化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题
1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。炉膛壁壁温度1100o
C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o
C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2
，绝热材料的耐热温度为900 o
C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K，λ2=0.18W/m·K，λ3=0.93W/m·K，T 1＝1100 o
C ，T 2＝900 o
C ，
T 4＝50o
C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2
，Rc ＝0
求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δ
λ
T
q ?=
∴1δ＝m q T T 22.01200
900
11003.1211
=-?=-λ 又∵3
3
224
23
4
33
2
3
22
λδλδδλδλ+-=
-=-=T T T T T T q
∴
W K m q T T /579.093
.012.01200509002334222?=--=--=λδλδ 得：∴m 10.018.0579.0579.022=?==λδ
习题1附图 习题2附图
2. 如附图所示。为测量炉壁壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o
C ，t 3=50 o
C 。求壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300o
C ，T 3=50o
C
求： T 1=？ 解： ∵δ
λ
δ
λ
3
13
23
T T T T q -=-=
∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）
T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o
C
3. 直径为?60×3mm 的钢管用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–110o
C ，绝热层外表面温度10o
C 。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·o C ），试求每米管长的冷量损失量。
解：圆筒壁的导热速率方程为
()2
3212131ln 1ln 12r r r r t t L
Q
λλπ+-=
其中 r 1=30mm ，r 2=60mm ，r 3=160mm 所以
()2560
160
ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL
Q W/m 负号表示由外界向系统传热，即为冷量损失量。
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层的两倍。其导热系数也为层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在层较为合适？
解：设外层平均直径为d m,2，层平均直径为d m,1，则 d m,2= 2d m,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 1
111112
2114522λππλπλλλb L
d t L
d b
L d b t
S b
S b t Q m m m m m ???=
+
?=
+
?=
两层互换位置后 1
1111122λππλπλb
L
d t L
d b
L d b t
Q m m m ??=
+
?=
'
所以
25.14
5
=='='q q Q Q
即 q q 25.1='
互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在层较适宜。
5. 在长为3m ，径为53mm 的管加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/（s·m 2
）。苯在定性温度下的物性数据：μ=0.49mPa·s；λ=0.14 W/（m·K）；c p =1.8kJ/（kg·o C ）。试求苯对管壁的对流传热系数。
已知：L ＝3m ，d ＝53mm ，G=172 kg/（s·m 2
），被加热苯物性，μ=0.49mPa·s，λ=0.14 W/（m·K）；c p =1.8kJ/（kg·o
C ）
求： α 解： Re ＝
43
1086.110
49.0172053.0?=??=
-μ
dG
> 4
10 3.614
.01049.0108.1Pr 33=???==-λμ
p c >0.7
6.56053
.03==d L >40 故可用N u =0.023Re 0.8
Pr 0.4
公式 4.08.044.08.03.6)1086.1(053
.014
.0023.0Pr Re 023
.0????
==d
λ
α=330W/m 2·o C 6. 在常压下用列管换热器将空气由200 o
C 冷却至120 o
C ，空气以3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的径为260mm ，径?25×2.5mm 钢管38根。求空气对管壁的对流传热系数。
已知：T 1=200 o
C ，T 2=120 o
C ，空气q m ＝3kg/s 走管外壳程，D=260mm ，n ＝38，d ＝25mm 求： α
解： 空气平均温度C T T t m ?=+=+=
1602
120
200221 查160 o C 空气：ρ＝0.815kg/m 3
，μ＝2.45×10-5
Pa·s，Pr ＝0.682，λ＝0.0364W/m·K
m nd D nd D d n D d n D S A de 036.0025
.03826.0025.03826.0)
44(44222222=?+?-=+-=+-?==πππ
π s m kg A q G m ?=?-?==
222/1.87)
025.03826.0(785.03
3
3
1029.110
45.21.87036.0Re ?=??=
=
-μ
deG
>104 K m W d
?=????==24.08.034.08.0/254682.0)1029.1(036
.00364
.0023.0Pr Re 023.0λα
7. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐重油，重油的平均温度t m =20o
C ，蒸汽管外壁温度t w =120o
C ，管外径为60mm 。已知在定性温度70 o
C 下重油的物性数据：ρ=900kg/m 3
；c p =1.88kJ/（kg·o
C ）；λ=0.174 W/（m·o
C ）；运动黏度ν=2×10-3m 2
/s ；β=3×10-4
1/ o
C 。试问蒸汽对重油的热传递速率为多少，（单位为kW/m 2
）?
已知：水平管加热外部重油，d ＝60mm ， t m =20o
C ，t w =120o
C ，70o
C 下，ρ=900kg/m 3
；
c p =1.88kJ/（kg·o
C ）；λ=0.174 W/（m·o
C ），ν=2×10-3m 2
/s ；β=3×10-4/ o
C 。
求： q=?
解： 属大容积自然对流，
9.15)
102(06.0)20120(81.91032
33423=??-???=?=--νβtd g Gr 4331094.1174
.0900
1021088.1Pr ?=????==
=
-λ
ρ
λ
μ
v c c p p
5
4
1009.31094.19.15Pr ?=??=Gr 查教材可得：A ＝0.54，b ＝0.25 C m W Gr d
A
b ?=???
==225.05/9.36)1009.3(060
.0174
.054.0Pr)(λ
α 2
3/1069.3)20120(9.36)(m W t t q m w ?=-?=-=α
8. 室水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（GrPr ）=109
。试问两管路单位时间、单位面积的热损失比值为多少？
解：∵3
Pr d Gr ∝?
∴129323
2
11101010Pr)()(
Pr)(=?=?=?Gr d d Gr 查表6-5，两者均在3区域，A=0.135，3
1=
b ∵b Gr d
q Pr)(1
?∝
∴1)10
10(10]Pr)(Pr)([31
91213121122121=?=??==-Gr Gr d d q q αα 9. 饱和温度为100o
C 的水蒸气在长3m 、外径为0.03m 的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置，管外壁的温度维持96 o
C ，试求：（1）每小时冷凝的蒸汽量；（2）又若将管子水平放，冷凝的蒸汽量又为多少？
已知：t s ＝100o
C ，t w ＝96 o
C ，L ＝3m ，d ＝0.03m 求： （1）W 竖放；（2）W 水平 解： 查100o C ，水，r ＝2258kJ/kg C t t t w s m ?=+=+=
982
96
1002 查98 o
C ，水，ρ=960kg/m 3
，μ＝0.290cp ，λ＝0.682W/m·K
（1） 设凝液为层流，则竖放时 K m W t
L gr ??=???
