化工原理第三版?zhèn)鳠崃曨}

1、傳熱一、填空(1) 在傳熱實驗中用飽與水蒸汽加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近于側(cè)得對流傳熱系數(shù),而壁溫接近于 側(cè)流體得溫度值。(2) 熱傳導得基本定律就是_。間壁換熱器中總傳熱系數(shù)K得數(shù)值接近于熱阻 (大、小)一側(cè)得 值。間壁換熱器管壁溫度tw接近于 值大、小)一側(cè)得流體溫度。 由多層等厚平壁構成得導熱壁面中，所用材料得導熱系數(shù)愈小，則該壁面得熱阻愈 (大、小),其兩側(cè)得溫差愈(大、小)。(3) 由多層等厚平壁構成得導熱壁面中，所用材料得導熱系數(shù)愈大，則該壁面得熱阻愈_, 其兩側(cè)得溫差愈 。(4) 在無相變得對流傳熱過程中,熱阻主要集中在,減少熱阻得最有效扌昔施就是。(5) 消除列管式換熱器溫差應力

2、常用得方法有三種,即在殼體上加膨脹節(jié)、采用浮頭式或U管式結構；翅片管換熱器安裝翅片得目得就是增加面積，增強流體得湍動程度以提高傳熱系數(shù)。(6) 厚度不同得三種材料構成三層平壁,各層接觸良好,已知bib2b3,導熱系數(shù)1 2 100）下即可達到湍流,以提高對流傳熱系數(shù)。19. 在設計換熱器時 , 如何安排流量較小得流體得流徑 （ 管內(nèi)或就是管間 ） ？簡述 理由。走管間 , 因流體在有折流擋板得殼程流動時 , 由于流速與流向得不斷改 變,在低Re值（Re 100）下即可達到湍流,以提高對流傳熱系數(shù)。20. 在列管換熱器中 , 擬用飽與蒸氣加熱空氣 , 傳熱管得壁溫接近哪一種流體得溫 度？壁溫接近

3、飽與蒸氣得溫度。21. 在列管換熱器中，擬用飽與蒸氣加熱空氣，總傳熱系數(shù)K接近哪一種流體得對 流傳熱系數(shù)？總傳熱系數(shù)K接近空氣得對流傳熱系數(shù)。22. 在列管換熱器中 , 擬用飽與蒸氣加熱空氣 , 如何確定兩流體在換熱器中得流 徑？為什么？空氣走管內(nèi) , 飽與蒸氣走管間 , 以便于冷凝液得排放。23. 污油與汽油換熱 , 如何安排兩流體得流徑 ? 為什么 ?污油走管內(nèi) , 汽油走管間 , 便于清洗。24. 為什么內(nèi)部孔隙多得材料保溫效果好 ?因為大量得孔隙中包含著導熱系數(shù)非常小得氣體 ,對導熱不利 ,從而起 到了保溫得作用。25. 一鋼板得黑度為 0、78, 其反射率為多少 ?反射率為 0、22

4、。26. 在強化傳熱得過程中 , 為什么要想辦法提高流體得湍動程度 ?由于對流傳熱得熱阻主要集中在層流底層內(nèi), 提高流體得湍動程度能減薄層流底層得厚度 , 可以提高傳熱效果。27. 在夏季人們?yōu)槭裁磹鄞\色衣服 ?由于在陽光下淺色得衣服反射率較大 , 吸收得熱量少 , 使人們不至于感 覺太熱。28. 換熱器得殼程為什么要安裝擋板 ?可以提高殼程流體得湍動程度 , 增強傳熱效果。29. 雖然大氣層包圍著地球 , 但陽光仍能照射到地球表面 , 因為空氣就是透熱體。 此話對嗎？為什么？不對, 只有單原子氣體與對稱雙原子氣體就是透熱體 ,而空氣中得二氧 化碳與水蒸氣都可以部分地吸收太陽發(fā)射得輻射能。3

5、0. 間壁式換熱器與混合式換熱器得區(qū)別就是什么？間壁式換熱器就是由固體壁面將冷、熱兩種流體分開 , 通過固體壁面?zhèn)?熱, 而混合式換熱器中則就是將冷、熱兩種流體直接接觸、混合換熱。四、計算1、一臥式列管冷凝器,鋼質(zhì)換熱管長為3m,直徑為25x 2mm水以0、7m/s得 流速在管內(nèi)流過,并從17C被加熱到37C。流量為1、25kg/s、溫度為72C烴得 飽與蒸氣在管外冷凝成同溫度得液體。烴蒸氣得冷凝潛熱為 315kJ/kg。已測得： 蒸氣冷凝傳熱系數(shù)o=8OOW/(mC ),管內(nèi)側(cè)熱阻為外側(cè)得40%,污垢熱阻又為管 內(nèi)側(cè)熱阻得 70%,試核算：(1) 換熱器每程提供得傳熱面積 (外表面為基準 )

