化工原理第二版答案

第四章习题2．燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖,外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内表面温度t1为1400℃,外表面温度t3为100℃。试求导热的热通量及两砖间的界面温度。设两层砖接触良好,已知耐火砖的导热系数为t0007.09.01,绝缘砖的导热系数为t0003.03.02。两式中t可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,λ单位为W/(m·℃)。解：设两砖之间的界面温度为2t，由23121212ttttbb，得222331223140010094946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)22tttCtttt热通量2121689/14009490.40/0.970.00072ttqWm3．直径为mmmm360,钢管用30mm厚的软木包扎,其外又用100mm厚的保温灰包扎,以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为-110℃,绝热层外表面温度10℃。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(m·℃),试求每米管长的冷量损失量。解：每半管长的热损失，可由通过两层圆筒壁的传热速率方程求出：1332112211lnln22ttQrrLrr1100101601160lnln23.140.0433023.140.00076025/Wm负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。4．蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层,设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置,假定其他条件不变,试问每米管长的热损失将改变多少?说明在本题情况下,哪一种材料包扎在内层较为适合?解：设外层的平均直径为2md，内层平均直径为1md，则212mmdd且212。由导热效率方程知：22111122mmmttbbbSdLdL1m1Q=bS1154mtdLb两层材料位置互换后：'1111122mmmtdLtQbbbdLdL所以：''51.254QqQq即：'1.25qq两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加。说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较为合适。6.在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为mmmm219的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为349OW/(m2·℃),管外油侧对流传热系数为258W/(m2·℃)。换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有污垢形成,水侧污垢热阻为0.00026m2·℃/W,油侧污垢热阻为0.000176m2·℃/W。管壁导热系数λ为45W/(m·℃)。试求:(1)基于管外表面积的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：（1）总传热系数0k00000011ssimiiikbdddRRddd2110.0021919190.0001760.00026258451715349015208/WmC（2）产生污垢后热阻增加的百分数为：190.0001760.000281510011.8.1190.0001760.00028208157：在并流换热器中,用水冷却油。水的进、出口温度分别为15℃和40℃,油的进、出口温度分别为150℃和100℃。现因生产任务要求油的出口温度降至80℃,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变,若原换热器的管长为1m。试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。解：平均温度差为(15015)(10040)92.5.135ln60mtC由热量恒算可得：211240150.5.150100nphcpcWCttWcTT当油的出口温度降到80C时，由热量恒算：'2(15080)(15).npncpcQWcWct解得：'250.tC'(15015)(8050)0.135ln30mtC由传热速率方程分别可得：原换热器：(150100)92.5.npnmWckstkndL新换热器：''''(15080)70.7092.511.85.5070npnmWckstkndLLm8．重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动,两种油的初温分别为243℃和128℃;终温分别为167℃和157℃。若维持两种油的流量和初温不变,而将两流体改为逆流,试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下,流体的物性和总传热系数均不变化,换热器的热损失可以忽略。解：以上标'表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：'''12211221'()()()()mnpncpcmnpncpcQktWcTTWcttQktWcTTWctt两式相除：'''''1221122112211221()()()()mmtTTttTTtttTTttTTtt（1）''122112212121()()(243167)(157128)47()()TTttTTTttttt而'12211221(243128)(167157)3115lnlnln10mtttttCtttt所以：212121ln47143tttttt解得：212.98.tt即：2222(243)2.98(128)2.98(128)243tTtT（2）由（1）式得：22222431671571280.38(243)128243128tTTt（3）由（2）、（3）式得：22161.3.155.4tCTC所以：2121(243161.3)(155.4128)49.71.093lnmtttCtt9．.