化工原理課后題答案第五章傳送

1、第五章 傳熱1.一立式加熱爐爐墻由厚150mm的耐火材料構(gòu)成，其導(dǎo)熱系數(shù)為11.3W/(m·K)，其內(nèi)外表面溫度為ll00及240，試求通過(guò)爐墻損失的熱量(W/m2)；若外加一層25mm，20.3W/(m·K)的絕熱材料，并假定爐內(nèi)壁溫度仍為1100，而熱損失降至原來(lái)的57，求絕熱層外壁溫度及兩層交界面處的溫度。解：解得：=255.8解得：=609.82某加熱爐爐墻由耐火磚、絕熱層與普通磚組成，耐火磚里側(cè)溫度為900，普通磚外側(cè)溫度為50，各層厚度分別為：耐火磚140mm，絕熱層(石棉灰)20mm，普通磚280mm；各層導(dǎo)熱系數(shù)：10.93W/(m·K)，20.0

2、64W/(m·K)，3=0.7W/(m·K)。(1)試求每m2爐墻的熱損失；(2)若普通磚的最高耐熱溫度為600，本題條件下，是否適宜?解： （1）（2）解得：=444 適宜3.用平板法測(cè)定某固體的導(dǎo)熱系數(shù)，試件做成圓形薄板，直徑d120mm，厚度為mm，與加熱器的熱表面及冷卻器的冷表面直接接觸。所傳遞的熱量(一維導(dǎo)熱)，用加熱器的電能消耗計(jì)算之。過(guò)程穩(wěn)定時(shí)，測(cè)得加熱器電流為0.96A，電壓為60.5V，熱電偶測(cè)得熱表面溫度t1180，冷表面t230；由于安裝不良，試件與冷熱表面之間各有一層0.1mm的縫隙(內(nèi)有空氣)，試求： (1)忽略表面間的輻射傳熱時(shí)，因空氣縫隙引起的

3、測(cè)試導(dǎo)熱系數(shù)的相對(duì)誤差?？諝庠?80及30時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)分別為3.78W/(m·K)及2.67 W/(m·K)。(2)如果計(jì)入輻射傳熱，上題的誤差將有何變化，請(qǐng)作定性分析。解：忽略空氣縫隙的影響：解得：不忽略空氣縫隙的影響：解得：相對(duì)誤差：(2)如果計(jì)入輻射傳熱，導(dǎo)熱速率Q應(yīng)減小，得出的導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)減小，所以上題的誤差將減小。4.當(dāng)管子外徑與內(nèi)徑之比d2/d12時(shí)，試證明：通過(guò)管壁的導(dǎo)熱速率按下式計(jì)算的相對(duì)誤差不超過(guò)4。5.管子的內(nèi)外直徑分別為；d1107mm，d2127mm，導(dǎo)熱系數(shù)=16W/(m·K)，管內(nèi)外壁溫度各為350及300，試求在單位時(shí)間內(nèi)，每米管長(zhǎng)及每

4、平方米外表面的導(dǎo)熱量。解：6.汽管外直徑d1=100mm，其表面溫度t1180，覆蓋有一50mm厚的礦渣棉絕熱層，絕熱層外表面溫度t230，其導(dǎo)熱系數(shù)由下式?jīng)Q定：= 0.064(1+2.25×10-3t)W/(m·K)，試求每米管長(zhǎng)的熱損失(W/m)。 7.管徑為38×2.5mm的油管，管壁導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m·K)，內(nèi)壁溫度為120；為減少熱損失，在管外包上兩層絕熱層，第一層是50mm厚的蛭石，導(dǎo)熱系數(shù)為0.06W/(m·K)，第二層是10mm厚的石棉泥，導(dǎo)熱系數(shù)為0.13W/(m·K)。 (1)試求每米管長(zhǎng)的熱損失及兩絕熱層交界

5、面的溫度； (2)若把內(nèi)、外兩絕熱層位置交換一下，熱損失將如何變化?8.某汽油冷卻器采用25×2.5mm管子，冷卻水在管內(nèi)以lm/s的流速通過(guò)，進(jìn)出口溫度分別為25及45，管長(zhǎng)3m，試求管壁對(duì)冷卻水的給熱系數(shù)。解：在定性溫度下水的物理性質(zhì)為， ， 湍流 9.某煤油冷卻器有19× 2mm鋼管60根，長(zhǎng)3m，管內(nèi)冷卻水流速為0.6m/s，平均水溫為30，管壁溫度為55。試求： (1)水在管內(nèi)的對(duì)流給熱系數(shù)：(2)給熱速率解：(1)在定性溫度下水的物理性質(zhì)為， ， 湍流 (2)根據(jù)牛頓冷卻定律：10.上題中，若改用管徑為38×3mm鋼管而保持流速及冷卻水總流量不變(管子