?
?????=234
13
2/1042.713.1μλρα 验5441022581029.04
31042.744Re 3
33=???????=?=
-r t L μα<2000计算有效 s kg r t d L r Q q m /1072.310
2258403.014.331042.7333-?=??????=?==πα （2） 水平放，仍设层流
02.203.0364.064.04
141
=??
? ???=??? ??='d L αα ∴K m W ??=??='2
4
3
/1050.11042.702.2α
∵α∞m q
∴s kg q q m m /1051.71072.302.233--?=??='
='
αα 验5.341029.031051.744Re 3
3
=????=?'=--μL q m <2000计算有效
10. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水的直径为?19×2mm 的列管流动。已知管水侧对流传热系数为3490 W/（m 2
·o
C ），管外油侧对流传热系数为258 W/（m 2
·o
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0.00026m 2
·o
C/ W ，油侧污垢热阻
为0.000176 m 2·o C/ W 。管壁导热系数λ为45 W/（m 2·o
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 0
i
i i Si m S d d d d R d d b R K αλα000
01
1
++++=
15349019151900026.0171945002.0000176.025811
?+?+?++=
2080048
.01==W/（m 2·o
C ）
（2）产生污垢后热阻增加百分数为
%8.11%100151900028.0000176.00048.015
1900026.0000176.0=??
?? ?
?
?+-?
+
11. 热气体在套管换热器中用冷水冷却，管为?25×2.5mm 钢管，热导率为45W/（m·K）。冷水在管湍流流动，对流传热系数α 1=2000 W/（m 2
·K）。热气在环隙中湍流流动，α 2=50 W/（m 2
·K）.不计垢层热阻，试求：（1）管壁热阻占总热阻的百分数；（2）管中冷水流速提高一倍。总传热系数有何变化？（3）环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？ 已知：管为?25×2.5mm，λ＝45W/（m·K），管冷水湍流α 1=2000 W/（m 2
·K），管
热气湍流α 2=50 W/（m 2
·K）
求：（1）管热阻分率，（2）管中冷水流速增倍，K ＇（3）管隙中冷水流速增倍，K”解：
（1）1
21221211ln 21-?
??
? ??++=αλαd d d d d K K m W ?=???
?
?+?+=-21
/3.4850102.0025.0ln 452025.002.0025.020001
总热阻
W K m K
/021.01
2= 管壁热阻
W K m d d d /102.602
.0025.0ln 452025.0ln 223122-?=?=λ 故管壁热阻分率为
%3.0021
.0102.63
=?-
（2）∵8
.0u
∞α
∴K m W 238.018.01/1048.3200022?=?=='
αα
K m W K 2
1
33
/0.49501102.602.0025.010
48.31=??? ??+?+??='-- 增加
%3.13
.483.480.49=-=-'K K K （3）8.022='
αK m W 28
.02/1.87502
=?=α
K m W K ?=??? ??+?+=''--2
1
5/1.821.871102.602
.0025.020001
增加
%9.693
.483
.481.82=-=-''K K K 由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K 值强化传热，应在α2上着手。 12. 在下列各种列管式换热器中，某种溶液在管流动并由20o
C 加热到50o
C 。加热介质在壳方流动，其进、出口温度分别为100o
C 和60o
C ，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二程的换热器。 （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
()()8.444050
ln 206050100ln 1
2
12=---=???-?='?t t t t t m
o
C （2）33.1205060
100=--=
R
375.020
10020
50=--=P
查温度差校正系数图，得9.0≈?t ?，所以
3.408.449.0=?='?=??m
t m t t ?o
C （3）由R 、P 值查二壳程的温度差校正系数图，得 98.0≈?t ?
所以 9.438.4498.0=?='?=??m
t m t t ?o
C
13. 在逆流换热器中，用初温为20o
C 的水将 1.25kg/s 的液体［比热容为 1.9kJ/（kg·o
C ）、密度为850kg/m 3
］，由80o
C 冷却到30o
C 。换热器的列管直径为?25×2.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 kW/（m 2
·o
C ）和1.70 kW/（m 2
·o
C ），污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50o
C ，试求换热器的传热面积。
解：由传热速率方程知 m
t K Q
S ?=
00
其中 ()()11930809.125.121=-?=-=T T c W Q ph h kw ()()2.181030
ln 20305080ln 1
2
12=---=???-?=
?t t t t t m o
C 20
25
85015.2225450025.0170011
11
1
000++?+=
+++=
i i m d d d d b K αλα
47200212.01==
W/（m 2·o
C ）
所以 9.132
.184721011930=??=S m
2
14. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15 o
C 和40 o
C ，油的进、出口温度分别为150 o
C 和100 o
C 。现因生产任务要求油的出口温度降至80 o
C ，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 ()()5.9260
135ln
4010015150=---=
?m t o
C
由热量衡算得
5.0100
15015
402112=--=--=
T T t t c W c W pc
c ph h
当油的出口温度降至80 o
C 时，由热量衡算得
()??
? ??-'
=-=15801502t c W c W Q pc c ph h
解得 '
2t =50 o
C
()()7030
135ln 508015150=---='?m t o C
由传热速率方程可分别得
原换热器 ()5.92100150??=?=-dL n K t KS c W m ph h π 新换热器 ()7080150?'?='
?'=-L d n K t S K c W m ph h π
所以 85.1170
5.925070=??=
'L m 15. 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243o
C 和128o
C ；终温分别为167o
C 和157o
C 。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。由传热速率和热量衡算式知：
??
