化工基础学习知识原理第二版规范标准答案

第四章习题2.燃烧炉的内层为460m得的而寸火砖,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t3为100Co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i0.90.0007t,绝缘砖的导热系数为20.30.0003to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/(m-°C)。b1t2解：设两砖之间的界面温度为t2b1t2titt2949oC1400t2t2100toto23010/(0.30.0003-^y^)q0.40/0.970.0007匕/m23.直径为60mm3mm,钢管用30m得的软木包扎，其外又用100mrff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10CO已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m•C),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：Qt1t3L1,r21,r3TOC\o"1-5"\h\zIn-ln—21r122r21100101~~601,160lnln23.140.0433023.140.00076025W/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直径为dm1,则料包扎在内层较为适合？解：设外层的平均直径为直径为dm1,则dm22dm1且由导热效率方程知：Q=__VV__bbbbdm221Smi2sm21dm1L212dmiLVtdm]5b41两层材料位置互换后：TOC\o"1-5"\h\zQ-VtVtdm1LQbbb21dmJ12dmJ一Qq5一一--所以：Qq4L25即：q1.25qq两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加。说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较为合适。

6.在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为19mm2mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m-C),管外油侧对流传热系数为258为258W/(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0.00026nVC/W油侧污垢热阻为0.000176mVC/W管壁导热系数入为45W/(m♦C)。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数；(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：(1)总传热系数k。k0Rs0bd0dmRsidk0Rs0bd0dmRsid0

did0idi12580.0001760.002194517190.00026—1519349015208W/m2oC(2)产生污垢后热阻增加的百分数为:0.0001760.00028190.0001760.000281915190.0001760.00028—7: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0C,因生产任务要求油的出口温度降至0C,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1s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：平均温度差为Vtm(15015)(10040)Vtm(15015)(10040)

~-92.5oC.由热量恒算可得:叫Cpht23401505WcCpcT1T2150100,■当油的出口温度降到算：0°C时，由热量恒_一一___当油的出口温度降到算：0°C时，由热量恒_一一___*_QWnCpn(15080)WCCpc(t215).解得：t2500c.Vtm(15015)(8050)1350oC.由传热速率方程分别可得：原换热器：WnCpn(150100)ksotmkndL92.5.'''Wncpn(15080)ksVtmkndL70.新换热器：L7092511.85m.50708.重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243c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：___._'——.'.Q'koVtmWnCpn(TiT2)WcCpc(t2ti)Qk0VtmWnCpn(TiT2)WcCpc(t2tj两式相除：,一一,I一J….Vtm1丁2t2t1(1T2)&[)Vtm[T2t2t1(T1T2)色t1)一一t.(T1T2)(t2t1)(243167)(157128)(T1T2)(T2t1)Vt2Vt1(1)47Vt2Vt1Vt1Vt2Vt2Vt1mln也Vt2lnV2Vt1(243128)(167,115ln—10包3°C所以:,Vt2

ln2_VkVt2Vt147Vt2Vt1143解得：即：（243t2）Vt2412.98.2.98(T2128)t22.98(T2128)243(2)由(1)243167243T2式得:157128

t2128t20.38(243T2)128(3)由（2）、（3）式得:t2161.3oC.T2155.4oCVt2Vt1(243161.3)(155.4128)in通Vt11.09349.7oC9..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50Co加热介质在壳方流动，其进、出口温度分别为100c和60C,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：Vt'Vk^mVt'Vk^m।Vt2ln—2Vt1(10050)(6020)ln504044.8oC(2)502010020(2)5020100201006050200.375I”查温度差校正系数图1.33得:Vt0.9得:Vt0.9VtmVtVtm0.944.840.3oC（3）由R、P值查流程温差校正系数图得：Vt0.98所以：VtmVtVtm,0.9844.843.9oC

11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体积流量为1650n3/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20℃,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/(n2•C),试求换热器传热面积假设换热器的热损失可忽略。解：换热器的传热面积So%VtmWsrVsrssPM10133078cce,332.69kg/m其中：qRT8.315103其中：q16502.693941034.86105w3600冷水出口温度可由热量衡算求得。即:QWeCpc(t2t1)tQWeCpc(t2t1)t24.861053600360004.181032031.6oCVtm(80.120)(80.131.6)ln^^080.131.654.1oC4.8610520m245054.112.在一传热面积为50n2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20c升至38Co溶液的温度由110c降至60Co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，冷水出口温度增到45Co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)；⑵可按平壁处理，两种工况下i和。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.Vtm(11038)(8020)lnl^Vtm(11038)(8020)lnl^602054.4oC所以：所以：k—SVtm330004.187103(3820)2。一122__254w/(m2oC)36005054.4再求清洗后总传热系数Ko',由热量衡算求溶液的出口温度

VtmT1WCctt1)1101WnCpn'21711060VtmT1WCctt1)1101WnCpn'217110603820(4520)40.6oC(11045)(40.620),11045ln—40.62038.6oC330004.187103(4536005038.620)20c—497w/(m20C)若传热面两侧的总污垢热阻为Rs.则有:Rs125411497由此得：Rs1.925103m2oC/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OA）使a值升高B）使a值大大降低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一25x2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数=1000W/（m•C）。如流量与物性都不变，改用一19x2mm的直管，则其值将变为W/（m2・C）。A.1059B.1496C.1585D.C.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%泠热水物性数据视为相同）。t05a01216当冷热两流体均不发生相态变化时,般对物料选用并流操作。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Re104,则管内的对流传热系数为原对流传热系数的倍。t05a02043某有机溶液在长为L,某有机溶液在长为L,直径为108x10mm的钢管中强制湍流时，其二310W/（mK）,如体积流量不变，改用152x10mm的钢管代替，流动仍为湍流（两种情况下L/d均大于60）,此时=W/（m2火）t05a0211两流体通过间壁换热，冷流体从20c被加热到50C,热流体从100c冷却到70C,则逆流时的tm=C。并流时的tmw05b05161.一杯开水（100C）置于20c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？.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？.仍置于空气中，但使杯外的空气流动，问能否增强传热？理由？.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？.均为自然对流，空气侧热阻大；.能增强传热，因为水的对流给热系数比空