化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版)

1、(95 )第一章流体流动与输送机械.(2)第 二 章非 均 相 物 系 分离.(32)第三章传执.八、(42 )第四早蒸八、发.(69 )第五章气体吸收.(73 )第八早 蒸馏.(119 )第七章固体干解:Q tit2Abit2t3b2tit2 t3b2bi1t275 30 0.250.050.16300C第三章 传热1、某加热器外面包了一层厚为300mm 的绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/ (m C),已测得该绝缘层外缘温度为30 C,距加热器外壁 250mm 处为75 C,试求加热器外壁面温度为多少？2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成;耐火砖b1=230mm,1=1.05 W/

2、(mC)绝热砖b2=230mm,2=0.151W/(mC)建筑砖b3=240mm,3=0.93W/(mC )已知耐火砖内侧温度为1000 C,耐火砖与绝热砖界面处的温度为940 C,要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138 C,试求：(1 )绝热层需几块绝热砖；(2)普通砖外侧温度为多少?解：(1 ) b2=?Qtit?12 上32502解：已知钢管的内半径502 5r120mm钢管的外半径25mm940 t20.46273.90.151t2105.6C 138oC(2 ) t4=?Q t3 t4 A3273.9105.6 t40.240.93t434.9oC3、50 X5 mm的不锈钢管

3、，导热系数入 1 = 16 W/(mK)，夕卜面包裹厚度为30mm导热系数入2 =0.2W/ (mK )的石棉保温层。若 钢管的内表面温度为 623 K,保温层 外表面温度为373 K,试求每米管长 的热损失及钢管外表面的温度。Abib?1 21000 940940 138273.90.23b21050.151b20.442m230mmb 2=442mm230 x 2mm则：绝热层需两块绝热砖。校核t2=?保温层的外半径b 25 30 55mm根据式(3-12a ),每米管长的热损失2 L(ti t3)丄ln2丄41r12r221 (623 373)125155In In 16200.2251

4、5700.0143.94397W由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t2623397125In - 16 20622K4、60 X3伽的铝合金管(导热系数近似按钢管选取)，外面依次包有一层30mm 的石棉和30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.16 W/(mK)和 0.04 W/(mK)(管外涂 防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结)。(1 )已知管内壁温度为-110 C,软木外侧温度为 10 C,求 每米管长上损失的冷量；(2) 计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数；(3) 若将两层保温材料互换(各层厚度仍为30mm ),钢管 内壁面温

5、度仍为-110 C,作为近似计算，假设最外层的石棉层表 面温度仍为10 C。求此时每米管长损失的冷量。提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜q 丁In1r12 bt41 .3In2r2丄 In43 r32 110 10- 52 1 W/m1 . 301 .601 .90.InInIn -45270.16300.0460R2R3130In一4527160In0.1630190In 0.0460K) / WK) / WR 0.002344.332 10.13714.471(m2 K) /W各层热阻在总热阻中所占的分数:R1R钢0.002340.016%14.471R2R石棉4.332

6、29.94%14.471R3R软木1013714.47170.05%由以上计算可知钢管热阻很小，且R软木R石棉。(3)若将1 和 2互换，厚度不变，且认为t1和t4不变。2 110 10q T10 160 1 90 3794W/m45 ln 270.04 ln 30016 60系数与互换前相同解:(1) t1110 Ct4 10Cr1 0.027m r2 0.030m r3 0.060mr4 0.090m1 45W/(m K)2 016W/(m K)3 0.04W/(m K)每米管长损失的冷量:RIR2R310137 (m2 K) /W20.00234 (m24.332(mR1吃n1Fl1厂4

7、以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因为保冷好，则t4应增大，即t4 10C5、欲测某绝缘材料的导热系数，将此材料装 入附图所示的同心套管间隙内。已知管长l=1.0m. r i=10mm, r 2=13mm, r 3=23mm,4=27mm 。在管内用热电偶加热，当电热功率为1.0kW 时，测得内管的内壁温度为900 C,外管的外壁温度为100 C,金属管壁的导热系数为 50W/(mK)，试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大习题5附图R1吃rm113 10m2r m3Am1Am2Am3in 2r1in匹1011.4mm3223 1317.5

8、mm1327 23in空r3in 272324.9mm2 lr m12 irm22 lrm32 3.1431 11.4 102 3.14 1 17.5 10 332 3.14 1 24.9 102 27.16 10 m0.11m220.156m内管壁的热阻为:的误差？解：按题意求得:旦 O.13 a。1?8.38 10 4 K/W1Am1 50 7.16 1051000W外管壁的热阻为：R2毗00需F 5-13 104KW通过多层管壁的热流量为:900 100023 。13 5.13 10 42 0.11则：2=0.114 W/ (mK)若忽略两侧金属壁的热阻，则Q -?1_900 10010

