化工原理上课本习题解答传热及

热及换热设（1）0(1at，则0a解：

Q 2.814010.03(300100)0.652.31.520.03(20050)0.59(12

0

0 0.59=0

0 a=1.6310-Wm-1℃-1（内层23钢6若耐火砖内层表面的温度t1为1150板外表面温度t2为30又测得通过炉壁的热损失为2，试计算热传导的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因并计算附加热阻

解 A

0.1

计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气Ri300

0.0060.5m0.25m。1.02Wm-1℃-1、0.14Wm-1℃-10.92Wm-1℃-1，已知耐火砖内侧为100035940℃，普通砖不超138℃。解 QA

1t1

1

t1

2 解得

t2940解 λ1（小的导热系数）包在内层，热损失 Q

2L(r3r2

ln

2Am

m Q

2L(r2r1r

ln1

t=常

（2 1 2m

2

1mt18000.09Wm-1℃-1的氧化镁绝热层，使该层的外表面温度t3为87℃，设管子的外表面温度仍为800℃。外界环境温度tα为20℃。试求氧化 r3=r2+x=65+x1=0.13 2=0.09 hT=9.4+0.052（87-2L1(t1t

hTLd(87ln

lnr2d=0.05+0.08+210-3x=0.13+210-3试用量纲分析法推导壁面和流体间强制对流传热系数h的准数关联式。已知hhf(Cpul，式中、Cp、ρ、μ分别为流体的热传导系数、比定压热容、密度、粘度、up解 设hQbCdceufp

hM

ML

UL

M

L2

M

Cp 2.K

代入（1）

Nu

f(Re,Pr)aRexPraxy38×3mm1800kgh-1。试求苯对内管壁的对流表面传热系数。解t=(80+20)/2=6060℃的物性：830

0.32103

CP2

0.136

ded0di321913uw

0.01324

4.51Re

Cp

1.5210521030.32

u0.023Re08PrPr

NuhNu.535.80.1365605 3m，试求管壁对空气的对流表面传热系数。解 t

202

50

2

2.19

Cp1.0172.826102

1.96105

PruVA

4

8.5Re

8.52.190.054.7104Nu0.023Re08Pr03＝0.023(4.7104)080.69803hNu

63.3901500kgh-130℃。蛇管的直径为Φ57×3.5mm，弯曲0.6m，试求甲苯对蛇管的对流表面传热系数。t902

600.3810-3

Cp1.8

0.126

8303600

ReCpu

2.791041041.81030.38Pr

1

1直 hi

Re008Pr

(2.79104)085.43

蛇 hi＝hi直管(13.5di)365(10.05)395.4dcdc

d 有一双管程列管换热器，由96根φ25×2.5mm的组成。苯在管内流动，由20℃被加热到80℃，9.5kgs-1，壳程中通入水蒸气进行加热。试求解 t

2Cp

0.3710-

uW

0.0224

0.75Re

0.758400.023.4104Pr

Cpu

1.91030.37

Nu0.023Re08Pr03hiNu1091d

W2=u2W 因

(u2

08=20hi11.7410911898

=

A1(d1) d2d2 u2

20 10 20 10

h10913.483799 d1120℃80℃100060℃。略hi=295Wm-2℃-1002.5m38mm92℃。试解 t

ts2

922

9668.0110-2

29.6810-52268.08 42 4 冷凝传热膜系数h0.943L(tt)

代入以上数据得h5413.6qhAt5413.60.0382.5(10092)=2268.08103w5.710-10 0.725L0

h0.943d

hqhAtw11853.60.0382.5(10092)=1.2510-29400kg2050℃。溶液在列管内流动。10060℃，试求下面情况下的平均温度差。

W29400

t120T160℃t140

t250T2100t250tm

402

45

524m或者tmm（2）由m

P50100

R10060

t

tm，=tt0.9444.8

mtm

tm t0.9744.843.5 2.0×105Pa20 2000kgh-1，现因生产任务变化，如空气流量增加50％，进、出口温度仍维持不变，问在原换热器中采用解 t