6、;(2) 換 熱管得總根數(shù) ;(3) 換熱器得管程數(shù)。 計算時可忽略管壁熱阻及熱損失 ,水得比熱 為 4、18kJ/(kg C )解： (1) 換熱器每程提供得傳熱面積 (外表面為基準 ),S1;由題意知,水以0、7m/s得流速在管內(nèi)流過，欲求S,需先知道每程得管子數(shù)， 每程得管子數(shù)等于所需冷卻水得總流量與單管內(nèi)水得流量之比。兩流體交換得熱量為又,則單管內(nèi)水得流量為：每程所需管子數(shù)為：取每程管子數(shù)為20,則每程所能提供得傳熱外表面積為:(2) 換熱管得總根數(shù)；由所需得總傳熱面積可求取換熱管得總根數(shù)由題給數(shù)據(jù)，則任務所需得傳熱外表面積為換熱管總根數(shù)為：取(2) 換熱器得管程數(shù)。由題意管程數(shù)為：2

7、在一單程逆流列管換熱器中用水冷卻空氣,兩流體得進口溫度分別為 20C與 110C。在換熱器使用得初期，冷卻水及空氣得出口溫度分別為45C與40C,使用 一年后，由于污垢熱阻得影響，在冷熱流體得流量與進口溫度不變得情況下，冷卻 水出口溫度降至38C ,試求:(1)空氣出口溫度為多少？ (2)總傳熱系數(shù)為原來得 多少倍？(3)若使冷卻水加大一倍，空氣流量及兩流體進口溫度不變，冷熱流體得出口溫度各為多少？(水 變化？變?yōu)槎嗌伲拷猓菏褂贸跗?10C40,45 r -20(1) 空氣出口溫度題意可得:使用初期 使用一年后兩式相比(2)/(1),得貝U：=59、6C(2) 總傳熱系數(shù)方程式/(1)式,得：

8、(3) 冷熱流體得出口溫度一年后(3) 方程式/(3),得：空氣)(4)冷卻水流量加大后C110C38(1)(2)故,換熱器得傳熱速率有何使用一年后C C -20 C整理前半式得方程又因 , 故 由等比定理 則整理得 ,(6)聯(lián)立(5) 與(6), 可得 : ,(4) 冷卻水流量加大后 , 換熱器得傳熱速率有何變化？變?yōu)槎嗌伲?則3有一蒸汽加熱器，熱方：為飽與蒸汽冷凝，T=100 C ;冷方：為生垢液體升溫，。(1) 在測試中 ,維持以上溫度條件不變 ,發(fā)現(xiàn)蒸汽凝液流量 ,在清洗前后之比為 1：2 。 問 ：a 那些就是控制熱阻？管程宜走那一方流體？簡述理由 ;b 清洗前 , 污垢熱阻約為該時

9、總熱阻得多少分數(shù)？(2) 在操作中 , 若要求改為維持該加熱器得熱負荷不變。問： 隨著污垢得增加 ,調(diào)節(jié)飽與蒸汽得溫度與生垢液體得流量 , 就是否都能達到要求？簡述理由 ( 定 性分析 ) 。注： 冷方流型為湍流、面積基準與物性變化可不考慮以及清洗后得垢阻為零。解：(1) a 垢層就是主要控制熱阻 ,其次就是垢層對液體得給熱過程 ,因傳熱過 程得傳熱量取決于熱阻大得一方。管程宜走生垢液體 ,便于清洗,便于增大流速 , 可能減少垢層沉積在管子表面上 ,飽與蒸汽宜在管間 (殼程)走,因流速對飽與蒸 汽冷凝給熱系數(shù)幾乎無影響 , 而飽與蒸汽冷凝得表面又不要求清洗 , 且在殼程流 動易于及時排除冷凝水