? ??-'=??? ??'-='?='12210t t c W T T c W t K Q pc c ph h m
()()12210t t c W T T c W t K Q pc c ph h m -=-=?= 两式相除，得
1
21
22121t t t t T T T T t t m m --'=
-'-=?'? （a ）
将和比定律应用于上式，得
()()()()
1221122112211221t T t T t t T T t t T T t t T T t t m
m ---?
?? ??-'-??? ??'-=---??? ??-'-??? ??'-=?'
? ()()1
21
247
128157167243t t t t ?-?=
?-?---=
而 ()()4310
115ln 157167128243=---='?m t o C
所以 43
147ln
12121
2
??-?=?-???t t t t t t
093.143
47
ln
12==??t t
98.2093.11
2
==??e t t ()()12898.224322-=-T t 或 ()24312898.222+--=T t
（b ）
由式a 得
128
128
15724316724322--=
--t T 即 ()12824338.022+-=T t
（c ）
联立式b 和式c 解得 t 2=161.3 o
C T 2=155.4 o C 所以 ()()7.49093.11284.1553.161243ln 1
2
12=---=???-?=
?t t t t t m o
C 16. 在一传热面积为50m 2
的单程列管换热器中，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20o
C 升至38o
C 。溶液的温度由110o
C 降至60o
C 。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度下，冷水出口温度增到45 o
C 。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4.187 kJ/（kg·o
C ）；（2）可按平壁处理，两种工况下α i 和α o 分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。
解：先求清洗前总传热系数K ，由 ()()4
.5420
6038
110ln
206038110=-----=
?m t o
C
所以 ()2544
.54503600203810187.4330003=??-??=?=
m t S Q K W/（m 2·o C ） 再求清洗后总传热系数K 0，由热量衡算求溶液出口温度，即
()6.40204520
38601101101212=----
=??? ??-'-='t t c W c W T T ph h pc c o C
()()6.3820
6.4045110ln
206.4045110=-----='?m t o C
()4976
.38503600204510187.4330003=??-??='K W/（m 2·o
C ）
传热面两侧总污垢热阻分别为
∑
=
++=254
11110S i
R K αα （a ）
497
1
1110=
+='i K αα
（b ）
式a 减式b ，得
310925.1497
12541-?=-=
∑
S R m 2·o
C/W 17. 在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160 o
C 的饱和蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20 o
C 加热到106 o
C 。列管换热器尺寸为：列管直径为?19×2mm，管长为4m ，共有25根管子。若换热器的传热量为125kW ，蒸气冷凝传热系数为7000W/（m 2
·o
C ），油侧污垢热阻可取为0.0005 m 2
·o
C /W ，管壁热阻和蒸汽侧垢层热阻可忽略，试求管油侧对流传热系数。
又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的1.75倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。
解：（1）管油侧αi ： ()()9010616020
160ln 10616020160ln 1
2
12=-----=???-?=
?t t t t t m o
C 29590
4015.0251025.15
=?????=?=
πm i i t S Q K W/（m 2·o C ）
01
1d d R K i si i i αα++= 即
19
700015
0005.012951?++=i α 解得 αi =360 W/（m 2
·o
C ） （2）油的出口温度'
2t ：
新条件下的物理量用“'”表示。由热量衡算得
??
? ??-'
='2022t Wc Q p
而 ()51025.120106?=-=p Wc Q 1450=p Wc W/（m 2
·o
C ）
所以 ??
? ??-'
='2029002t Q
（a ）
由总传热速率方程得
()'
--?
?? ?
?'---?
????=?'='2
216020160ln
160201604015.02529575.1t t t S K Q m i i π
?
?
? ??'
---'
?
=22160ln 942.4202433t t
（b ）
联合式a 和式b ，得
103.4160ln 2=??
? ??'
-t
1002≈'
t o
C
18. 在一逆流套管换热器中，冷、热流进行热交换。两流体的进、出口温度分别为t 1=20
o
C 、t 2=85 o C ，T 1=100 o C 、T 2=70 o
C 。当冷流体的流量增加一倍时，试求两流体的出口温度和
传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器热损失可忽略。
解：原工况下： 由热量衡算得 ()2112T T c W c W t t pc
c ph h -=
-
（a ）
由传热速率方程得 ()()()()()1
22
112211
22
1122121ln ln t T t T t t T T KS t T t
T t T t T KS
T T c W ph h -----=-----=-
（b ）
将式a 代入式b ，得 ???
? ??-
=
--pc c ph h ph
h c W c W c W KS
t T t T 1ln
1221
17.270
10020
852112=--=--=
T T t t c W c W pc
c ph h
（c ）
新工况下：
???
? ??-=
-'
'-pc c ph h ph
h c W c W c W KS
t T t T 21ln 1221 （d ）
由式c 和式d ，得
093.017.2109.11207085100ln 121ln
ln 12211
221-=??
? ??----=?????
?
?
????
???-
---=-''-pc c ph h pc c ph h c W c W c W c W t T t T t T t T
91.01
22
1=-''
-t T t T 或'-='221.1130t T
（e ）
由热量衡算得
'-=??
? ??'-+=??? ??'-+
='
22211209.112910009.1202T T T T c W c W t t pc
c ph h
（f ）
联合式e 和式f ，得
8.632='
t o
C ， 8.592='
T o
C 两种情况下传热量之比：
()34.170
1008.591002121=--=-??? ??'-=
'T T c W T T c W Q Q ph h ph h
用NTU-ε法，计算如下。 原工况下：81.020
10020
851112=--=--=
t T t t ε
46.020
8570
100=--=
ph
h pc c c W c W
查图，得NTU=2.23 新工况下：
92.02==
'ph
h pc c ph
h pc c c W c W c W c W （冷流体仍为最小值流体）
2.12
23
.22==ph h c W KS
查图，得 ε=0.54，即
20
10020
21112--'
=
--'=t t T t t ε 所以 2.63208054.02=+?='
t o
C
()3.60202.6392.010021212=--=??? ?