9、00Wr3 r20.023 0.0132 Am22 0.11则：2=0.114 W/(mK)。由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻，在实验精度范围内，金属壁的热阻可以忽略。6、冷却水在25 x 2.&1,长为2m的钢管中以1m/s 的流速通过。冷却水的进、出口温度为20 C和50 C,求管壁对水的对流传热系数？解：定性温度t定空严35C查得水在35 C时的物性参数：p 994kg/m3, Cp 4.17kJ/(kg C),卩 72.8 10 5Pa s,入 0.6257W/(m C)管内径为：d=25-22.5=20mm=0.02mRedu0.02 1 99442.73 1072.8 1010

10、4湍流tl t4Ri28.38 10 45查得苯在50 C时的物性参数:p 860 kg/m 3,Cp 1.80kJ/(kg C),卩 0.45mPa s,入 0.14W/(m o C)管内径为:d=25-22.5=20mm=0.2m2100 60d 0.02热系数又有何变化?解：定性温度t定筈0 50C33Pr 丄 .7225 104174 100.6257482(0.7 Pr 160)水被加热，k=0.4 ,得:a 0-023dRe0.8Pr0.40-0230.62570.02(2.73104)08 (4.82)0.44778W/(m2 o C)7、一列管式换热器，38 根25 X 2.5

11、mm的无缝钢管组成，苯在管内以8.32kg/s的流速通过，从 80 C冷却至20 C。求苯对管壁的对流传热系数; 若流速增加一倍，其他条件不变，对流传8.32msRedu0.02 0& 860 3.096 104 104 湍流0.45 10 3326.8PrCp墜 10 38 1035.79 (0.7 Pr 160)0.14苯被冷却，k=0.3，则:0.023 Re0.8 Pr0.3 0.023 014 (3.096 104)0.8 (5.79)0.3 1067W/(m2oC) d0.02A 860 0.785 0.022 38326.81m/s 的90 C和C。试求(2 )流速增加一倍，u

12、=2u，其他条件不变由于Re0.8 u08所以a a巴)0.8 1067 20.8 1858W/(m2oC)u8、质量分数为98%，密度=1800kg/m3的硫酸，以流速在套管换热器的内管中被冷却，进、出口温度分别为50 C,内管直径为25 X亦。管内壁平均温度为60硫酸对管壁的对流传热系数。已知70 C硫酸的物性参数如下：Cp 1.528kJ/(kg C),卩 6.4mPa s,入 0.365W/(m C)壁温60 C时的硫酸黏度 两8.4mPa s(1267 W/ ( m2 C)解：定性温度t定些70C查得硫酸在70 C时的物性参数：cp 1.528kJ/kg C, 6.4mPa s, 0

13、.365W/ m C壁温60 C时的硫酸黏度 僦84mPas因为黏度较大，故用式(3-16 )计算RePr。.27評0,严(du0.02 1 18006.4 100.1445625 10过渡流33_CP6.4 101.528 100.365326.8叫代Pr r30.365 a 0.027 -0.0230.80.33,6.4100.142 o 小、(5625)(26.8)(3)1418W/(m C)8.4 10 3过渡流校正6 105ReV 0.8934(5625)1.8f 14180.89341267W/(m C)9、原油在89 X6m的管式炉对流段的管内以0.5m/s的流速流过而被加热，管

14、长 6m。已知管内壁温度为 150 C,原油的平均温度为40 C。试求原油在管内的对流传热系数。已知原油的物性参数为:p 850kg/m3, Cp 2kJ/(kg C),26mPa s, 0.13W/(m C),0.0011(1/ C)原油 150 C时的黏度血3.0mPa s解：原油在管内流动的du0 077 0.5 850Re125926 10 3cp2610 3 2 10：Pr4000.13d0.077Re Pr 1259 400 -6462l6l677.910d0.077Re(层流)(0.6Pr6700)10所以原油在管内的对流传热系数用式(3-19 )计算叫代Pr r3(严w(一)0

15、.14(至)0.141.3533a 1.86(1259 400 077/3 1.353 79.2W/(m2 K)0.0776由于Gr gd3 2 七 981。.沽 血 001 (150 40)5.265 何 2.5 佃2 (26 10 3)2所以对流传热系数需校正f 0.8(1 0.015Gr 3)1.77f 79.2 1.77140W/(m 0 C)10、铜氨溶液在由四根45 X创5钢管并联的蛇管中由38 C冷却至8 C,蛇管的平均曲率半径为0.285 m。已知铜氨溶液的流量为 2.7m 3/h，黏度为 2.2 X 10_3Pa s，密度为 1200km/m3,其余物性常数可按水的0.9倍选

