品文档放心下载(1)冷却水的出口温度；(2)冷却水的消耗量，m3/h。解：(1)QmC(TT)19302.95103(9050)63261(W)11p1123600tQ6326145.84℃mKA2306**设冷却水的出口温度为ttt(90t)(5018)45.841t2290tmlnln122解得：t=26.82(2)t1826.822.4℃，查得水的比热为4.181kJ/(kg.℃)m2QmC

(t

t)m

4.181103

(26.818)

632612 p2

2

1

2解得：m=1.719kg/s=6190kg/h精品文档放心下载227.在逆流换热器中，冷油与热油进行热交换，油的比热均为1.68kJ/(kg.℃)，热油的流量为3000kg/h,并从l00冷却至25℃；冷油则从20℃加热至40℃。已知总传热系数K0随热油的温度T变化如下:谢谢阅读热油温度，T(℃)1008060403025传热系数，Ko[W/(m2·℃)355350340310230160试求换热器的传热面积。解：画图积分,参见例题P279例题（略）28.外径为15mm的管子需要保温，如果采用某石棉绝热物是否合适？已知该石棉物料的导热系数为0.12W/(m·K)，从绝热层的外表面至周围介质的对流、辐射综合给热系数约为12W/(m2·℃)。感谢阅读**解：d