?-'-='
t t c W c W T T ph h pc c o
C
两种计算方法结果相近，误差是由读图引起的。NTU 法简便，宜用于估算，但误差稍大。
19. 某冷凝器传热面积为20m 2
，用来冷凝100 o
C 的饱和水蒸气。冷液进口温度为40 o
C ，流量0.917㎏/s ，比热容为4000J/（㎏·o
C ）。换热器的传热系数K ＝125W/（m 2
·o
C ），试求水蒸气冷凝量。
已知：A ＝20m 2
，T=100 o
C ，t 1＝40 o
C ，q m2＝0.917㎏/s ，c p2＝4000J/（㎏·o
C ），K ＝125W/
（m 2
·o
C ） 求：水蒸汽量q m
解：查100 o C 水蒸汽r ＝2258kJ/kg ∵()r q t T t T t t KA
t t c q m p m ?=---=-2
11
21222ln
∴
506.04000917.020125exp exp 2212=??? ????-=???
? ??-=--p m c q KA t T t T ∴()()C t T T t ?=?--=?--=7.69506.040100100506.012
()
()s kg r
t t c q q p m m /0482.010*******.694000917.03
1222=?-??=
-=
20. 有一套管换热器，径为?19×3mm，管长为2m ，管隙的油与管的水的流向相反。油的流量为270㎏/h ，进口温度为100 o
C ，水的流量为360㎏/h ，入口温度为10 o
C 。若忽略热损失，且知以管外表面积为基准的传热系数K ＝374W/（m 2
·o
C ），油的比热容c p =1.88kJ/(㎏·o
C)，试求油和水的出口温度分别为多少?
已知：管?19×3mm，L=2m ，逆流，q m1＝270㎏/h ，T 1＝100 o
C ，c p1=1.88kJ/(㎏·o
C)，
q m2＝360㎏/h ，t 1＝10 o C ，K ＝374W/（m 2·o
C ）
求：T 2，t 2
解：水的定性温度未知，先取水的比热c p2＝4.18KJ/kg o
C
由热效率公式
[]()[]
111111ex p )1(ex p 1R NTU R R NTU ----=
ε 337.018
.436088
.12702
2111=??=
=
p m p m c q c q R
317.01088.136002702
019.014.33743
111=??÷???==
p m c q KA NTU
得
()[]()[]
26.0337.01317.0ex p 337.0337.01317.0ex p 111121=----==--εt T T T ∴
26.010
1001002
=--T C T ?=6.762
∵ ()()12222111t t c q T T c q p m p m -=- ∴ ()()C t T T c q c q t p m p m ?=+-?=+-=9.17106.76100337.01212
2112
查C t t t ?=+=+=
142
9
.1710221下水的C kg kJ c p ??=/188.4，偏差不大，计算有效。
21. 用热电偶温度计测量管道中的气体流速。温度计读数为300 o
C ，黑度为0.3。气体与热电偶间的对流传热系数为60 W/（m 2
·K），管壁温度为230 o
C 。试求：（1）气体的真实温度；（2）若要减少测温误差，应采用那些措施？
已知：热电偶t 1＝300 o
C ，t w ＝230 o
C ，ε＝0.3，α＝60 W/（m 2
·K），p ρ＝1500kg/m 3
求： t g ＝？及减少误差的措施 解： 与壁面相比，热电偶面积很小
故辐射
2
444410/74510050310057367.53.0100100m W T T C A Q w =???
???????? ??-??? ????=??????????? ??-??? ???=ε 对流
()1t t A
Q
g -=α，且定态时辐射与对流Q 相等
∵C t A Q t g ?=+=+?=
31230060
74511α 由计算过程可见，提高α，提高t w ，降低ε，均可减少误差。
22. 功率为1kW 的封闭式电炉，表面积为0.05 m 2
，表面黑度0.90。电炉置于温度为20
o
C 的室，炉壁与室空气的自然对流对流传热系数为10 W/（m 2
·K）。求炉外壁温度。
已知：Q=1kW ，A=0.05 m 2
，t ＝t w ＝20 o
C ，ε＝0.90，α＝10 W/（m 2
·K）
求： T W ＝？
解： 定态时，发散量应等于辐射、对流传热之和
()t T t T C A Q
W W W -+???
???????? ??-??? ???=αε440100100
∴
()
()t T T W W -+-??=-102931067.59.005
.01044
83 整理上式得：
023*******.54
9=-+?-W W T T 试差得：T W ＝746K ＝473℃
23. 盛水2.3kg 的热水瓶，瓶胆由两层玻璃壁组成，其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银，黑度0.02。壁面面积为0.12 m 2
，外壁温度20 o
C ，壁温度99 o
C 。问水温下降1 o
C 需要多少时间？
已知：G=2.3kg ，==21εε0.02，A ＝0.12 m 2
，t 2＝20 o
C ，t 1＝99 o
C 。塞子处热损不计
求： 水降1 o
C 时，τ＝？
解：
12
1
=A A 112=? 拟定态处理 辐射热：()
W T T AC Q 81.0102
.01293.272.367.512.0111100100442142410=-?-??=-+??
????????? ??-??? ??=
εε 查99 o C 水，c p ＝4.22×103
J/kg·K ∵t C G Q p ??=?τ ∴h s Q t C G p 3.3102.181
.011022.43.243=?=???=??=
τ
24. 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120 o
C 饱和蒸汽加热，常压干空气以12m/s 的流速在管流过，管径为?38×2.5mm，总管数为200根，已知空气进口温度为26 o
C ，要求空气出口温度为86 o
C ，试求：（1）该换热器的管长应为多少？（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为?54×2mm，总管数减少20％，此时的出口温度为多少？(不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失)。
已知：单壳程双管程, 管外饱和蒸T=120o
C ，管干空气u ＝12m/s ，管子?38×2.5mm ，n ＝200，t 1＝26 o
C ，t 2＝86 o
C
求： （1）L （2）n n %80='，管子?54×2mm，q m2不变，?2='
t 解： C t t t ?=+=+=
562
86
26221 查56o
C 干空气，c p ＝1.0kJ/kg o
C ，3/07.1m kg =ρ，Pa 5
1099.1-?=μ，
mK W /0286.0=λ，P r ＝0.697 （1）s kg u d n q m /1.107.112033.0785.01004
2
2
22=????=??=ρπ
()()W t t c q Q p m 4
3
1222106.62686101.1?=-??=-=
43
1013.210
99.107
.112033.0Re ?=???=
=
-μρ
du >104
()K m W d
?=????==24.08.044.08.02/50697.01013.2033
.00286
.0023.0Pr Re 023.0λα
由管外蒸汽冷凝1α?2α ∴2α=K m m t dL n K t KA Q ???=?=π C t T t T t t t m ?=---=---=
?5986
12026120ln 26
86ln 2112 ∴m t d n K Q L m 08.159
033.014.320050106.64
=?????=???=π
(2) ∵q m2不变，∴u 2
1nd ∞
8.18.02.08.021
d
n d u K ∞∞=α
∵566.055338.018
.18.08
.18.0=??