16、用，试求铜氨溶液的对流传热系数。解：定性温度t 定響23C查得水在23 C时的物性参数，并折算为铜氨液的物性：Cp 0.9 4.183.76kJ/(kg C),0.9 0.60450.544W/(m C)四组蛇管并联的横截面积：2 2 2A 4 (一d2)3.14 0.03820.00453m24管内流速、/2.7u 36000.166m/sA 0.00453Re dU0.038 0.166 1200433420 104过渡区2.2 10 351.81 102PrCp332.2 103.76 100.54415.2080.30.023 Re Pr d0.0230.5440.0380.80.3(

17、3420)(15.2)500.4W/(m 2 0 C)51610Re1.86 105(3420)1.80.7388RedeU0.02547 10 1.20541.696 10104湍流Pr531.81 101.005 100.702铜氨液被冷却，k=0.3，则:过渡流需校正a过 f500.4 0.7388369.7W/(mo C)弯管校正d0.0382a弯a过(11.77)369.7 (1 1.77)456.9W/(m2 K)R0.28511、有一列管式换热器，外壳内径为190mm，内含37根19 X 2mm的钢管。温度为 12 C,压力为101.3kPa 的空气，以10m/s的流速在列管式换

18、热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30 C。试求空气对管壁的对流传热系数。解：定性温度t定宁21 C查得空气在21 C时的物性参数:p 1.205kg/m3, cp 1.005kJ/(kg 0 C),卩 1.81 10 5Pa s,入 2.591 10 2 W/(m 0 C)2 2 2 2d1 nd20.1937 0.019de -0.02547 md1 nd 20.19 37 0.0192.591 1010.7m/s管子正三角形排列时，deSmax2.8 (1 塑)5121.035m2管外流体的流速4 1043600 1.035空气被加热，k=0.4，贝y：2a 0.023 Re08 P

19、r04 0.023 2.591 10(1.696 104)08 (0.702)03 49.1W/(m2 0 C)d0.0254712、在接触氧化法生产硫酸的过程中，用反应后高温的SO 3混合气预热反应前气体。常压SO 3混合气在一由38 Xn钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形 排列，中心距为 51mm，挡板间距为 1.45m，换热器壳径为 2800 ;又SO3混合气的流量为 4 X 104m3/h，其平均温度为145 C .若混合气的物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合 气的对流传热系数(考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为0.8 ) 解：本题为列管式

20、换热器管外强制对流传热，对流传热系数按式3-25计算Nu 0.36 Re0.55 Pr13 ()0.14w佇2 押)吩512 汙2)37.5mmd038管外流体流过的最大截面积Smax计算:定性温度t定1450 C下查得空气的物性参数:1.45Gr Pr 15.9 1.934 1043.08 105Redeu0.0375 10.7 0.8451.415 104PrCp532.39 101.014 100.687Cp 1.014kJ/(kg oC),2.39 10 5 Pa s, 3.527 10 2 W/(m 0 C),0.845kg/m 32.39 103.527 10因气体黏度变化较小，故

21、一1，由因部分流体在单板与壳体之间w隙短路，取实际对流传热系数为计算值的0.8倍0.8 0.36 Re0.55Pr13 0.8 0.360-03527 (14150)0.55 (0.687)46W/(m2 K)de0.037513、在油罐中装有水平放置的水蒸气管，以加热罐中的重油。重油的平均温度为20 C,水蒸气管外壁的平均温度为120 C,管外径为60mm。已知70 C时的重油物性数据如下：p =900kg/m 3入=0.175W/(m C)Cp=1.88kJ/(kgC)V =2 x 10m2/sB =3 x 1d C -1试求水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量kJ/ (m2 h) ?解：

22、卩3p V 900 2 101.8Pa s则Grg (tw t)d39.81 3 10 4 (120 20) 0.06323 215.92 (2 10 3)2Pr3Cp 1.8 1.88 1034p1.934 1040.175亠 1/ 40.1755 1/42a 0.54 (Gr Pr) 0.54(3.08 105)37.1W/(m2 K)do0.06所以水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量查表 3-4 ,得 C=0.54 ,n=1/4 ，于是(tw t) 37.1 (12020) 36001.336 104kJ/(m 2 h)14、压强为4.76 105Pa的饱和水蒸气，在外径为100mm，

23、长度为0.75m 的单根直立圆管外冷凝。管外壁温度为110 C。试求(1 )圆管垂直放置时的对流传热系数；(2 )管子水平放置时的对流传热系数；(3 )若管长增加一倍，其他条件均不变，圆管垂直放置时的 平均对流传热系数。解：压强为4.76 10 5Pa的饱和蒸汽温度为150 C,此时水蒸气的汽化潜热r=2119kJ/kg冷凝液定性温度膜温t三空130OC，查130 C时水的物性参数53卩 21.77 10 Pa s,入 0.6862W/(m K), p 934.8kg/m(1)管垂直放置时假设液膜中的液体作层流流动，由式3-31计算平均对流传热系数(5)压力为147.1kPa的水的饱和温度为t

