化工原理上課本習(xí)題解答傳熱及

熱及換熱設(shè)（1）0(1at，則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（內(nèi)層23鋼6若耐火磚內(nèi)層表面的溫度t1為1150板外表面溫度t2為30又測(cè)得通過(guò)爐壁的熱損失為2，試計(jì)算熱傳導(dǎo)的熱通量。若計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)的熱損失不符，試分析原因并計(jì)算附加熱阻

解 A

0.1

計(jì)算比測(cè)量大，存在附加熱阻（由于層與層之間接觸不好有空氣Ri300

0.0060.5m0.25m。1.02Wm-1℃-1、0.14Wm-1℃-10.92Wm-1℃-1，已知耐火磚內(nèi)側(cè)為100035940℃，普通磚不超138℃。解 QA

1t1

1

t1

2 解得

t2940解 λ1（小的導(dǎo)熱系數(shù)）包在內(nèi)層，熱損失 Q

2L(r3r2

ln

2Am

m Q

2L(r2r1r

ln1

t=常

（2 1 2m

2

1mt18000.09Wm-1℃-1的氧化鎂絕熱層，使該層的外表面溫度t3為87℃，設(shè)管子的外表面溫度仍為800℃。外界環(huán)境溫度tα為20℃。試求氧化 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試用量綱分析法推導(dǎo)壁面和流體間強(qiáng)制對(duì)流傳熱系數(shù)h的準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式。已知hhf(Cpul，式中、Cp、ρ、μ分別為流體的熱傳導(dǎo)系數(shù)、比定壓熱容、密度、粘度、up解 設(shè)hQbCdceufp

hM

ML

UL

M

L2

M

Cp 2.K

代入（1）

Nu

f(Re,Pr)aRexPraxy38×3mm1800kgh-1。試求苯對(duì)內(nèi)管壁的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。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，試求管壁對(duì)空氣的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。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℃。蛇管的直徑為Φ57×3.5mm，彎曲0.6m，試求甲苯對(duì)蛇管的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。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 有一雙管程列管換熱器，由96根φ25×2.5mm的組成。苯在管內(nèi)流動(dòng)，由20℃被加熱到80℃，9.5kgs-1，殼程中通入水蒸氣進(jìn)行加熱。試求解 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℃。試解 t

ts2

922

9668.0110-2

29.6810-52268.08 42 4 冷凝傳熱膜系數(shù)h0.943L(tt)

代入以上數(shù)據(jù)得h5413.6qhAt5413.60.0382.5(10092)=2268.08103w5.710-10 0.725L0

h0.943d

hqhAtw11853.60.0382.5(10092)=1.2510-29400kg2050℃。溶液在列管內(nèi)流動(dòng)。10060℃，試求下面情況下的平均溫度差。

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，現(xiàn)因生產(chǎn)任務(wù)變化，如空氣流量增加50％，進(jìn)、出口溫度仍維持不變，問(wèn)在原換熱器中采用解 t

21.093

Pr

Cp1.017

0.028P2105Pa的飽和溫度Ts120.2q1w1Cp(t2t1)=h1

q2w2Cp(t2t1)=h2

w2

1.508tm2 h1 tm1

80

tm2

80lnTs1Ts1

=12512515、在一套管式換熱器，內(nèi)管為φ180×10mm的，用水冷卻原油，采用逆流操作，水在內(nèi)管中流動(dòng)，1555500kgh-1，其平均比定壓熱容3.35kJkg-1℃-190401000Wm-2℃-1，油側(cè)的對(duì)299Wm-2℃-1（管壁熱阻及垢阻忽略不計(jì)。試求：解

qw1Cp1(t2t1)w2Cp2(T1T1d1d1

224

t115

t255T140℃t125qK0

T290t235tm352529.7ln

4.18(5515)t1205003.35(90t2

2060 w2

4.18(50

572在并流的換熱器用水冷卻油水的進(jìn)出口溫度分別為15℃和40℃，油的出口溫度分別為150℃1m，試求將此換熱器的管長(zhǎng)增至若干米后才能滿足要求。設(shè)換熱器的熱損失可以忽略。

對(duì)水qw2Cp2(40

t115015135t21004060tm1356092.5qK0A0tm=w1Cp1(150

對(duì)水q1w2Cp2(t2t2

t115015135t2805030tm1353069.8q1q

L1L

L1=1.85L157℃。若維持兩種油的初溫和流量不變，而將兩種油改為逆流，試求此時(shí)流體的平均溫度差和它們的解：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%，而空氣的進(jìn)，出口溫度不變，試問(wèn)應(yīng)采取解 t2080=502501.093