? ????? ??=?
?
? ??'??? ??'='d d n n K K
21.133
508.0=?=''='nd d n A A ∵()2
1121222ln
t T t T t t KA
t t c q p m ---=- ∴????
??=--2221
exp p m c q KA t T t T ∴
686
.021*******.121.1566.0exp exp ???
?
??--=???? ???=????
? ??'''='--t T t T c q KA c q A K t T t T p m p m
即C t t ?='??
?
? ??--='--2.738612026120120260120686
.02
25. 试估计一列管式冷凝器，用水来冷凝常压下的乙醇蒸气。乙醇的流量为3000kg/h ，冷水进口温度为30 o
C ，出口温度为40 o
C 。在常压下乙醇的饱和温度为78 o
C ，汽化潜热为925kJ/kg 。乙醇蒸气冷凝对流传热系数估计为1660 W/（m 2
·o
C ）。设计容：（1）程数、总管数、管长；（2）管子在花板上排列；（3）壳体径。 解：热负荷kW r W Q 7719253600
3000
=?=
?= 由于乙醇无腐蚀性可走壳程，水走管程， 水的定性温度C t t t ?=+=+=
'352
40
30331 查35 o C 水，C kg J c p ??=/41742，3
/994m kg =ρ，K m W ?=/625.0λ
s Pa ??=-5
107.72μ Pr ＝4.87
()()
s kg t t c Q W P /5.1830404174107713
1222=-??=-=
选用?25×2.5mm 的钢管，选水的流速s m u /1≈ ∵p u d N n W p ???=
2
24
π
2.59994
102.014.35.18442
22=????=??=p u d W N n p π 取
57=p
N n
，2=p N ，∴11457=?=p N n 根
采用三角形排列，设等边六角形层数为a ，则交点数 ()()
2
31...2161a a a n ++=++++=
现取a 为6层，则(
)1276
6312
=++= n ，除去中间双管的隔板位置13个交点，即可
安置127-13＝114根管子，取管中心间距t ＝32mm （取t ＝1.25 a 后园整得） 外壳经D 的计算：
取外层管中心间与壳壁的最小距离为距38mm （取t ＝1.25 a 后园整得） ∴m at D 46.0038.02032.062038.022=?+??=?+= 管子长度计算： s m N n d W u p
/04.19945702.014.35
.18442
2
2=????=??=
ρ
π 4
5
1084.2107.7299404.102.0Re ?=???=
=
-μ
ρ
du >104
()
K m W d
a ??=????
==334.08
.04
4.08.02/109
5.487.41084.202
.0625
.0023.0Pr Re 023
.0λ
考虑水的垢层热阻，查教材，取W K m R /1021.02
32??=-（取河水的） 考虑乙醇蒸汽垢层热阻，查得W K m R /1014.02
3
1-?=
W K m d d
a R R a K /100.12520166011014.01021.01095.411112
3333
1122---?=???? ?
?+?+?+?=
????? ??+++=
∴ K m W K 2
/1000=（以表面为基准） C t T t T t t t m ?=---=---=
?8.4240
783078ln 30
40ln 2112 ∵ m m t dL n K t KA Q ???=?=π
m t d n K Q L m 51.28
.4202.014.3114101077133
=?????=???=π计
2.1A =计
实
A ，∴m L L 0.351.22.12.1=?==计实 设计结果：
（1）采用双管程，管子总数114根，长度3m ，管子?25×2.5； （2）管子按等边三角形排列，t ＝32mm ，管子为六层； （3）外壳的径为460mm
化工原理课后习题答案上下册(钟理版)
下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出
t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无
化工原理传热练习习题及标准答案.docx
化工原理习题及答案 第五章传热 姓名 ____________ 班级 ____________ 学号 _____________ 成绩 ______________ 一、填空题： 1.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为500℃ ,而 环境温度为20℃ ,采用某隔热材料, 其厚度为240mm,λ =此时单位面积的热损失为_______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 ***1140w 2.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为500℃ ,而 环境温度为20℃ ,采用某隔热材料, 其厚度为120mm, λ =此时单位面积的热损失为 _______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 *** 1000w 3.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为150℃ ,而 环境温度为20℃ , 要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料, 其导热系数λ =则其 厚度不低于 _______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 *** 91mm 4.（ 6 分）某间壁换热器中 , 流体被加热时 , 圆形直管内湍流的传热系数表达式为 ___________________. 当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α= .K). 若水的其它物性不变, 仅改变水在管内的流速, 当流速为 0.8m.s时,此时传热系数α =_____________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr α = .K) 5.（ 6 分）某间壁换热器中 , 流体被加热时 , 圆形管内湍流的传热系数表达式为 _____________________. 当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α= .K). 若水的其它物性不变, 仅改变水在管内的流速, 当流速为 1.2m.s时,此时传热系数α =________________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr
化工原理课后答案
3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
(完整版)化工原理下册习题及章节总结(陈敏恒版)
第八章课堂练习： 1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同 2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低 3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。 4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。 5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。 6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小 1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ） A、气膜控制 B、液膜控制 C、两相扩散控制 ②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于 ２、溶解度很大的气体，属于气膜控制 ３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx 4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体 5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。 1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理 2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。 