24、s 110.7C,汽化潜热1 /423r ga 1.13l t1.13dr4 dol t 4 l tdr4 6187 ：75 (150 罟 1609 18002119 103 21.77 101/43232119 10934.89.81 0.6862521.77 100.75 (150 -110)26187 W/(m K)验证Re :所以假设层流是正确的。(3)管水平放置由式(3-29 )和式(3-31 )可得单管水平放置和垂直放置时的对 流传热系数和的比值为0725 (丄)1/4 0.642(也)1/4 1.0621.13 do0.1所以单根管水平放置时的对流传热系数为:2a 1.062 6

25、187 6573W/(mK)(3)管长为0.75m 时，液膜流动的Re=1608 ，故管长增加一倍 后，液膜成湍流状态。此时的对流传热系数为:231/30.0077Re0.4所以a 0.007723 1 /3g(4 l t)0.42r0.007723 1/3934.82 9.81 0.68623(41.5 40) 0.4(21.77 10 5)22119 103 21.77 10 52a 8639.5W/(m2 K)因此当液膜从层流转变为湍流时，冷凝对流传热系数急剧增加。mscp (t1 t2)1500 1.009 (150 20)51.97 105kJ/h54.7kW(3)mscp(t1 t

26、2)1500 3.77 (370290)4.52 105kJ/h125.7kW(4)定性温度t15020285C ,查85c时空气的物性参数15、载热体流量为1500kg/h，试计算以下各过程中载热体放出 或得到的热量(1) 100 C的饱和水蒸气冷凝成 100 C的水；(2 ) 110 C的苯胺降温至10 C；(3)比热为3.77kJ/(kg K)的NaOH溶液从370K冷却到 290K ;(4 )常压下150 C的空气冷却至 20 C；(5)压力为147.1kPa 的饱和水蒸气冷凝后并降温至50 C。解：(1) 查饱和水蒸气ts 100oc,汽化潜热r=2258kJ/kgQ msr 150

27、0 22583.39 106kJ/h 941kW(2 )定性温度t 咛2 60oC，查60c时苯胺的物性参数cp 2.198kJ/ ( kg C) rcp 1.009kJ/(kg C)(5)压力为147.1kPa的水的饱和温度为ts 110.7C,汽化潜热定性温度t110.7 50280.4oc，查80.4 C时水的物性参数r=2230.1kJ/kgCp 4.195kJ/(kg C)Q msr msCp(t1 t?) 1500 (2230.1 4.195 (110.7 50)3.73 106 kJ/h 1035.2kW16、每小时8000m 3 (标准状况)的空气在蒸汽加热器中从 12 C 被

28、加热到42 C，压强为400kPa的饱和水蒸气在管外冷凝。若设 备的热损失估计为热负荷的5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。解：热量衡算： Q 1.05Q 冷 1.05 ms2 Cp2 (t2 tj查得标准状况下的空气物性参数p 1.293kg/m3 cp 1.005kJ/(kg C)400kPa饱和水蒸气的潜热r 2138.5kJ/kg8000 1.293Q 1.05Q冷 1.051.005 (42 12) 91kW3600蒸汽用量：2 磐77 026kg/sr 2138.517、在一套管式换热器中，用冷却水将1.25kg/s 的苯由350K冷却至300K ,冷却水进出口温度分别为290K

29、和320K。试求冷却水消耗量解：由苯的定性温度t 350 2 300 325K ,查苯的物性参数Cp 1.84kJ/( kg 0 C)6825Qms2 Cp2 (t2 t1)Q115解：(1 )逆流时平均温度差为tm逆80 45并流:ln(+)t2im80)4560.83 C120 6040 158045tm并t1t2105 20In (半)t21051怙)51.3C120 -6015-4010520由苯计算热负荷 Q ms1 cp1 (T1 T2) 1.25 1.84 (350 300)115kW由冷却水的定性温度t 290 2320 305K ,查水的物性参数Cp 4.18kJ/ ( kg

30、oC)ms20.916kg/sCp2 (t2 tj4.18 (320 290)18、在一列管式换热器中，将某溶液自 15 C加热至40 C,载热 体从120 C降至60 C。试计算换热器逆流和并流时的冷、 热流体 平均温度差。19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15 C和32 C。油的进、出口温度分别为100 C和40 C。试求两流体间的温度差。解：先按逆流时计算，逆流时平均温度差为tm逆t1t268 25|门(十)t2InQ)2543.0 C100 -*403215解：由苯的定性温度t 350 2 300 325K ,查苯的物性参数Cp 1

