化工原理第二版答案講解

1、第四章習題2.燃燒爐的內(nèi)層為460mn厚的耐火磚, 外層為230mm厚的絕緣磚。若爐的內(nèi)表 面溫度ti為1400C ,外表面溫度ts為 100C。試求導熱的熱通量及兩磚間的界 面溫度。設兩層磚接觸良好，已知耐火磚 的導熱系數(shù)為 廠0.9 0.0007t ,絕緣磚的導 熱系數(shù)為 0.3 0.0003t。兩式中t可分別 取為各層材料的平均溫度，單位為C,入 單位為W/(mC)。解：設兩磚之間的界面溫度為t2 ,由.t t31400-12b1b2，得12It, +t2460 10 /(0.9 0.000722t2 -100230 10/(0.3 0.0003 篤氣t廠 949 C熱通量0.40/0.

2、97 0.00071 - t2 400 + 949二 1689W/m3 .直徑為60mm 3mm,鋼管用30mn厚 的軟木包扎，其外又用100mn厚的保溫灰 包扎,以作為絕熱層?，F(xiàn)測得鋼管外壁面 溫度為-110 C ,絕熱層外表面溫度10C。 已知軟木和保溫灰的導熱系數(shù)分別為0.043和0.07W/（mC ）,試求每米管長 的冷量損失量。解：每半管長的熱損失，可由通過兩層 圓筒壁的傳熱速率方程求出：_ tl _ 上3丄ln豆亠心2 1 r12 2 r2-1100-102 3.14 0.043302 3.14 0.00076025W/m負號表示由外界向體系傳遞的熱量，即 為冷量損失。4.蒸汽管道

3、外包扎有兩層導熱系數(shù)不同 而厚度相同的絕熱層，設外層的平均直 徑為內(nèi)層的兩倍。其導熱系數(shù)也為內(nèi)層 的兩倍。若將二層材料互換位置，假定其 他條件不變，試問每米管長的熱損失將 改變多少？說明在本題情況下，哪一種材 料包扎在內(nèi)層較為適合？解：設外層的平均直徑為dm2，內(nèi)層平均 直徑為 dm1，則 dm2 = 2dm1 且 2 = 2 1。由導熱效率方程知：Q= Dt Qt _広譏丄bbbb5 b r r *lSm1 2Sm2 1二丄 2、2也丄4 i兩層材料位置互換后：Q _ _tdmiLQ bbb2dmi二 2dmiLII所以：Q 青 425 即：q725q兩層保溫材料互換位置后，單位管長的 熱損

4、失增加。說明在本題情況下，導熱系數(shù)小的材料 放在內(nèi)層較為合適。試求：(1)基于管外 ;(2)產(chǎn)生污垢后熱6.在管殼式換熱器中用冷水冷卻油。水 在直徑為19mm 2mm的列管內(nèi)流動。已知 管內(nèi)水側對流傳熱系數(shù)為 349OW/(mC ),管外油側對流傳熱系數(shù) 為258 W/(m2 -C )。換熱器在使用一段 時間后，管壁兩側均有污垢形成，水側污 垢熱阻為0.00026 nVC / W油側污垢熱 阻為0.000176 nVC / W管壁導熱系數(shù) 入為 45 W/(mC )。表面積的總傳熱系數(shù) 阻增加的百分數(shù)。ko解：(1)總傳熱系數(shù)k 01 c bd0 c d0 d0Rs0亍Rsi寧牛0dmdi ：

5、 idi110 002 況 191919丄 0.0001760.00026 15100% = 11.8%. 1925845 1715 3490 15二 208W/ m2 C(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分數(shù)為:0.000176 0.0002812080.000176+0.0002815丿197:在并流換熱器中，用水冷卻油。水的 進、出口溫度分別為15C和40C ,油的 進、出口溫度分別為150C和100C?，F(xiàn) 因生產(chǎn)任務要求油的出口溫度降至80C ,假設油和水的流量、進口溫度及物性均 不變,若原換熱器的管長為1m試求此換 熱器的管長增至若干米才能滿足要求。 設換熱器的熱損失可忽略。解：平均溫度差

6、為 補鰹-15）二00-4叭 92.5C135ln60由熱量恒算可得：WnCphtti40-150.5.Wccpc T _ T2150 100當油的岀口溫度降到80C時，由熱量恒 算:Q = WnCpn(150- 80) = W4Cpc(t2 - 15).叫=(150-15)(8-5叭 0cln13530解得：t2=50C由傳熱速率方程分別可得:原換熱器：Wncpn( 150- 100) = ks；t k n dL 92.5. Wncpn( 150- 80) = kstm = k n dL 70.新?lián)Q熱器：70 92.5 彳L=漢漢 1 = 1.85m.5070重油和原油在單程套管換熱器中呈并

7、流流動,兩種油的初溫分別為243 C和128C ;終溫分別為167C和157C。若維持兩種油的流量和初溫不變 ,而將兩流 體改為逆流，試求此時流體的平均溫度 差及它們的終溫。假設在兩種流動情況 下,流體的物性和總傳熱系數(shù)均不變化 換熱器的熱損失可以忽略。解：以上標表示并流的情況 由傳熱速率方程和熱量衡算:QJ k tm 二 WnCpn(T1 - T2 ) = WcCpC(t2 - tjQ = kjDtm = WnCpn(T1T2) = Wpcg - t1 ) 兩式相除：tm二飛- 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廠 0.38 (243-T2) 128(3)243-167157 -128243-T2 - t2-128由( 2)、(3)式得:t廠 161.3CT廠 155.4 C所以：口 也 3(243-161.3)-(