3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比 4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡 5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。 6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能 此时将会出现吸收效果达不到要求现象。 7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。 8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。 9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。 A.不变 B.不确定 C.减小 D.增大 吸收小结： 1、亨利定律、费克定律表达式 2、亨利系数与温度、压力的关系；E值随物系的特性及温度而异，单位与压强的单位一致；m与物系特性、温度、压力有关（无因次） 3、E、H、m之间的换算关系 4、吸收塔在最小液气比以下能否正常工作。 5、操作线方程（并、逆流时）及在y~x图上的画法 6、出塔气体有一最小值，出塔液体有一最大值，及各自的计算式 7、气膜控制、液膜控制的特点 8、最小液气比(L/G)min、适宜液气比的计算 9、加压和降温溶解度高，有利于吸收 减压和升温溶解度低，有利于解吸
化工原理--传热习题及答案
传热习题及答案 一、选择题： 1、关于传热系数K 下述说法中错误的是（ ）C A 、传热过程中总传热系数K 实际是个平均值； B 、总传热系数K 随着所取的传热面不同而异； C 、总传热系数K 可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体 的物性无关； D 、要提高K 值，应从降低最大热阻着手； 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（ ），走壳程 的有（ ）。Ａ、Ｃ、Ｄ；Ｂ、Ｅ、Ｆ Ａ、高压流体； Ｂ、蒸汽； Ｃ、易结垢的流 体； Ｄ、腐蚀性流体； Ｅ、粘度大的流体； Ｆ、被冷却的流 体； 3、影响对流传热系数的因素有( )。A 、B 、C 、D 、E A 、产生对流的原因； B 、流体的流动状况； C 、流体的物性； D 、 流体有无相变；E 、壁面的几何因素； 4、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热 至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措 施是：A A 、不可行的； B 、可行的； C 、可能行，也可能不行； D 、视具 体情况而定； 解：原因是：流量不变 2d u =常数 当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u d d α∝= b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴ 21 12ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 12 1 ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓
化工原理作业答案
化工原理作业答案 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地 区 操 作 时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ，R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ （2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管， 总长 为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率 为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为0.3 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得
化工原理课后习题解答
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7
至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当 压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气 管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间
化工原理计算题例题
三 计算题 1 （15分）在如图所示的输水系统中，已知 管路总长度（包括所有当量长度，下同）为 100m ，其中压力表之后的管路长度为80m ， 管路摩擦系数为0.03，管路内径为0.05m ， 水的密度为1000Kg/m 3，泵的效率为0.85， 输水量为15m 3/h 。求： （1）整个管路的阻力损失，J/Kg ； （2）泵轴功率，Kw ； （3）压力表的读数，Pa 。 解：（1）整个管路的阻力损失，J/kg ； 由题意知， s m A V u s /12.2) 4 05.03600(15 2 =??==π 则kg J u d l h f /1.1352 12.205.010003.022 2=??=??=∑λ （2）泵轴功率，kw ； 在贮槽液面0-0′与高位槽液面1-1′间列柏努利方程，以贮槽液面为基准水平面，有： ∑-+++=+++10,1 21020022f e h p u gH W p u gH ρ ρ 其中， ∑=kg J h f /1.135, u 0= u 1=0， p 1= p 0=0（表压）, H 0=0， H=20m 代入方程得： kg J h gH W f e /3.3311.1352081.9=+?=+=∑ 又 s kg V W s s /17.410003600 15 =?= =ρ 故 w W W N e s e 5.1381=?=， η=80%， kw w N N e 727.11727===η 2 （15分）如图所示，用泵将水从贮槽送至敞口高位槽，两槽液面均恒定 不变，输送管路尺寸为φ83×3.5mm ，泵的进出口管道上分别安装有真空表和压力表，真空表安装位置离贮槽的水面高度H 1为4.8m ，压力表安装位置离贮槽的水面高度H 2为5m 。当输水量为36m 3/h 时，进水管道全部阻力损失为1.96J/kg ，出水管道全部阻力损失为4.9J/kg ，压力表读数为2.452×
化工原理 第一章 习题及答案
化工原理第一章习题及答案
第一章流体流动 问题1. 什么是连续性假定? 质点的含义是什么? 有什么条件? 答1．假定流体是由大量质点组成的、彼此间没有间隙、完全充满所占空间的连续介质。 质点是含有大量分子的流体微团，其尺寸远小于设备尺寸，但比起分子自由程却要大得多。问题2. 描述流体运动的拉格朗日法和欧拉法有什么不同点? 答2．前者描述同一质点在不同时刻的状态；后者描述空间任意定点的状态。 问题3. 粘性的物理本质是什么? 为什么温度上升, 气体粘度上升, 而液体粘度下降? 答3．分子间的引力和分子的热运动。 通常气体的粘度随温度上升而增大，因为气体分子间距离较大，以分子的热运动为主；温度上升，热运动加剧，粘度上升。液体的粘度随温度增加而减小，因为液体分子间距离较小，以分子间的引力为主，温度上升，分子间的引力下降，粘度下降。 问题4. 静压强有什么特性? 答4．静压强的特性：①静止流体中任意界面
上只受到大小相等、方向相反、垂直于作用面的压力；②作用于任意点所有不同方位的静压强在数值上相等；③压强各向传递。 问题 5. 图示一玻璃容器内装有水，容器底面积为8×10-3m2，水和容器总重10N。 (1)试画出容器内部受力示意图(用箭头的长短和方向表示受力大小和方向)； (2)试估计容器底部内侧、外侧所受的压力分别为多少？哪一侧的压力大？为什么？ 题5附图题6附图 答5．1）图略，受力箭头垂直于壁面、上小下
大。 2）内部压强p=ρgh=1000×9.81×0.5=4.91kPa ； 外部压强p=F/A=10/0.008=1.25kPa<内部压强4.91kPa 。 因为容器内壁给了流体向下的力，使内部压强大于外部压强。 问题 6. 图示两密闭容器内盛有同种液体，各接一U 形压差计，读数分别为R 1、R 2，两压差计间 用一橡皮管相连接，现将容器A 连同U 形压差计一起向下移动一段距离，试问读数R 1与R 2有何变化？(说明理由) 答6．容器A 的液体势能下降，使它与容器B 的液体势能差减小，从而R 2减小。R 1不变，因为该 U 形管两边同时降低，势能差不变。 问题7. 为什么高烟囱比低烟囱拔烟效果好? 答7．由静力学方程可以导出Δp=H(ρ冷-ρ热)g ，所以H 增加，压差增加，拔风量大。 问题8. 什么叫均匀分布? 什么叫均匀流段? 答8．前者指速度分布大小均匀；后者指速度方向平行、无迁移加速度。 问题9. 伯努利方程的应用条件有哪些?