Pr

Cp1.017

0.028P1.77105Pa的飽和溫度Ts116℃20%設(shè)蒸汽溫度為Ts1q1w1Cp1(8020)

q2w2Cp2(8020)Ki2Aitm

w2

Ki2hi21.20 tm1802043.28lntm2

80

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

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

ln(90Tqw1Cp1(9050)w2Cp2(37w2

19302.8103(904.18103(37

在逆流換熱器中用初溫為20℃的水將1.25kgs-1的液（比定壓熱容為1.69kJkg-1℃-密度為3）8030℃。換熱器的列管直徑為Φ25×2.5mm，水走管內(nèi)。水側(cè)和液體側(cè)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯到?qw1Cp1(t2t1)w2Cp2(T2T1)K050tm1(8050)(3020)18.2ln

373.7

0.02525

Cp2故：A01.2516908030)15.5系數(shù)hi為3490Wm-2℃-1,管外油側(cè)的對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)ho為258Wm-2℃-1.換熱器在使用一段時(shí)間后，管解 未結(jié)垢前

40

0.00219

1

K01K100252040KOT變化如下：總傳熱系數(shù)K，Wm-2℃-解：熱油t

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

30001.68103(100341.322.1

14351101.9kJkg-1℃-1。兩流體做逆流流動(dòng)。2℃-1。試計(jì)算水的出口溫度及換熱器的傳熱速解

t1110

t2水T2T135 2q=32016(110t1)(t235)=0.674.18103(t- 2T2 q=0.674.18103(92-35)=1.596105為94℃。試求每小時(shí)的冷凝蒸氣量。又若將管子水平放置，冷凝的蒸氣量又為多少？

6810-

95629.4810-

2264 L 2 冷凝傳熱膜系數(shù)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之間，試求兩gtL3解：此為大容器自然對(duì)流問(wèn)題Gr.Pr 2k小管直徑為 兩管長(zhǎng)1Nu(Gr.Pr)1QHtDL=

D )4=5d由直徑為Φ25×2.5mm的組成當(dāng)水的速度為1ms-1時(shí)測(cè)得基于管外表面積的總傳熱系數(shù)Ko為2115Wm-2℃-1，當(dāng)其它條件不變，而水的速度變?yōu)?.5ms-1時(shí)，測(cè)得Ko為2660Wm-2℃-1。試求蒸氣冷凝的傳解：忽略管壁及污垢熱阻 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為水平面A,B

q C0

(TA)4(T1)41 11111

T1對(duì)第一和第二塊遮熱板的傳熱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℃，試求空氣溫度。TqhS(T420)CS( h35代入

C0 5mm0.1350K0.05，300K0.025，試計(jì)算由此引起傳熱量的改變的百分?jǐn)?shù)。假設(shè)兩

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，空氣對(duì)熱電偶接頭的對(duì)12Wm-2℃-10.8。試求：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

當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)Qi2

Qi2QaiQ1iQai即45(T493)4.443 (

)4

T551.40.09873(Ti

及45

T)

(

)4

264.4(Ti設(shè)Ti464K得設(shè)Ti463K

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

232.5

*100%-1,400Wm-2℃-1，管壁熱傳導(dǎo)及污垢熱阻忽略不計(jì)，試求總傳熱系數(shù)。解：

384.6 1

hi=20

hi=669

1

32×3mm的。水與油的流速分別為1.5ms-1及0.8ms-1，油的密度、比定壓熱容、熱傳導(dǎo)系數(shù)及粘度分別為860kgm-3，1.90×103Jkg-1℃-1，0.15Wm-1℃-1及1.8×10-3Pas。水的溫度為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對(duì) Re

t=20℃ 對(duì) 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= 當(dāng)管長(zhǎng)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

聯(lián)立上

T2T24.5×103kgh-19555℃，冷水溫度20502.8×103Wm-2℃-1。試求：①冷水流量；②兩種液體作逆流時(shí)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，污垢熱阻忽略不45℃，試求該換熱器的傳熱面積。解：設(shè)管壁45w/m.

0.003

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

1.8×105Pa飽和水蒸氣加熱空氣，水蒸氣走殼程，其對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯?04Wm-2℃-12011010ms-1。管子規(guī)格為25×2.5mm的，管數(shù)共269根。試求換熱器的管長(zhǎng)若將該換熱器改為單殼管程，總管數(shù)減至254根。水蒸氣溫度不變，空氣的質(zhì)量流量及進(jìn)口溫空 t=20110652Pr

1.045

Cp1.017

2.93102

2.04Re

101.045

dhidi

Re0

Pr0

)0

0.6950

46.9因?yàn)閔i

所以K=Ki=h=46.9由蒸汽壓表知：qKiAitmw1Cp1(t2t1 4

2691.0451.017

(11020)

110ln 解解得 n=254

u269uhi2hi

(u10