21.093

Pr

Cp1.017

0.028P2105Pa的饱和温度Ts120.2q1w1Cp(t2t1)=h1

q2w2Cp(t2t1)=h2

w2

1.508tm2 h1 tm1

80

tm2

80lnTs1Ts1

=12512515、在一套管式换热器，内管为φ180×10mm的，用水冷却原油，采用逆流操作，水在内管中流动，1555500kgh-1，其平均比定压热容3.35kJkg-1℃-190401000Wm-2℃-1，油侧的对299Wm-2℃-1（管壁热阻及垢阻忽略不计。试求：解

qw1Cp1(t2t1)w2Cp2(T1T1d1d1

224

t115

t255T140℃t125qK0

T290t235tm352529.7ln

4.18(5515)t1205003.35(90t2

2060 w2

4.18(50

572在并流的换热器用水冷却油水的进出口温度分别为15℃和40℃，油的出口温度分别为150℃1m，试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可以忽略。

对水qw2Cp2(40

t115015135t21004060tm1356092.5qK0A0tm=w1Cp1(150

对水q1w2Cp2(t2t2

t115015135t2805030tm1353069.8q1q

L1L

L1=1.85L157℃。若维持两种油的初温和流量不变，而将两种油改为逆流，试求此时流体的平均温度差和它们的解：并流

qw1Cp1(243167)K0

原油qw2Cp2(157128)K0

tm

43

重油q1w1Cp1(243T2)K0

原油q1w2Cp2(t2128)K0

T2172

t2168tm

58220%，而空气的进，出口温度不变，试问应采取解 t2080=502501.093

Pr

Cp1.017

0.028P1.77105Pa的饱和温度Ts116℃20%设蒸汽温度为Ts1q1w1Cp1(8020)

q2w2Cp2(8020)Ki2Aitm

w2

Ki2hi21.20 tm1802043.28lntm2

80

1Ts1（111930kgh-118℃的水，试求：(2)m³h-1表示。qw1Cp1(9050)K0w11930

90t 70270oC查表得正丁醇的CP2.8由题可知 t190t250tm(90T1)(50ln(9019302.8103(90-50)=2306(90T1)(50

ln(90Tqw1Cp1(9050)w2Cp2(37w2

19302.8103(904.18103(37

在逆流换热器中用初温为20℃的水将1.25kgs-1的液（比定压热容为1.69kJkg-1℃-密度为3）8030℃。换热器的列管直径为Φ25×2.5mm，水走管内。水侧和液体侧的对流表面传热系解 qw1Cp1(t2t1)w2Cp2(T2T1)K050tm1(8050)(3020)18.2ln

373.7

0.02525

Cp2故：A01.2516908030)15.5系数hi为3490Wm-2℃-1,管外油侧的对流表面传热系数ho为258Wm-2℃-1.换热器在使用一段时间后，管解 未结垢前

40

0.00219

1

K01K100252040KOT变化如下：总传热系数K，Wm-2℃-解：热油t

62.52Ko=341.3tm(10040)(2520)22.1ln5qwCptK0

30001.68103(100341.322.1

14351101.9kJkg-1℃-1。两流体做逆流流动。2℃-1。试计算水的出口温度及换热器的传热速解

t1110

t2水T2T135 2q=32016(110t1)(t235)=0.674.18103(t- 2T2 q=0.674.18103(92-35)=1.596105为94℃。试求每小时的冷凝蒸气量。又若将管子水平放置，冷凝的蒸气量又为多少？

6810-

95629.4810-

2264 L 2 冷凝传热膜系数h0.943L(tt

]4代入得h6146w/mqhAt614620.04(10094)wr

w2264103360014.730 0.725L0

h0.943d

4h1qh1Atw125650.042(10094)3600=1.2510-5Gr•Pr104~109之间，试求两gtL3解：此为大容器自然对流问题Gr.Pr 2k小管直径为 两管长1Nu(Gr.Pr)1QHtDL=