化工原理下册课后思考题答案
第六章传热 问题1.传热过程有哪三种基本方式答1．直接接触式、间壁式、蓄热式。 问题2.传热按机理分为哪几种答2．传导、对流、热辐射。 问题3.物体的导热系数与哪些主要因素有关答3．与物态、温度有关。 问题4.流动对传热的贡献主要表现在哪儿答4．流动流体的载热。 问题5.自然对流中的加热面与冷却面的位置应如何放才有利于充分传热答5．加热面在下，制冷面在上。 问题6.液体沸腾的必要条件有哪两个答6．过热度、汽化核心。 问题7.工业沸腾装置应在什么沸腾状态下操作为什么答7．核状沸腾状态。以免设备烧毁。 问题8.沸腾给热的强化可以从哪两个方面着手答8．改善加热表面，提供更多的汽化核心；沸腾液体加添加剂，降低表面张力。问题9.蒸汽冷凝时为什么要定期排放不凝性气体答9．避免其积累，提高α。 问题10.为什么低温时热辐射往往可以忽略,而高温时热辐射则往往成为主要的传热方式 答10．因Q与温度四次方成正比，它对温度很敏感。 问题11.影响辐射传热的主要因素有哪些答11．温度、黑度、角系数（几何位置）、面积大小、中间介质。 问题12.为什么有相变时的对流给热系数大于无相变时的对流给热系数 答12．①相变热远大于显热；②沸腾时汽泡搅动；蒸汽冷凝时液膜很薄。 问题13.有两把外形相同的茶壶，一把为陶瓷的，一把为银制的。将刚烧开的水同时充满两壶。实测发现，陶壶内的水温下降比银 壶中的快，这是为什么 答13．陶瓷壶的黑度大，辐射散热快；银壶的黑度小，辐射散热慢。 问题14.若串联传热过程中存在某个控制步骤,其含义是什么 答14．该步骤阻力远大于其他各步骤的阻力之和，传热速率由该步骤所决定。 问题15.传热基本方程中,推导得出对数平均推动力的前提条件有哪些 答15．K、qm1Cp1、qm2Cp2沿程不变；管、壳程均为单程。 问题16.一列管换热器，油走管程并达到充分湍流。用133℃的饱和蒸汽可将油从40℃加热至80℃。若现欲增加50%的油处理量， 有人建议采用并联或串联同样一台换热器的方法，以保持油的出口温度不低于80℃，这个方案是否可行 答16．可行。 问题17.为什么一般情况下,逆流总是优于并流并流适用于哪些情况 答17．逆流推动力Δtm大，载热体用量少。热敏物料加热，控制壁温以免过高。 问题18.解决非定态换热器问题的基本方程是哪几个 答18．传热基本方程，热量衡算式，带有温变速率的热量衡算式。 问题19.在换热器设计计算时，为什么要限制Ψ大于 答19．当Ψ≤时，温差推动力损失太大，Δtm小，所需A变大，设备费用增加。 第七章蒸发 问题1.蒸发操作不同于一般换热过程的主要点有哪些 答1．溶质常析出在加热面上形成垢层；热敏性物质停留时间不得过长；与其它单元操作相比节能更重要。 问题2.提高蒸发器内液体循环速度的意义在哪降低单程汽化率的目的是什么 答2.不仅提高α，更重要在于降低单程汽化率。减缓结垢现象。 问题3.为什么要尽可能扩大管内沸腾时的气液环状流动的区域 答3.因该区域的给热系数α最大。
化工原理课后答案
3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。 解: (1) 大管: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以1m/s 的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg （不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。 解: 以高位槽液面为1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ， λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3 δ＝12cm ，q ＝ 1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1 δ＝？2 δ＝？ 解： ∵δλT q ?= ∴1 δ＝m q T T 22.01200 900 11003.12 1 1 =-? =- λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093 .012 .0120050900233422 2?=--=--= λδλ δ 得：∴m 10.018.0579.0579.022 =?==λδ
习 题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δ λ δλ3 13 2 3 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C
化工原理典型习题解答
化工原理典型习题解答 王国庆陈兰英 广东工业大学化工原理教研室 2003
上 册 一、选择题 1、 某液体在一等径直管中稳态流动，若体积流量不变，管内径减小为原来的一半，假定管内的相对粗糙度不变，则 (1) 层流时，流动阻力变为原来的 C 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 (2) 完全湍流(阻力平方区)时，流动阻力变为原来的 D 。 A ．4倍 B ．8倍 C ．16倍 D ．32倍 解：(1) 由 2 22322642d lu u d l du u d l h f ρμμ ρλ= ??=??= 得 1624 4 212 212 212212121 2==??? ? ??=???? ??????? ??==d d d d d d d u d u h h f f (2) 由 2222u d l d f u d l h f ? ??? ? ??=??=ελ 得 322 55 2121421 2211221 2==??? ? ??=????? ??==d d d d d d d u d u h h f f 2． 水由高位槽流入贮水池，若水管总长（包括局部阻力的当量长度在内）缩 短25%，而高位槽水面与贮水池水面的位差保持不变，假定流体完全湍流流动(即流动在阻力平方区)不变，则水的流量变为原来的 A 。 A ．1.155倍 B ．1.165倍 C ．1.175倍 D ．1.185倍 解：由 f h u p gz u p gz ∑+++=++2 22 2 22211 1ρρ 得 21f f h h ∑=∑ 所以 ()()2 222222 11 1u d l l u d l l e e ?+?=?+? λλ 又由完全湍流流动 得 ?? ? ??=d f ελ
化工原理(下)练习题
