化工原理第二版答案讲解

1、第四章习题2.燃烧炉的内层为460mn厚的耐火砖, 外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表 面温度ti为1400C ,外表面温度ts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 厂0.9 0.0007t ,绝缘砖的导 热系数为 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.t t31400-12b1b2，得12It, +t2460 10 /(0.9 0.000722t2 -100230 10/(0.3 0.0003 笃气t厂 949 C热通量0.40/0.

2、97 0.00071 - t2 400 + 949二 1689W/m3 .直径为60mm 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0.043和0.07W/（mC ）,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：_ tl _ 上3丄ln豆亠心2 1 r12 2 r2-1100-102 3.14 0.043302 3.14 0.00076025W/m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

3、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：设外层的平均直径为dm2，内层平均 直径为 dm1，则 dm2 = 2dm1 且 2 = 2 1。由导热效率方程知：Q= Dt Qt _広讥丄bbbb5 b r r *lSm1 2Sm2 1二丄 2、2也丄4 i两层材料位置互换后：Q _ _tdmiLQ bbb2dmi二 2dmiLII所以：Q 青 425 即：q725q两层保温材料互换位置后，单位管长的 热损

4、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。试求：(1)基于管外 ;(2)产生污垢后热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。已知 管内水侧对流传热系数为 349OW/(mC ),管外油侧对流传热系数 为258 W/(m2 -C )。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0.00026 nVC / W油侧污垢热 阻为0.000176 nVC / W管壁导热系数 入为 45 W/(mC )。表面积的总传热系数 阻增加的百分数。ko解：(1)总传热系数k 01 c bd0 c d0 d0Rs0亍Rsi宁牛0dmdi ：

5、 idi110 002 況 191919丄 0.0001760.00026 15100% = 11.8%. 1925845 1715 3490 15二 208W/ m2 C(2)产生污垢后热阻增加的百分数为:0.000176 0.0002812080.000176+0.0002815丿197: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、出口温度分别为150C和100C。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

6、为 补鰹-15）二00-4叭 92.5C135ln60由热量恒算可得：WnCphtti40-150.5.Wccpc T _ T2150 100当油的岀口温度降到80C时，由热量恒 算:Q = WnCpn(150- 80) = W4Cpc(t2 - 15).叫=(150-15)(8-5叭 0cln13530解得：t2=50C由传热速率方程分别可得:原换热器：Wncpn( 150- 100) = ks；t k n dL 92.5. Wncpn( 150- 80) = kstm = k n dL 70.新换热器：70 92.5 彳L=汉汉 1 = 1.85m.5070重油和原油在单程套管换热器中呈并

7、流流动,两种油的初温分别为243 C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:QJ k tm 二 WnCpn(T1 - T2 ) = WcCpC(t2 - tjQ = kjDtm = WnCpn(T1T2) = Wpcg - t1 ) 两式相除：tm二飞- T2二二- T2 ) -& - 1( 1tmT1 - T2 t2 - t1 (Tj - T2) - 1(_ ( -

8、T2) -(t2 - tj (243 -167)-(157-128)47(T1 _T2 (T2 t1)t2 t1t2 -1_L而一丄2 -t _L-_L所以:mln4t147LtSt1(243-128)-(167-157),115In433c解得：2.98.即：(243 - 12) = 2.98 (T2 -128)= t2 = -2.98 (T2 - 128) 243(2)由(1)式得:t厂 0.38 (243-T2) 128(3)243-167157 -128243-T2 - t2-128由( 2)、(3)式得:t厂 161.3CT厂 155.4 C所以：口 也 3(243-161.3)-(

9、155.4-128) = 49.7c mt21.0939.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。力口 热介质在壳方流动，其进、岀口温度分别 为100 C和60 C ,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:t1(100- 50)-(60- 20) =44 8Cin504050- 200.375(2) R100 - 20100 - 601.33查温度差校正系数图得:UtmLttm = 0.9 44

10、.8 二 40.3 c(3)由R、P值查流程温差校正系数图得：Lt 二 0.9811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1650m/h,常压下苯的沸点 为80.1 C,汽化热为394kJ/kg。冷却水 的进口温度为20C,流量为36000kg/h, 水的平均比热容为4.18kJ“kg C ）。若 总传热系数K）为450W/（mC ），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 = %DtmQ 二 Wsr 二 Vsr、PM101330 783p =q= 2.69kg/ m其中：RT 8.315 1 03 (278 80.

11、1)1650 2.6935Q394 10 4.86 105w3600冷水出口温度可由热量衡算求得。即:Q 二 WeCpc(t2 - tj= t2 e pc2 v 236000厂丄 (80.1- 20)-(80.1-31.6) tm 二=4加1代360,20=31机4.18 10354.1C80.1-31.64.86T05则：S 一20m2450 54.112.在一传热面积为50帚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20 C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，冷水出口温度

12、增到45C。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 4.17kJ/（kg C）； 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. tm =ln60- 20（110-38）-（80-20）=54.4叱所以:33000 4.187 103 (38- 20)3600 50 54.4二 254w/(m2 C)再求清洗后总传热系数 K,由热量衡算 求溶液的出口温度tmWcCpc=Tic巴(t2WnCpn-t1 110-110 - 6038 - 20(45 - 20)二 40.

13、6C(110-45)-(40.6-20) i 110-45 In40.6-20二 38.6C33000 4.187 103 (45 -20)3600 況 50 況 38.6二 497w/(m2 C)若传热面两侧的总污垢热阻为-Rs.则有:1 1+ za a ”i125411497由此得： RsT.925 103m2 C/Wx05a02004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

14、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 2.5mm的 直管内作湍流流动，其对流给热系数 =1000W/（mC ）。如流量与物性都不 变，改用一 ;T9X 2mm的直管，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 ,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

15、据视为相同）。t05a01216当冷热两流体均不发生相态变化时, 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Fb 104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的 倍。t05a02043 10mm的钢管中强制湍流时,其 ：=310W/（nVK）,如体积流量不变，改用 :152 X 10mm的钢管代替，流动仍为湍流某有机溶液在长为L,直径为门108 X（两种情况下L / d均大于60），此时:=W/（m 永）两流体通过间壁换热，冷流体从20C被加热到50C，热流体从100C冷 却至V 70 C ,则逆流时的t m =C。并流时的，t m= Cow05b051611. 一杯开水(100 C )置于20 C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