31、.84kJ/( kg 0 C)682540d 3.14 0.18tm40 4040 C90250Qms1c p1(T1 T2)KA tm40Ams1Cp1(T1 T2)3000 4.186103(90 60)1.31m2K t m36002000 406020由图3-27(a)查得o 0.9,故 tm 0.9 43.038.7Cms1Cp1(T1 T2)ms2 Cp2(t2t1)ms2ms1 Cp1(T1T2)Cp2 (t2 t1)3000 4.186 (90 60)3000kg/h4.186 (5020)折流时的对数平均温度差为tm垢逆其中 f(R, P)T1T210040Rt2t132 1

32、53.53t2t23215PT1t1100150.220、在一内管为180 10mm 的套管式换热器中，管程中热水流 量为3000kg/h，进、出口温度分别为为90 C和60 C。壳程中冷却水的进、出口温度分别为20 C和50 C,总传热系数为2000W/(m 2 C )。试求：(1 )冷却水用量；(2 )逆流流动时的平 均温度差及管子的长度；(3 )并流流动时的平均温度差及管子的 长度；解：(1 )水的比热 Cp 4.186kJ/(kg oC)(2)逆流时平均温度差为A 1.312.32mtm逆tlt2In(半)t270 10叫筹)1030.8C90- 6020-507010ms1Cp1 (

33、T1T2)KT；1.71m2(3) 并流时平均温度差为Q ms1 cp1(T1T2)tm33000 4.186 103 (90 60)3600 2000 30.6A1 71l3.03md 3.14 0.1821、在一内管为25 2.5mm 的套管式换热器中，CO 2气体在管程流动，对流传热系数为40 W/(m 2C )。壳程中冷却水的对流传热系数为3000W/(m2C )。试求：(1 )总传热系数；(2)若管内CO 2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；(3)若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；(以外表面积计)解:d20.02m, d10.025m, dm 0.02

34、25m, b 0.0025m2 2a 40W/(m K), a 3000W/(m K)查得碳钢的导热系数 入45W/(m K)取管内CO2侧污垢热阻RS2=0.5310-3 (m2 K/W)管外水侧热阻RS1 =0.2110-3 (m2 K/W) (1)总传热系数(以外表面积计)(2)管内CO2气体的对流传热系数增大一倍，即 2=80W/(m2 K)11b d1d11 d1Rs1Rs2 -K11dmd 22 d2130.00250.0250.21 1030002 21.69 10 2(m22K159.2W/(m2RsiK)/WK)K1K159.2Ki30.7450.0225 53 10 3 需

35、 2空 100%92.8%0.0250.02(3 )若管外水的对流传热系数增大一倍，1 =6000W/(m2 K)10 3遊丄進0.02400.02b d1d11 d1Rs1-RS2 -K11dmd22 d2130.00250.0253 0.02510.0250.21 100.53 103000450.02250.02 40 0.022 23.25 10 2m2 K/W2K130.7W/(m2 K)总传热系数增加92.8%b d1d11 d1RS2K11dmd22 d2130.00250.0250.21 100.536000450.02252 23.23 10 2(m2 K)/W2K130.9

36、W/(m2 K)总传热系数增加0.7%22、在一内管为 25 2.5mm 的套管式换热器中，用水冷却苯， 冷却水在管程流动，入口温度为290K，对流传热系数为 850W/(m2C )。壳程中流量为1.25kg/s 的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口温度为350K、300K ,苯的对流传热系数为冷却水用量:ms2QCp2 (t2 t1 )118.8 1034.174 103 (320290)0.949kg/stm逆t1t230 10|门(半)t2ln(30)1018.2oC350 -300320 29030101700W/(m 2 C )。已知管壁的导热系数为45W/(m C )，苯的比热为 C

37、p=1.9kJ/(kgC )，密度为p =880kg/m 3。忽略污垢热阻。试求：在水温不超过320K的最少冷却水用量下，所需总管长为多少？(以外表面积计)解：冷却水的平均温度tm冬竺305K，查得305K 时水的比热容为Cp 4.174kJ/(kg 0 C)热负荷 Q ms1 cp1 (T1 T2)1.25 1.9 103 (350 300)118.8kW平均温度差为基于外表面积的总传热系数K123、一套管式换热器，用饱和水蒸气加热管内湍流的空气，此时 11b d11d110.00250.02510.025K11dm2d21700450.02258500.02K12471.6W/(mK)总传

38、热面积：AQ118.810313.84m2K tm471.6 18.2322.12 10 (m K)/W总管长：丨乡心怎1763m的总传热系数近似等于空气的对流传热系数。若要求空气量增加 一倍，而空气的进出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加空气的进出口温度不变，tmtm1.149则管长要增加15%24、有一单管程列管式换热器，该换热器管径为 25 X 2.5mm ,管子数37根，管长3米。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸汽，自饱和温度 46 C冷JtFSX：冷却水习题24附图却到10 C。CS2在壳程冷凝，其流量为300kg/h ，冷凝潜热为多少?解：总传热量： Q KA tm K