D )4=5d由直径为Φ25×2.5mm的组成当水的速度为1ms-1时测得基于管外表面积的总传热系数Ko为2115Wm-2℃-1，当其它条件不变，而水的速度变为1.5ms-1时，测得Ko为2660Wm-2℃-1。试求蒸气冷凝的传解：忽略管壁及污垢热阻 h=Cu08

d0

2115 k01

c1

2660d0

c1.508 解得 h0=8122A、BTATB(TA>TB)n片1/(1+n)倍。 q

C0

(TA)4(TB)41

12为水平面A,B

q C0

(TA)4(T1)41 11111

T1对第一和第二块遮热板的传热q

C0

(T1)4(T2)4 1

1

q C0

(Tn1)4(Tn)41 111

n C0

(Tn)4(TB)4

111

q1q2

qnqnq由q

T1T2

Tn1,35Wm-2℃-1300℃，试求空气温度。TqhS(T420)CS( h35代入

C0 5mm0.1350K0.05，300K0.025，试计算由此引起传热量的改变的百分数。假设两

q(t1t2)0.026

cq

)4

0.10.05=0.10.050.1

(3.5434)

qqc

26013.5rqr

qqq 273.5

.4

100%22010Wm-2℃-1的，空气对热电偶接头的对12Wm-2℃-10.8。试求：2iQa1a1S1(TaT1)45S1(TaQaiaiSi(TaTi)1090Si(TaTi

1 c1

)4(

)4

S

4.443

1S1( SI

1

1(90

(273220)4(

)4

)4

1

1

90S(

)4(

)4

ci22c00.35.669 1.70190S(

)43.844153.1S(

)4

当达到稳定时Qi2

Qi2QaiQ1iQai即45(T493)4.443 (

)4

T551.40.09873(Ti

及45

T)

(

)4

264.4(Ti设Ti464K得设Ti463K

f(Ti)100f(Ti)1700 Ta551.30.0987(4.64)4

232.5

*100%-1,400Wm-2℃-1，管壁热传导及污垢热阻忽略不计，试求总传热系数。解：

384.6 1

hi=20

hi=669

1

32×3mm的。水与油的流速分别为1.5ms-1及0.8ms-1，油的密度、比定压热容、热传导系数及粘度分别为860kgm-3，1.90×103Jkg-1℃-1，0.15Wm-1℃-1及1.8×10-3Pas。水的温度为10℃和301003.5×10-4m-2℃W-11.52×10-3m-2℃W-1，其解：w1Cp1(t2t1)w2Cp2(T1T2 .181034

（30-＝0.8（0.0262-0.0192）8601.9103（100-T T2

1.5103对 Re

t=20℃ 对 Re

0.88600.0071.8

de＝26-

Cp

1.91031.8

水

0.023

dRe08 d

ii 6油

h0(1

Re1

0.003q

t1

(10030)(48.5 ln1001.50.01321034.18L= 当管长增加

mwC(tt)w (TT1p1 p 1.54

3640.0191 2T432

KA

wC(tt)w

(TT

1p1

p t’2=49-216.60.01914.5

(100t)(T10)100t

1.5 4

4.18

(t2

联立上

T2T24.5×103kgh-19555℃，冷水温度20502.8×103Wm-2℃-1。试求：①冷水流量；②两种液体作逆流时的平均 w1Cp1(T1T2)w2Cp2(t2t1p4.5103p

(9555)

(55

tm

(9550)(55ln95

404.51034.18103(95 36002.8103

tm

ln95

25.84.51034.18103(95 36002.8103

2.89302500900Wm-2℃-1，污垢热阻忽略不45℃，试求该换热器的传热面积。解：设管壁45w/m.

0.003

(8045)(3015)23.6ln80 t=803055℃时甲苯20q2.51.9103(8030)602.90

1.8×105Pa饱和水蒸气加热空气，水蒸气走壳程，其对流表面传热系104Wm-2℃-12011010ms-1。管子规格为25×2.5mm的，管数共269根。试求换热器的管长若将该换热器改为单壳管程，总管数减至254根。水蒸气温度不变，空气的质量流量及进口温空 t=20110652Pr

1.045

Cp1.017

2.93102

2.04Re

101.045

dhidi

Re0

Pr0

)0

0.6950

46.9因为hi

所以K=Ki=h=46.9由蒸汽压表知：qKiAitmw1Cp1(t2t1 4

2691.0451.017

(11020)

110ln 解解得 n=254

u269uhi2hi

(u10