化工原理大題

1、第四章習(xí)題燃燒爐的內(nèi)層為460mm厚的耐火磚，外層為230mm厚的絕緣磚。若爐的內(nèi)表面溫度t1為1400C,外表面溫度t3為100C。試求導(dǎo)熱的熱通量及兩磚間的界面溫度。設(shè)兩層磚接觸良好,已知耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為10.9000°7t,絕緣磚的導(dǎo)熱系數(shù)為2。兩式中t可分別取為各層材料的平均溫度，單位為C,A單位為W/(mC)。解：設(shè)兩磚之間的界面溫度為1400t2460103/(0.90.0007tlt?bi2，由1t2t32，得t2100230103t2949°C熱通量t1t21400949168SW/m22. 直徑為60mm3mm,鋼管用30mm厚的軟木包扎,其外又用100

2、mm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-110C,絕熱層外表面溫度10C。已知軟木和保溫灰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.043和0.07W/(m),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：Qt上3丄店丄d21r122r211001011,160InIn25W/m負(fù)號(hào)表示由外界向體系傳遞的熱量，即為冷量損失。3. 蒸汽管道外包扎有兩層導(dǎo)熱系數(shù)不同而厚度相同的絕熱層，設(shè)外層的平均直徑為內(nèi)層的兩倍。其導(dǎo)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：

3、設(shè)外層的平均直徑為dm2，內(nèi)層平均直徑為dm1，則dm22dm1由導(dǎo)熱效率方程知:Q=VtbbVtVtdmiLbb5bidmiL2i2dmiL4i2Sm2兩層材料位置互換后:"dmiLbQq_5i.25所以：Qq4即：qVtbb21dmiLi2dmiLi.25q兩層保溫材料互換位置后，單位管長的熱損失增加說明在本題情況下，導(dǎo)熱系數(shù)小的材料放在內(nèi)層較為合適6.在管殼式換熱器中用冷水冷卻油。水在直徑為19mm2mm的列管內(nèi)流動(dòng)。已知管內(nèi)水側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為349OW/(m2C),管外油側(cè)對(duì)流傳熱系數(shù)為258W/(m2C)。換熱器在使用一段時(shí)間后，管壁兩側(cè)均有污垢形成，水側(cè)污垢熱阻為0.00

4、026m2C/W,油側(cè)污垢熱阻為0.000176m2C/W。管壁導(dǎo)熱系數(shù)入為45W/(mC)。試求:(1)基于管外表面積的總傳熱系數(shù)；(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。解：(1)總傳熱系數(shù)k°k。k。Rs0bdor魚dmdidoidi0.000176258208W/m2°C0.000176258208W/m2°C0.002194517190.00026(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)為:191512081915100。11.8。.7:在并流換熱器中，用水冷卻油。水的進(jìn)、出口溫度分別為15C和40C,油的進(jìn)、出口溫度分別為150C和100C?，F(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)要求油的出口

5、溫度降至80C,假設(shè)油和水的流量、進(jìn)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(shè)換熱器的熱損失可忽略。解：平均溫度差為VtmVtm(15015)(10040)In1356092.5°C.由熱量恒算可得:We”t2匕4015WUpcT1T2150100當(dāng)油的出口溫度降到80C時(shí)，由熱量恒算:QWnCpn(15080)WCCpc(t2'15).解得:t?'50oC.Vt(15015)(8050),135In300oC.由傳熱速率方程分別可得:原換熱器:WnCpn(150100)kSotmkndLWncpn(15080)ksVtmk

6、ndL92.5.70.新?lián)Q熱器:7092.5150701.85m.&重油和原油在單程套管換熱器中呈并流流動(dòng)，兩種油的初溫分別為243C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(shí)流體的平均溫度差及它們的終溫。假設(shè)在兩種流動(dòng)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(biāo)'表示并流的情況。由傳熱速率方程和熱量衡算：Q'koVtm'WnCpn(TiT2)驅(qū)卩血tjQkoVtmWnCpn®T?)WCpcg)兩式相除:Vtm'112t2t1(T1T2')&&

7、#39;1)VtmtT2t2t1(T1T2)(t2G(1)(T1T2)(t2匕)(243167)(157128)47(T1T2)(T2tjVt2Vt1Vt2Vt1(2)Vtm而Vt1Vt2.Vt1InVt2Vt2Vt1(243.Vt2InVt1128)(167,115In10157)3°CInVt2Vt1471所以：Vt2Vt1Vt2Vt143解得：Vt2/Vt12.98.即：(243t2)2.98(T2128)t22.98(T2128)243由（2）、（3）式得:由(1)式得:243167243T2157128t2128t20.38(243T2)128(3)t2161.3oC.T2