39、tm dl空气量增加一倍后：Q 2Q此时总传热系数K 2 20.82 1.74 2 1.74K351.6kJ/kg。冷却水在管程流动，进口温度为5 C,出口温度为32 C,逆流流动。已知CS2在冷凝和冷却时的传热系数分别为K1 = 291W/(m 2 K)及心二174W/(m 2 K)。问此换热器是否适用？(传热面积A及传热系数均以外表面积计)解：已知列管尺寸25 25mm ； l 3m ； n 37题中所给的两个K值均以外表面积为基准ll21.741T 赳538.555Q1ms2Cp2 32 t32Q1ms2C p23229.37.45 C4.1870.285t l

40、n1424.24 C46 4632- 7.45t m23855516.43C1438.5546_ 107.45 5ms2Qcp2 32 532194187270.285kg /s现有传热面积：A实dj I n23.14 0.025 3 378.71m总传热量Q Qi Q2(式中Qi为冷凝段热负荷，Q2为冷却段热负荷)已知r 351.6kJ/kg 查得 竺上28 C时2CS2 的比热 Cp1 0.963kJ / (kg K)Qms1ms1Cp1 46 1029.3 2.89 3219 kW 其中 Q1 29.3kW ； Q2 289kW为求A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度tms2Cp2 3

41、2 5 Q对于冷凝段105QiA需Ai 需A2需K1 tmi29.3 103291 24.24Q2K2 t m22.89 10324.16 1.015.17m2174 16.43传热面积富裕 8 517 685%5.17tm逆旦竺仝孕297.1C2 2575k 472226.4 -226.4传热量Q 心几 tm 231 297.1 A68630A1348.6245.6管内壁壁温T取热流体进出口平均温度575 4722523.5 C )2 A2523.568630 d1 I300d2 I523.5 68630 .25300 0.02237.5 C此换热器可满足生产要求。25、由25 2.5mm

42、的锅炉钢管组成的废热锅炉，壳程为压力2570kPa （表压）的沸腾水。管内为合成转化气，温度由575 C下降到472 C。已知转化气侧 2=300 W/（m 2C），水侧1=10W/(m 2 C )。忽略污垢热阻，试求平均壁温TW和tw解：以外表面积为基准的总传热系数11 b d11 d1K11dm 2 d210.0025 0.02510.0253 24.33 10 (m K)/W10000450.0225 300 0.02)2K1231W/(m K)平均温度差：压力2570kPa （表压）下水的饱和温度为：226.4 Cl 108 mtWTWbQ237 5 0.0025 68630A237.

43、5Am45 Am237.5 遊 68630 254522.5233.3 C管外壁壁温26、有一单壳程、双管程列管式换热器。壳程为120 C饱和水蒸气冷凝，常压空气以12m/S的流速在管程内流过。列管为38 2.5mm 钢管，总管数为 200根。已知空气进口温度为26 C,要求被加热到86 C。又已知蒸汽侧对流传热系数为104W/(m2 K),壁阻及垢阻可忽略不计。试求：(1) 换热器列管每根管长为多少米？(2) 由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器，其列管尺寸改为54 2mm，总管数减少20%，但每根管长维持原值。用此新换 热器加热上述空气，求空气的出口温度。解：(1)由热量衡算式和传热速

44、率方程计算完成任务所需的传热面积，然后在计算出管长。查t定咎6 56C时，空气的物性cP21.005kJ/(kg K),22.861 10 2W/(m K)351076kg / m ,198510 Pas2 n2200ms2 V 20.785d2 u2 20.785 0.03312 1.0761.104kg/s2 2Q ms2cp2 t2 t11.104 1.005 86 2666.57kW0.028610.023 咤 2.150.0334 0-80 41040.69750.46W/(m2 K)d12d 211040.03850.46 0.033解得:K143.63W/(m 2 K)94 34

45、12026941208634A1K1 tm66H 25.86m243.63 5922.36A2351005 1031985 10 50.697d1 l1.079md2 n 3.14 0.033 200可见这种近似是允许的。(2)改为 54 2mm列管，d20.05mRedu0.033 12 1.0761985 10 5215 104104 (湍流)A125.86d11.084m3.14 0.038 200解法2A2K2 tm空A 22.36m250.46 59l 108 mn 08n 08 200 160t2266005661212t226120 t25927、试计算一外径为50mm，长为10

46、m的氧化钢管，其外壁温令空气出口温度为t2热量衡算:速率方程:式中 tm 59 C120 -120+t26026t2tmln 9494120 t2120 t2A9d2 lnd?n0.051601.212A2d2 lnd2n 0.0332000.80.80.80.820.82d2 Red2d2ud2d2d2n2d2 Red2d2ud2d2d2n1.80.81.80.8d2n0.03310.566d2n0.050.8将以上各值代入(2)后再与(1)式联立解得：t273 C度为250 C时的辐射热损失。若将此管附设在:Qms2Cp2 (t226)t226Qms2Cp2(8626)60QK2A2tm2