在下列各种管壳式换热器中,某种溶液在管内流动并由20℃加热到50℃。加热介质在壳方流动,其进、出口温度分别为100℃和60℃,试求下面各种情况下的平均温度差。(1)壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。(2)壳方和管方分别为单程和四程的换热器。(3)壳方和管方分别为二程和四程的换热器。解：（1）由对数平均温度差知道：'2121(10050)(6020)44.850lnln40mtttCtt（2）50200.37510020100601.335020PR查温度差校正系数图得：0.9t'0.944.840.3mtmttC（3）由R、P值查流程温差校正系数图得：0.98t所以：'0.9844.843.9mtmttC11在一管壳式换热器中,用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液体。苯蒸气的体积流量为1650m3/h,常压下苯的沸点为80.1℃,汽化热为394kJ/kg。冷却水的进口温度为20℃,流量为36000kg/h,水的平均比热容为4.18kJ/(kg·℃)。若总传热系数K0为450W/(m2·℃),试求换热器传热面积S0。假设换热器的热损失可忽略。解：换热器的传热面积mQktS其中：3335101330782.69/8.31510(27880.1)16502.69394104.86103600ssQWrVrPMkgmRTQw冷水出口温度可由热量衡算求得。即：521234.86103600()2031.6360004.1810(80.120)(80.131.6)54.180.120ln80.131.6epcmQWCtttCtC则：524.86102045054.1Sm12．在一传热面积为50m2的单程管壳式换热器中,用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h,温度由20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后,在两流体的流量和进口温度不变的情况下,冷水出口温度增到45℃。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设:(l)两种情况下,流体物性可视为不变,水的平均比热容可取为4.17kJ/(kg·℃)；(2)可按平壁处理,两种工况下i和0分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损失解：先求清洗前的总传热系数K.(11038)(8020)54.411038ln6020mtC所以:32330004.18710(3820)254/()36005054.4mQkwmCSt再求清洗后总传热系数'K,由热量衡算求溶液的出口温度.''212111060()110(4520)40.63820cpcnpnWCTTttCWC'(11045)(40.620)38.611045ln40.620mtC3'2330004.18710(4520)497/()36005038.6kwmC若传热面两侧的总污垢热阻为.sR则有:'11112541111497siiRkk由此得:321.92510/sRmCWx05a02004棉花保温性能好，主要是因为______。A.棉纤维素导热率小；B.棉花中含有相当数量的油脂；C.棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；D.棉花白色，因而黑度小。x05a02016在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对α的影响是______。A）使α值升高B）使α值大大降低C）使α值有一定影响D）对α值无影响x05a02031多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。A成正比B成反比C没关系x05a05171一定流量的液体在一25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流给热系数＝1000W/(m2·℃)。如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，则其值将变为W/(m2·℃)。A.1059B.1496C.1585D.1678t05a01177冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90℃,出口温度为50℃,冷水进口温度为15℃,出口温度为53℃,冷热水的流量相同,则热损失占传热量的_______%(冷热水物性数据视为相同)。t05a01216当冷热两流体均不发生相态变化时，一般对_________物料选用并流操作。t05a02042某流体在圆直管内强制对流，其对流传热系数为，现任务变更，管内流速降为原来的1/2，且已知此时Re104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的倍。t05a02043某有机溶液在长为L,直径为108×10mm的钢管中强制湍流时,其=310W/(m2·K),如体积流量不变，改用152×10mm的钢管代替,流动仍为湍流(两种情况下L/d均大于60),此时=W/(m2·K)t05a02118两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃冷却到70℃，则逆流时的tm＝℃。并流时的tm＝℃。w05b051611.一杯开水(100℃)置于20℃的静止空气中,问杯子两侧流体的传热各属何种类型?哪一侧热阻大?2.若将杯子浸在20℃的冷水中(两流体不直接接触),能否增强传热?理由?3.仍置于空气中,但使杯外的空气流动,问能否增强传热?理由?4.对1的情况,若对杯中流体加以搅动,问是否比2、3两种办法有效些?1.均为自然对流,空气侧热阻大;2.能增强传热,因为水的对流给热系数比空气大;3.能增强传热,因为强制对流的对流给热系数比自然对流大4.主要热阻在空气侧,故2,3效果较好,4不及2,3w05a05034①一厚度相等的双层平壁，其导热率λⅠλⅡ试定性画出其温度分布图，为什么?(稳定传热)②套管式换热器的冷、热流体进、出口温度分别为t1、t2、T1、T2，试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。①根据傅立叶定律;Q=λdt/dn;∵稳定传热即QI=QII因已知λIλII∴(dt/dn)I(dt/dn)II