9、155.4-128) = 49.7c mt21.0939.在下列各種管殼式換熱器中,某種溶 液在管內(nèi)流動并由20C加熱到50C。力口 熱介質(zhì)在殼方流動，其進、岀口溫度分別 為100 C和60 C ,試求下面各種情況下的 平均溫度差。(1)殼方和管方均為單程的換熱器。設兩 流體呈逆流流動。(2)殼方和管方分別為 單程和四程的換熱器。(3)殼方和管方分 別為二程和四程的換熱器。解：(1)由對數(shù)平均溫度差知道:t1(100- 50)-(60- 20) =44 8Cin504050- 200.375(2) R100 - 20100 - 601.33查溫度差校正系數(shù)圖得:UtmLttm = 0.9 44

10、.8 二 40.3 c(3)由R、P值查流程溫差校正系數(shù)圖得：Lt 二 0.9811在一管殼式換熱器中,用冷水將常壓 下純苯蒸氣冷凝成飽和液體。苯蒸氣的 體積流量為1650m/h,常壓下苯的沸點 為80.1 C,汽化熱為394kJ/kg。冷卻水 的進口溫度為20C,流量為36000kg/h, 水的平均比熱容為4.18kJ“kg C ）。若 總傳熱系數(shù)K）為450W/（mC ），試求換 熱器傳熱面積S0。假設換熱器的熱損失 可忽略解：換熱器的傳熱面積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冷水出口溫度可由熱量衡算求得。即:Q 二 WeCpc(t2 - tj= t2 e pc2 v 236000廠丄 (80.1- 20)-(80.1-31.6) tm 二=4加1代360,20=31機4.18 10354.1C80.1-31.64.86T05則：S 一20m2450 54.112.在一傳熱面積為50帚的單程管殼式換熱器中,用水冷卻某種溶液。兩流體呈逆流流動。冷水的流量為33000kg/h,溫度由20 C升至38 C。溶液的溫度由110C降至60C。若換熱器清洗后,在兩 流體的流量和進口溫度不變的情況下，冷水出口溫度

12、增到45C。試估算換熱器 清洗前傳熱面兩側的總污垢熱阻。假 設：（1）兩種情況下，流體物性可視為不 變，水的平均比熱容可取為 4.17kJ/（kg C）； 可按平壁處理，兩 種工況下i和:0分別相同；（3）忽略管 壁熱阻和熱損失解：先求清洗前的總傳熱系數(shù)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)再求清洗后總傳熱系數(shù) K,由熱量衡算 求溶液的出口溫度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)若傳熱面兩側的總污垢熱阻為-Rs.則有:1 1+ za a ”i125411497由此得： RsT.925 103m2 C/Wx05a02004棉花保溫性能好，主要是因為A. 棉纖維素導熱率??；B. 棉花中含有相當數(shù)量的油脂；C. 棉花中含有大量空氣，而空氣 的運動又受到阻礙；D. 棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，不凝氣體的存在對 a的 影響是 。A）使a值升高B）使a值大大降

14、低C）使a值有一定影響D）對a值無影響x05a02031多層間壁傳熱時，各層的溫度降與各相 應層的熱阻 。A 成正比 B 成反比 C 沒關系x05a05171一定流量的液體在一 “ 25X 2.5mm的 直管內(nèi)作湍流流動，其對流給熱系數(shù) =1000W/（mC ）。如流量與物性都不 變，改用一 ;T9X 2mm的直管，則其:值 將變?yōu)?W/（m 2 C）。A. 1059 B. 1496C. 1585D.167t05a01177冷熱水通過間壁換熱器換熱，熱水 進口溫度為90C ,出口溫度為50C ,冷水 進口溫度為15C ,出口溫度為53C ,冷熱 水的流量相同，則熱損失占傳熱量的 %冷熱水物性數(shù)

15、據(jù)視為相同）。t05a01216當冷熱兩流體均不發(fā)生相態(tài)變化時, 般對 料選用并流操作。t05a02042某流體在圓直管內(nèi)強制對流，其對流傳熱系數(shù)為,現(xiàn)任務變更，管內(nèi)流速降為原來的1/2，且已知此時Fb 104，則管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)為原對流傳熱系數(shù)的 倍。t05a02043 10mm的鋼管中強制湍流時,其 ：=310W/（nVK）,如體積流量不變，改用 :152 X 10mm的鋼管代替，流動仍為湍流某有機溶液在長為L,直徑為門108 X（兩種情況下L / d均大于60），此時:=W/（m 永）兩流體通過間壁換熱，冷流體從20C被加熱到50C，熱流體從100C冷 卻至V 70 C ,則逆流時的t m =C。并流時的，t m= Cow05b051611. 一杯開水(100 C )置于20 C的靜 止空氣中 , 問杯子兩側流體的傳熱各屬 何種類型 ?哪一側熱阻大 ?2. 若將杯子浸在20C的冷水中（兩 流體不直接接觸 ）, 能否增強傳熱 ?理由 ?3. 仍置于空氣中 , 但使杯外的空氣 流動, 問能否增強傳熱 ?理由?4. 對 1的情況 , 若對杯中流體加以攪 動, 問是否比 2、3 兩種辦法有效些 ?1. 均為自然對流 , 空氣側熱阻大 ;2. 能增強傳熱 , 因為水的對流給熱系 數(shù)比空氣