47、 A2tmQK2A2tm2 A2tm解：由表3-8查的氧化钢管黑度为1=0.8，石灰粉刷壁面的黑度所以Q1 2=1 ,C 1-2 =C1 2A=A 1=3.140.0510=1.57m1Co=0. 85.669=4.535W/(m2K4)4.53511.57(竺 竺)4(空 竺)4)100 1004 .75 kW(2)查红砖2=0.93，=1 ,A dlA24al3.14 0.05严 0.196，此为表3-9中的第五种情况104 0.2C1 2C0 _型1)5.6691 10.196(0.80.93-4.48 ,1)Q1 2C12A (1)与管径相比很大的车间内，车间内为石灰粉刷的壁面，壁面温

48、度为27 C，壁面黑度为 0.91 ;(2)截面为 200mm200mm 的红砖砌的通道，通道壁温为20C。2=0.15(1 )由于炉门被极大的四壁包围，由表 3-9知所以4.484744 W 4.74 kW(1)6414tw 27310076.8Q传导 Q1 Q2耐火砖圆柱热传导:2 I X tw1 1 l r2ln26 320 tw1,3.0In1.052.68373320 tw28、在一大车间内有一圆柱形焙烧炉，炉高6m，外径6m，炉壁内层为300mm 的耐火砖，外层包有 20mm 的钢板，已测得 炉内壁温度为320 C,车间内温度为 23 C,假设由炉内传出的热 量全部从炉外壁以辐射的

49、方式散失。试求此炉每小时由炉壁散失 的热量为若干？已知耐火砖 105W/ (m K)，炉壁黑度=0.8，钢板热阻可以不计提示：Tw4可用试差法求解，炉外壁温度在110- 120 C之间解：辐射面积:2 2 2A d外 L 0.785d外6 6 0.785 62 = 141.3m244tw 273296Q辐射1C0 A1001004tw 2730.8 5.669 141.3 -76.8100习题囲附圏耐火砖顶部热传导:AQ2t1tb.785 &5320 tw0.399320 tw464110076.8472320 tw4 76.8 0.736100320 twQ传导 472 320 tw联立(1

50、)与(2)式试差解得：tw 115CQ 损失 641 3884768 96kW或 Q 损失 472 320 11596.8kW29、平均温度为150 C的机器油在 108 6mm 的钢管中流动， 大气温度为10 Co设油对管壁的对流传热系数为350 W/(m 2 C ),管壁热阻和污垢热阻忽略不计。试求此时每米管长的热损失。又若管外包一层厚 20mm，导热系数为 0.058 W/(m 2 C )的玻璃布 层，热损失将减少多少？对流辐射联合传热系数t 9.4 0.052(tw t) W/(m C ) o解：在定态条件下，各串联热阻t1 /R1相等(1 )不保温时的热损失tw 101(9.4 0.

51、052(tw 10) 3.14 0.108Q (3.19 0.01764l133) 133736W/m(2)若加了20mm厚的保温层后，管壁温度为tW1 ,保温层外壁Q(150 tw)1/(350 3.14 0.096)令 tw-10=(140)42于是1.671 101.03140 0求解得：e 133.0Ctw143.0OC按管外壁散热得:温度为t W2。则:Q (150 tw1 )tw1 tw2l 9.47 10 31148、ln() 20.058108tw2 101(9.4 0.052(tw2 10) 3.14 0.1480.0211 23 44.82 21400因管壁热阻忽略不计，可

52、认为管内、外壁温度均为tw。9.47 101(3.190.01764 )(150 tw2)39.47 100.865tw2 10(1402)0.8741z(4.370.0242 2)解得：e 26.1OCtw 36.1OC按管外壁散热得:3(9.4 0.052(tw2 10) 3.14 0.148令tw 102,得Q (150 36.1)130W/ml 0.874热损失减少746 130 100% 82.6%74630、某化工厂在生产过程中，需将纯苯液体从80 C冷却到55 C,其流量为20000kg/h。冷却介质采用35 C的循环水。试选用合适型号的换热器。定性温度下流体物性列于本题附表中。

53、习题3-30附表比热密度,kg/m 3容,kJ/(kgc黏）度,Pa s导热系数,kJ/(m C)苯828.61.8413.52 X 10-40.129循环水992.34.1740.67 X 1030.633解（1）试算和初选换热器的型号 计算热负荷和冷却水消耗量热负荷：320000 1.841 103 (80 55)5XA/Q ms1Cp1 (T1 T2)256 10 W3600冷却水流量：ms2Q2563 1057.67 kg/sCp2(t2 切 4.174 103 (43 35) 计算两流体的平均温度差 暂按单壳程、双管程考虑，先求逆流时平均温度差tm勺 乞 37 2027.6 ct22