10、與不凝性氣體。b 維持不變時 ：清洗前傳熱量(1)清洗后傳熱量(2)(1) 式與(2) 式比較得：清洗前后總熱阻得差值就是污垢熱阻所以 %(2) 在操作中 , 調(diào)節(jié)生垢液體流量 , 企圖減少垢層厚度來增加換熱量 , 就是不能滿 足得 , 因為生垢液體以為湍流 , 再增加流量時 , 所增加得換熱量決不能與所需 要得熱量相當 , 這時會使出口溫度下降。只有調(diào)節(jié)飽與蒸汽得溫度來增加 , 使 其滿足熱負荷得要求。假設垢層熱阻得增加 , 使其換熱量減少一半 ,( 換熱量再減少即不能操作 ), 這 時蒸汽得溫度提高到160C即可滿足要求。假設垢層得生成 , 其傳熱面積得變化忽略不計 , 而傳熱系數(shù)下降一半

11、 , 則推動 力 增加一倍 , 這樣即可滿足其換熱器得熱負荷不變。4、有一換熱器，管內(nèi)通90C得熱流體，膜系數(shù)為1100,管外有某種液體沸騰，沸點 為50C ,膜系數(shù)為5800。試求以下兩種情況下得壁溫:(1)管壁清潔無垢；(2)外 側(cè)有污垢產(chǎn)生 , 污垢熱阻為 0、 005解： 忽略管壁熱阻 , 并假設壁溫為(1) 當壁很薄時 , 根據(jù)壁兩側(cè)得對流傳熱方程式可得 ：則2) 同理則由此可知，壁溫總就是比較接近熱阻小得那一側(cè)流體得溫度。5、流量為2000kg/h得某氣體在列管式換熱器得管程流過,溫度由150C降至80C ;殼程冷卻用水,進口溫度為15C ,出口溫度為65C ,與氣體作逆流流動,兩

12、 者均處于湍流。已知氣體側(cè)得對流傳熱膜系數(shù)遠小于冷卻水側(cè)得對流傳熱膜系數(shù) 管壁熱阻、污垢熱阻與熱損失均可忽略不計,氣體平均比熱為1、02kJ/kgC ,水得比熱為4、17kJ/kg C ,不計溫度變化對比熱得影響,試求:(1)冷卻水用 量;(2)如冷卻水進口溫度上升為20C ,仍用原設備達到相同得氣體冷卻程度，此時對數(shù)平均溫差為多少？(3)此時得出口水溫將為多少？(4)此時得冷卻水用量為多少？解:(1)冷卻水用量； 如冷卻水進口溫度上升為20C ,仍用原設備達到相同得氣體冷卻程度，此時對 數(shù)平均溫差為多少？原情況新情況(1)(2)因J J換熱器與氣體得情況未變則J故則 ,( 350K350KA

13、290K295K 290K則又(3)因物性參數(shù)不變，則：(1)/(2),并將各參數(shù)帶入,可得:9現(xiàn)有一逆流冷卻器，用冷水冷卻油，使油溫從420K降到370K,水進口溫度為 285K,出口溫度為310&設油與水得流率、進口溫度保持不變，將冷卻器長度增 加一倍(其它尺寸不變)，求油及水得出口溫度。解：420K370K310K285K對體系進行熱量恒算，所以，冷卻器長度增加一倍后，420KT t2285K假設： 則所以，(3)(1)=(3)1、95=(2)=(4)3、9=解 與(6)方程,得:T 2 =341、74K2(5)t 2 =324、13K NaOH水溶液由 20E預熱到60。加熱劑為127

14、C得飽與蒸汽。該車間現(xiàn)庫存一臺兩管程列管式換 熱器,其規(guī)格為 25X 2mm長度為3m;總管數(shù)72根。試問庫存得換熱器能否滿足 傳熱任務？操作條件下，NaOH溶液得物性參數(shù)為鋼得導熱系數(shù)污垢熱阻總與解:對庫存換熱器進行傳熱能力核算其中tm(T ti) (Tt2)t2 t1T InTt2InUT t260 20127 20 In127 6085.4 C蒸汽冷凝宜走殼程,NaOH水溶液走管程。 求管內(nèi)NaOHK溶液一側(cè)得Redu0.021 0.67 1100410300 101.5 10 3Cp3.77 1031.5103Pr9.750.58L3143 60d0.021、0 8 一 、0 40.580 80 410.023-(Re) (Pr)0.023(10300) .(9.75) .d0.02122560w/m C換熱器得傳熱速率該換熱器得熱負荷Ql WcCpc(t2 t1) 30 1100 3.77 (60 20) 1382kwL c pc2 u 3600因為所以庫存得換熱器能夠完成傳熱任務。另一種解法：由傳熱方程式求得完成傳熱任務所需要得傳熱面積為：同上,換熱器得熱負荷故該庫存換熱器所提供得傳熱面積得傳熱面積為：因為所以 庫存得換熱器能夠完成傳熱任務。12熱氣體在套管換熱器中用冷水冷