6、根數(shù)可變)，求給熱系數(shù)及給熱速率。解：(1)在定性溫度下水的物理性質(zhì)為 湍流 (2)根據(jù)牛頓冷卻定律38×3mm管子根數(shù)：11.若將題8中冷卻器中心管內(nèi)流速提高至1m/s，管徑及水溫不變，求給熱系數(shù)增加的倍數(shù)。 12.重油以0.2m/s的速度，在內(nèi)徑為50mm的管內(nèi)流過(guò)，進(jìn)口溫度為20，出口溫度為85，管壁的平均溫度tW100，試求管壁對(duì)重油的給熱系數(shù)。已知重油的物理參數(shù)如下：13. 試計(jì)算套管換熱器中原油的給熱系數(shù)。套管的尺寸為85× 5-60 × 5mm，原油的流量為12600kg/h，進(jìn)出口溫度分別為125及175；原油的物理性質(zhì)可由以下參數(shù)再查閱圖表集或附

7、錄求得；O.9084，39.9×10-6m2/s；18.2×10-6m2/s,特性因數(shù)K11.8。試求原油走內(nèi)管或走環(huán)隙時(shí)的給熱系數(shù)。14.常壓空氣橫過(guò)外徑為50mm管子所組成的管束，空氣由15預(yù)熱至39，其在最窄截面處的流速為6m/s，計(jì)算管束為順排與叉排時(shí)的平均給熱系數(shù)。15.試求從一外徑為60mm、壁溫為120的蒸氣橫管到重油(20)的自然對(duì)流給熱系數(shù)。蒸汽管置于油罐下方被重油所浸沒(méi)，重油的物理性質(zhì)同題12。16.試求水浸式冷卻器管外至水的自然對(duì)流給熱系數(shù)。已知水的平均溫度為30，管外壁溫為70，管外徑為89mm。17.兩根橫管具有相同的表面溫度，都被空氣的自然對(duì)流所

8、冷卻，第一根管直徑5倍于第二根管，如果兩根管的(Gr·Pr)值均在1091012范圍內(nèi)；試求兩管給熱系數(shù)之比及每米管長(zhǎng)的熱損失之比。18.正己烷在壓力0.4MPa(表)及溫度13l下，在某再沸器管外作飽和沸騰，已知加熱管外壁平均溫度147，己烷的臨界壓力Pc=0.295MPa，試求沸騰給熱系數(shù)。19.丙烷飽和蒸汽在水平管束外冷凝，已知管子總數(shù)86根，管外徑25mm，正三角形錯(cuò)列。丙烷冷凝溫度59，冷凝潛熱330kJ/kg；管壁溫度為50；丙烷凝液在55下的物性：O.08MPa·s，0.085W/(m·K)，440kg/m3，試求管外平均冷凝給熱系數(shù)，并與單根管進(jìn)行

9、比較。20.某化工廠擬用水在逆流套管冷卻器中冷卻苯液，測(cè)得苯的流量為20t/h，進(jìn)出口溫度為80與50，冷卻水由25升至45，傳熱面積為20m2，試估計(jì)此冷卻器的傳熱系數(shù)。解：苯的定性溫度查得苯在65下的比熱為：0.45 （W/(m2·K)）21.某芳烴車間需將環(huán)丁砜水溶液由l00加熱至115，擬用0.362MPa(絕)的飽和水蒸氣作為加熱劑，已知環(huán)丁砜溶液的流量為216t/h，比熱為2.93kJ/(kg·)，若加熱器的總傳熱系數(shù)為680W/(m2·K)，試求水蒸氣的消耗量及所需要的傳熱面積。解：查得0.362MPa(絕) 的飽和水蒸氣的溫度和冷凝潛熱分別為139