54、0804337553520T| T280 55R -3.125t2 t143 35由图3-27(a)查得0.94，因为0.8，选用单壳程可行。所以tm 折tm 0.9427.625.9 C根据两流体的情况，假设K 估=450W/(mc )，传热面积A22 m2P2350.178T1 t180 60 初选换热器规格应为Q2.56 105古 K 估 tm450 25.9本题为两流体均不发生相变的传热过程。为使苯通过壳壁面 向空气中散热，提高冷却效果，令苯走壳程，水走管程。两流体 平均温度差50oC ,可选用固定管板式换热器。由换热器系列标准，初选换热器型号为 G400 II -1.6-22,有关参

55、数如下。壳径 /mm400管长/m3公称压强/MPa1.6管子总数102管程数2管子排列方法正三角形壳程数1管中心距/mm32管程冷却水流速U2ms22 A27.67992.3 0.0160.483 m / sRe2d 2U 2 20.02 0.483 992.3M20.67 10P2c p2 M23414.174 106.7 100.6334.421、0.55 P1 11) 0.14wS hD(1 牛)0.150.4(1025)0.0131 m20.032管子尺寸/mm$ 25 X 2.5折流档板间距150实际传热面积23.2/mm圆缺型2/mm折流板型式(2)校核总传热系数K管程对流传热系

56、数2管程流通面积A20.016 m220.023Re20.8 Pr20.4d2.23 器(143 104)0.8 (442)0.4 2783w/(m C)壳程对流传热系数1，按式(3-25 )计算10.36()(生山)0.55 (也)蔦(de 1流体通过管间最大截面积为苯的流速为1.43 1044d2)20.0252)d10.025Re1deU110.02 0.512 828.62.41 1010.352 10 3P1Cp1 11.841 103 0.352 103-5.020.02mRs11.72 10 4 mc/WRs2 2.00 10 41971.40.00020.0250.020.02

57、52783 0.02空20000136000.5121 S 828.6 0.0131管子正三角形排列的当量直径壳程中苯被冷却，取(-严0.95W所以10.36 0129 (2.41 104).55(5.02)130.95971.4 W /0.02(mC) 污垢热阻管内、外侧污垢热阻分别取为W 总传热系数K管壁热阻可忽略，总传热系数K为K=526.2 W/ (川 C ) 传热面积A.3.32(4t4224de40.129i20.03221K1d12d 21.7210 45AQ2.56 1018.8 m2K tm折526.2 25.9安全系数为23.2 18.8 100%23.4%18.2故所选择

58、的换热器是合适的。选用固定管板式换热器，型号为G400 n -1.6-22蒸发第四章1、用一单效蒸发器将2500kg/h 的NaOH水溶液由10%浓缩到25% (均为质量百分数)，已知加热蒸气压力为450kPa ,蒸发室内压力为101.3kPa,溶液的沸点为115 C,比热容为3.9kJ/(kg C),热损失为20kW。试计算以下两种情况下所需 加热蒸汽消耗量和单位蒸汽消耗量。(1)进料温度为 25 C； ( 2)沸点进料。解：(1 )求水蒸发量W应用式(4-1 )W F(1 竺)2500(1-01)1500kg/hX10.25(2)求加热蒸汽消耗量应用式(4-4 )D FC(h t。)Wr

59、Qr由书附录查得 450kPa 和115 C下饱和蒸汽的汽化潜热为2747.8 和 2701.3kJ/kg则进料温度为25 C时的蒸汽消耗量为：2747.82747.82500 5 % 1500 2701.3 20 3600 8.78 105 4.5 106 7.2 104 1820kg/h0.01622(273)2r0.0162(85.6 273)2652.10.785D2D2W1.0由以上计算结果可知，原料液的温度愈高，蒸发1 kg水所消单位蒸汽消耗量由式（4-5a ）计算，则D1.21W原料液温度为115 C时1500 2701.3 20 36002747.8单位蒸汽消耗量耗的加热蒸汽量

60、愈少2、试计算30% （质量百分数）的 NaOH水溶液在60 kPa（绝）压力下的沸点。解:tA T人T 查 蒸汽在600kPa下的饱和温度为85.6 C,汽化潜热为2652kJ/kg人由式（4-9 ）&也常可求其中 f由式（4-10 ）求得，即查附录常为160 CPavPav g h2101.3 1031300 9.81 1.821.128 3 kPa查附录则氐常=160-100=60C60 0.78547.1 C即 tA 85.6 47.1 132.7 C3、在一常压单效蒸发器中浓缩CaCI 2水溶液，已知完成液浓度为35.7 % （质分数），密度为1300kg/m3,若液面平均深度为1.