8、155.4°CVtm所以：Vt2Vt1Vti(243161.3)(155.4128)1.09349.7°C9.在下列各種管殼式換熱器中，某種溶液在管內(nèi)流動(dòng)并由20C加熱到50C。加熱介質(zhì)在殼方流動(dòng)，其進(jìn)、出口溫度分別為100C和60C,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(shè)兩流體呈逆流流動(dòng)。(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。VtmVt2Vt14Vt1(10050)(6020)448oC由對(duì)數(shù)平均溫度差知道：4050200.375(2)100201006050201.33查溫度差校正系數(shù)圖得：

9、Vt0.9VtmVtVtm°C(3)由R、P值查流程溫差校正系數(shù)圖得:Vt0.98所以：VtmVtVtm43.9oC11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1650m3/h,常壓下苯的沸點(diǎn)為80.1C,汽化熱為394kJ/kg。冷卻水的進(jìn)口溫度為20C,流量為36000kg/h,水的平均比熱容為4.18kJ/(kg)。若總傳熱系數(shù)K0為450W/(m2C),試求換熱器傳熱面積S0。假設(shè)換熱器的熱損失可忽略。解：換熱器的傳熱面積SoQkoVtmQWsrVsrPMRTPMRT101330788.315103(27880.1)2.69kg/m3165

10、02.6936003941034.86105w其中:冷水出口溫度可由熱量衡算求得。即:QWeCpt2tjt24.861053600360004.181032031.6oCVtm(80.120)(80.131.6)80.120In-54.1oCSo則：4.8610520m245054.112.在一傳熱面積為50m2的單程管亮式換熱器中，用水冷卻某種溶液。兩流體呈逆流流動(dòng)。冷水的流量為33000kg/h,溫度由20C升至38C。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(jìn)口溫度不變的情況下,冷水出口溫度增到45C。試估算換熱器清洗前傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻。假設(shè)：(1)兩種&#

11、39;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);(2)可按平壁處理，兩種工況下i和°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.Vtm(11°38)(8°2°)11°38In6°2°54.4°C所以:QSVtm330004.1871°3(3820)360°5054.4254w/(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T2WQpc(t21)110pn110603820(4520)40.6°CV

12、tm38.6°C(11045)(40.620),11045In40.620330004.187103(4520)36005038.6497w/(m2°C)若傳熱面兩側(cè)的總污垢熱阻為尺.則有:Rs12541丄i497由此得:Rs1.925103m2°C/Wx05a02004棉花保溫性能好，主要是因?yàn)?。A. 棉纖維素導(dǎo)熱率小；棉花中含有相當(dāng)數(shù)量的油脂；B. 棉花中含有大量空氣，而空氣的運(yùn)動(dòng)又受到阻礙；棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，不凝氣體的存在對(duì)a的影響是A）使a值升高B）使a值大大降低C）使a值有一定影響D）對(duì)a值無影響x05a02031多層

13、間壁傳熱時(shí)，各層的溫度降與各相應(yīng)層的熱阻A成正比B成反比C沒關(guān)系x05a05171一定流量的液體在一25x2.5mm的直管內(nèi)作湍流流動(dòng)，其對(duì)流給熱系數(shù)=1000W(m2)。如流量與物性都不變，改用一19x2mm的直管，則其值將變?yōu)閂W(m2C)。A.1059B.1496C.1585D.1678t05a01177冷熱水通過間壁換熱器換熱，熱水進(jìn)口溫度為90C,出口溫度為50C,冷水進(jìn)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)據(jù)視為相同）。t05a01216當(dāng)冷熱兩流體均不發(fā)生相態(tài)變化時(shí)，一般對(duì)物料選用并流操作。t05a02042某流體在圓直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流

14、，其對(duì)流傳熱系數(shù)為，現(xiàn)任務(wù)變更，管內(nèi)流速降為原來的1/2，且已知此時(shí)Re104，則管內(nèi)的對(duì)流傳熱系數(shù)為原對(duì)流傳熱系數(shù)的t05a02043某有機(jī)溶液在長為L,直徑為108x10mm的鋼管中強(qiáng)制湍流時(shí)，其=310W/(m2?K),如體積流量不變，改用152x10mm的鋼管代替,流動(dòng)仍為湍流(兩種情況下L/d均大于60),此時(shí)W/(m2?K)t05a02118兩流體通過間壁換熱，冷流體從20C被加熱到50C,熱流體從100C冷卻到70C,則逆流時(shí)的tm=C。并流時(shí)的tm=C。w05b051611. 一杯開水(100C)置于20C的靜止空氣中，問杯子兩側(cè)流體的傳熱各屬何種類型?哪一側(cè)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(qiáng)傳熱?理由?3. 仍置于空氣中,但使杯外的空氣流動(dòng),問能否增強(qiáng)傳熱?理由?4. 對(duì)1的情況,若對(duì)杯中流體加以攪動(dòng),問是否比2、3兩種辦法有效些?1. 均為自然對(duì)流,空氣側(cè)熱阻大;能增強(qiáng)傳熱,因?yàn)樗膶?duì)流給