10、.9和2149 kJ/kg。水蒸氣的消耗量22.在一換熱器中用飽和水蒸氣加熱有機(jī)溶劑，換熱管規(guī)格為25×2.5mm鋼管，溶劑在答內(nèi)流動(dòng)，流速為u(m/s)，在換熱器潔凈無(wú)垢時(shí)測(cè)得：，操作半年后，管內(nèi)側(cè)生垢時(shí)又測(cè)得：，若假定兩種情況下蒸汽冷凝的給熱系數(shù)相等，且蒸汽側(cè)不生垢，試計(jì)算： (1)當(dāng)管內(nèi)溶劑流速為2m/s時(shí)，管內(nèi)給熱系數(shù)； (2)水蒸氣冷凝給熱系數(shù)；(3)操作半年后的污垢系數(shù)解：(1)根據(jù)總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式與相比較，可得：解得：(2) 根據(jù)總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式與相比較，可得解得：(3) 半年后總傳熱系數(shù)的計(jì)算公式為與相比較，可得因所以=0.0002216（）23.某煤油冷卻器

11、由60根25×2.5mm的管子組成，水走管內(nèi)，煤油在管間與水呈逆流流動(dòng)。若煤油的流量為4500kg/h，進(jìn)、出口溫度分別為78及30，水的進(jìn)口溫度為20，出口溫度不得超過(guò)48。水側(cè)及油側(cè)的給熱系數(shù)分別為1.7及0.85kW/(m2·)，試求在不計(jì)污垢熱阻時(shí)，該冷卻器所需的管子長(zhǎng)度(煤油在平均溫度下的比熱容可取1.9kJ/(kg ·)，鋼管的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m·K)。解：代入數(shù)據(jù)解得：=506.7 W/(m2·)L=2.62m24.一定流量的空氣在蒸汽加熱器中從20加熱至80，空氣在管內(nèi)呈湍流流動(dòng)。壓力為0.17MPa(絕)的飽和水蒸氣在管外

12、冷凝?，F(xiàn)因生產(chǎn)需要將空氣流量提高20，但空氣的進(jìn)出口溫度不變，試問(wèn)應(yīng)將飽和水蒸氣的溫度及壓力增加至多少，方可完成任務(wù)(假定管壁及污垢熱阻均可忽略)?解：查得0.17MPa(絕)的飽和水蒸氣的飽和溫度為114.8因飽和水蒸氣在管外冷凝的對(duì)流傳熱系數(shù)（相變過(guò)程）遠(yuǎn)大于管內(nèi)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)，因此總傳熱系數(shù)近似等于管內(nèi)空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)，即將空氣流量提高20時(shí)，若空氣的進(jìn)出口溫度不變，總傳熱量即 =62.33解得：=117查得117飽和水蒸氣的壓力為0.18MPa。25.在一并流操作的套管換熱器中，用水冷卻柴油，水的進(jìn)出口溫度分別為15及40，柴油從100冷卻至60，現(xiàn)因生產(chǎn)需要將柴油出口溫度進(jìn)一步

13、降低，在不增加傳熱面積的前提下改為逆流操作，試求柴油可能達(dá)到的最低出口溫度(假定柴油、水的進(jìn)口溫度及物理性質(zhì)均不改變)。解：R=對(duì)逆流傳熱：即：解得：=56.326.90的正丁醇在逆流換熱器中被冷卻至50，換熱器的傳熱面積為6m2，總傳熱系數(shù)為230W/(m2.)，若正丁醇的流量為1930kg/h，比熱容為2.95kJ/(kg.)(70時(shí)的數(shù)據(jù))，冷卻介質(zhì)為18水，試求： (1)冷卻水的出口溫度；(2)冷卻水的消耗量，m3/h。 解：(1)設(shè)冷卻水的出口溫度為解得：=26.8(2) ，查得水的比熱為4.181 kJ/(kg.)解得：=1.719=6190kg/h27.在逆流換熱器中，冷油與熱油

14、進(jìn)行熱交換，油的比熱均為1.68kJ/(kg.)，熱油的流量為3000kg/h,并從l00冷卻至25；冷油則從20加熱至40。已知總傳熱系數(shù)K0隨熱油的溫度T變化如下:熱油溫度， T() 100 80 60 40 30 25傳熱系數(shù)，KoW/(m2·) 355 350 340 310 230 160試求換熱器的傳熱面積。解：畫圖積分,參見(jiàn)例題P279例題（略）28.外徑為15mm的管子需要保溫，如果采用某石棉絕熱物是否合適？已知該石棉物料的導(dǎo)熱系數(shù)為0.12W/(m·K)，從絕熱層的外表面至周圍介質(zhì)的對(duì)流、輻射綜合給熱系數(shù)約為12W/(m2·)。 解：>15mm采用某石棉絕熱物不合適。29.某減壓餾分油在108×4mm的鋼管中流動(dòng)，平均溫度為150，其對(duì)管內(nèi)壁的給熱系數(shù)為350W/(m2·)，周圍大氣溫度為10