化工原理第五章答案.ppt

1、5-1试推导单层球壳稳态热传导导热速率计算公式 球壳内侧温度为t1，外侧温度为t2，内径为r1，外径为r2，球壳热导率为,解：根据傅里叶导热定律,分离变量得：,边界条件为： r=r1时，t=t1 r=r2时，t=t2,积分得：,5-2 已知冷热两流体通过换热器进行换热，热流体的进口温度为500，冷流体的进口温度为100，逆流操作时热流体的出口温度为300，冷流体的出口温度为200，当操作方式由逆流改为并流时，若换热器的传热系数不变，试求： (1)冷热两流体各自的出口温度？ (2)并流时的热量交换速率比逆流时下降了多少？(百分比),解：根据传热速率方程,逆流时,并流时,逆流时,并流时,两式相比得

2、,该式可分解为,化简整理得：,由此解得,(2)改为并流时热量下降的百分比,并流时,并流时的热量交换速率比逆流时下降了,5-3 试用传热效率传热单元数法重新计算5-2,解：,逆流时,改为并流时，CR和NTU均不变,由此解得,由热量衡算方程,可得,5-4、在套管式换热器中用水冷却某成品油，油和水呈逆流流动，已知油的质量流率为2.0kg/s，进口温度为120，出口温度为80，冷却水质量流率为2.5kg/s，进口温度为20，(1)求冷却水的出口温度？已知油的热容为2.45kJ/(kg)，水的热容为4.18kJ/(kg)。 (2)若已知该套管式换热器的有效传热长度为5m，内管为502.5mm的不锈钢管，

3、外管为803mm的不锈钢管，冷却水走内管，成品油走管外环隙，试求内管和外管的对流传热系数？水的密度取1000kg/m3，油的密度取850kg/m3，水的热导率为0.62W/(mK)，油的热导率取0.13W/(mK)，水的粘度为0.65610-3Pas，油的粘度为0.27610-3Pas。,(3)若管壁热阻和成品油侧的污垢热阻可忽略，冷却水侧的污垢热阻取0.2510-3m2K/W，求换热器基于管外表面积的总传热系数K? (4)核算该换热器能否满足要求？,解：(1)根据热量衡算方程,有,从而解得：,(2) 两侧的传热系数：,因为水走内管，所以传热系数可以用下式来计算,因为冷却水被加热，所以n=0.

4、4,所以，水侧的传热系数：,因为油走管外环隙，因此计算传热系数时d应该用de来代替,所以，油侧的传热系数：,(3)基于管外表面积的总传热系数Ko,由于管壁热阻和成品油侧(管外)的污垢热阻可忽略，所以上式可简化为,(4)核算换热器能否满足要求,如果换热器的换热能力Q冷热流体交换的热量Q，则换热器就能够满足要求,代入得：,因为QQ，所以换热器不能满足要求,5-5 一列管式换热器，管长为2.5m，管外径为50mm，自上而下的管排数分别为3、5、7、8、7、5、3。管外是110的饱和水蒸气，管内是90的某流体介质，管壁热阻可以忽略，试求换热器在下列情况下的换热速率？ （1）换热器竖直放置，蒸汽平行于管束流动； （2）换热器水平放置，蒸汽垂直于管束流动。,解：定性温度,100下水的物性值为：,（1）当换热器垂直放置时，蒸汽可视为在垂直管外冷凝，先假设膜内冷凝液流动为层流，待计算出以后再判断假设是否正确，这样有,换热速率：,验证流动是否为层流,冷凝液的生成量,所以液膜内的流动是层流，上述计算结