化工原理大题.docx

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化工原理大题

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1400C,外表面温度t3为

100C。

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10.90・00°7t,绝

缘砖的导热系数为20.30.0003t。

两式中t可分别取为各

层材料的平均温度，单位为C,A单位为W/（m•C）。

解：

设两砖之间的界面温度为

tlt?

bi

2，由1

t2

t3

2，得

热通量

0.40/0.970.0007

t1t2

1400949

168SW/m2

3.直径为60mm3mm,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-110C,绝热层外表面温度10C。

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：

Qt[上3

[丄店丄d

21r122r2

110010

11,160

InIn

23.140.0433023.140.000760

25W/m

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?

dm1，则

由导热效率方程知:

Q=

Vt

b

b

Vt

Vt

dmiL

b

b

5

b

idmiL

2i2dmiL

4

i

2Sm2

两层材料位置互换后:

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

19mm2mm的列管内流动。

已知管内水侧对流传热系数为

349OW/（m2•C）,管外油侧对流传热系数为258

W/（m2•C）。

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・C/W,油侧污垢热阻

为0.000176m2•C/W。

管壁导热系数入为45W/（m•C）。

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k°

k。

19

0.00026—

（2）产生污垢后热阻增加的百分数为:

7:

在并流换热器中，用水冷却油。

水的进、出口温度分别为

15C和40C,油的进、出口温度分别为150C和100C。

现因生产任务要求油的出口温度降至80C,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）

由热量恒算可得:

We”t2匕4015

WUpcT1T2150100

当油的出口温度降到80C时，由热量恒算:

QWnCpn（15080）WCCpc（t2'15）.

解得:

t?

'

50oC.

由传热速率方程分别可得:

kndL

&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243C和128C;终温分别为167C和157C。

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：

Q'koVtm'WnCpn（TiT2）驱卩血’tj

QkoVtmWnCpn®T?

）WCpcg）

两式相除:

Vtm'

11

2t2t1

（T1

T2'）

&'1）

Vtm

tT

2t2t1

（T1

T2）

（t2G

（1）

（T1

T2）

（t2匕）

（243167）

（157128）

47

（T1

T2）

（T2tj

Vt2

Vt1

Vt2Vt1

Vtm

而

Vt1Vt2.Vt1

In

Vt2

Vt2Vt1（243

.Vt2

In

Vt1

128）（167,115

In

10

157）

3°C

InVt2

Vt1

471

所以：

Vt2Vt1

Vt2Vt143

解得：

Vt2/

/Vt1

2.98.

即：

（243

t2）2.98（T2128）

t22.98

（T2

128）243

（2）

由

（2）、（3）式得:

t2161.3oC.T2155.4°C

Vtm

所以：

Vt2Vt1

Vti

（243161.3）（155.4128）

1.093

49.7°C

9..在下列各种管壳式换热器中，某种溶液在管内流动并由20C加热到50C。

加热介质在壳方流动，其进、出口温度分别为100C和60C,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。

由对数平均温度差知道：

40

50

20

0.375

（2）

10020

10060

5020

1.33

查温度差校正系数图得：

Vt

0.9

Vtm

VtVtm

0.944.840.3°C

（3）由R、P值查流程温差校正系数图得:

Vt

0.98

所以：

VtmVtVtm0.9844.8

43.9oC

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

80.1C,汽化热为394kJ/kg。

冷却水的进口温度为20C,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・C）,试求换热器传热面积S0。

假

设换热器的热损失可忽略。

QkoVtm

QWsrVsr

其中:

冷水出口温度可由热量衡算求得。

即:

QWeCp「t2tj

t2

4.861053600

360004.18103

2031.6oC

Vtm

（80.120）（80.131.6）

80.120

In-

54.1oC

80.131.6

So

则：

4.86105

20m2

45054.1

12.在一传热面积为50m2的单程管亮式换热器中，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20C升至38C。

溶液的温度由110C降至60C。

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45C。

试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。

假设：

（1）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°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.

Vtm

（11°38）（8°2°）

11°38In

6°2°

54.4°C

所以:

Q

SVtm

330004.1871°3（3820）

360°5054.4

254w/（m2°C）

再求清洗后总传热系数K°,由热量衡算求溶液的出口温度

T2

WQpc

（t21）110

pn

11060

3820

（4520）

40.6°C

（11045）（40.620）

11045In

40.620

330004.187103（4520）

36005038.6

497w/（m2°C）

若传热面两侧的总污垢热阻为尺.则有:

Rs

1

254

1丄

i497

由此得:

Rs1.925103m2°C/W

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a的影响是

A）使a值升高

B）使a值大大降低

C）使a值有一定影响

D）对a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

一定流量的液体在一25x2.5mm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，

改用一19x2mm的直管，则其值将变为

VW（m2•C）。

A.1059B.1496

C.1585D.1678t05a01177

冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90C,出口温

度为50C,冷水进口温度为15C,出口温度为53C,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Re104，则

管内的对流传热系数为原对流传热系数的

t05a02043

某有机溶液在长为L,直径为108x10mm的钢管中强制湍流

时，其=310W/（m2?

K）,如体积流量不变，改用152x10mm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20C被加热到50C,热流体从100C冷却到70C,则逆流时的tm=C。

并

流时的tm=C。

w05b05161

1.一杯开水（100C）置于20C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20C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2,3w05a05034

①一厚度相等的双层平壁，其导热率入I>xn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=乃t/dn;•••稳定传热即QI=QII

因已知入1>川

•••（dt/dn）l<（dt/dn）II