化工原理（下）练习题 一、填空 1. 精馏和普通蒸馏的根本区别在于；平衡蒸馏（闪蒸）与简单蒸馏（微分蒸馏）的区别是。 2. 双组分精馏，相对挥发度的定义为α＝___ ____，其值越表明两组分越。α＝1时，则两组分。 3.精馏的原理是，实现精馏操作的必要条件是和。 4.精馏计算中，q值的含义是___ ______，其它条件不变的情况下q值越_______表明精馏段理论塔板数越，q线方程的斜率(一般)越。当泡点进料时，q＝，q线方程的斜率＝。 5.最小回流比是指，适宜回流比通常取为倍最小回流比。 6. ____ 操作条件下，精馏段、提馏段的操作线与对角线重叠。此时传质推动力，所需理论塔板数。 7.精馏塔进料可能有种不同的热状况，对于泡点和露点进料，其进料热状况参数q值分别为和。 8. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度，液相组成气相组成。 9. 精馏塔进料可能有种不同的热状况，当进料为气液混合物且气液摩尔比为2 : 3时，则进料热状况参数q值为。 10. 对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度，塔操作温度，从平衡角度分析对该分离过程。 11．板式精馏塔的操作中，上升汽流的孔速对塔的稳定运行非常重要，适宜的孔速会使汽液两相充分混合，稳定地传质、传热；孔速偏离适宜范围则会导致塔的异常现象发生，其中当孔速
过低时可导致_________，而孔速过高时又可能导致________。 12. 对于不饱和空气，表示该空气的三个温度，即：干球温度t, 湿球温度t w和露点t d间的关系为___________; 对饱和空气则有____ _____。 13. 用相对挥发度α表达的气液平衡方程可写为，根据α的大小，可以用来，若α=1，则表示。14.吸收操作是依据，以达到分离混合物的目的。 15.若溶质在气相中的组成以分压p、液相中的组成以摩尔分数x表示，则亨利定律的表达式为，E称为，若E值很大，说明该气体为气体。 16.对低浓度溶质的气液平衡系统，当总压降低时，亨利系数E将，相平衡常数m 将，溶解度系数H将。在吸收过程中，K Y和k Y是以和为推动力的吸收系数，它们的单位是。 17含低浓度难溶气体的混合气，在逆流填料吸收塔内进行吸收操作，传质阻力主要存在于中；若增大液相湍动程度，则气相总体积吸收系数K Y a值将；若增加吸收剂的用量，其他操作条件不变，则气体出塔浓度Y2将，溶质A的吸收率将；若系统的总压强升高，则亨利系数E将，相平衡常数m 将。 18.亨利定律表达式p*＝E x，若某气体在水中的亨利系数E值很小，说明该气体为气体。 19．吸收过程中，若减小吸收剂用量，操作线的斜率，吸收推动力。20．双膜理论是将整个相际传质过程简化为。21. 脱吸因数S可表示为，它在Y—X图上的几何意义是。若分别以S1、S2，S3表示难溶、中等溶解度、易溶气体在吸收过程中的脱吸因数，吸收过程中操作条件相同，则应有S1 S2 S3。 22.不饱和湿空气预热可提高载湿的能力，此时H ，t ，φ，传热传质推动力。
化工原理课后答案
第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力
化工原理—传热复习题
一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； C 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； A、C、D； B、E、F 3、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； A、B、C、D、E 4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。 A、②>④>③>①； B、③>④>②>①； C、③>②>①>④； D、②>③>④>①； 冷流体热流体 ①水气体 ②水沸腾水蒸气冷凝 ③水水 ④水轻油 D 5、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。 A、③>④>①>②； B、④>③>②>①； C、③>④>②>①； D、③>②>④>①； ①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a； ③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a； C 6、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。 A、管避热阻； B、污垢热阻； C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷
化工原理作业答案 (1)
Pa ，乙地区的平均大气压力为 kPa ，在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa 。若改在乙地区操作，真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？ 解：（1）设备内绝对压力 绝压=大气压-真空度= ()kPa 3.65Pa 1020103.8533=?-? （2）真空表读数 真空度=大气压-绝压=()kPa 03.36Pa 103.651033.10133=?-? 5．如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U 管压差计。读数分别为R 1=500 mm ， R 2=80 mm ，指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U 管与大气连通的玻璃 管内灌入一段水，其高度R 3=100 mm 。试求A 、B 两点的表压力。 解：（1）A 点的压力 ()（表）Pa 101.165Pa 08.081.9136001.081.9100042汞3水A ?=??+??=+=gR gR p ρρ
（2）B 点的压力 13．如本题附图所示，用泵2将储罐1中的有机混合液送至精馏塔3的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为? Pa 。流体密度为800 kg/m 3。精馏塔进口处的塔内压力为? Pa ，进料口高于储罐内的液面8 m ，输送管道直径为φ68 mm ?4 mm ，进料量为20 m 3/h 。料液流经全部管道的能量损失为70 J/kg ，求泵的有效功率。 解：在截面-A A '和截面-B B '之间列柏努利方程式，得 19．用泵将2×104 kg/h 的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持×103 Pa 的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为φ76 mm ×4 mm 的钢管，总长为35 m ，管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器内液面与管路出口的距离为17 m 。若泵的效率为，求泵的轴功率。（已知溶液的密度为1073 kg/m 3，黏度为? Pa ?s 。管壁绝对粗糙度可取为 mm 。） 解：在反应器液面1-1，与管路出口内侧截面2-2，间列机械能衡算方程，以截面1-1，为基准水平面，得 22b1b2121e 2f 22u u p p gz W gz h ρρ +++=+++∑ （1） 式中 z 1=0，z 2=17 m ，u b1≈0 p 1=×103 Pa (表)，p 2=0 (表) 将以上数据代入式（1），并整理得 =×17+24312.+1073109.253?+f h ∑=+f h ∑
化工原理第二版(下册)夏清贾绍义课后习题解答带图资料
化工原理第二版夏清，贾绍义 课后习题解答 （夏清、贾绍义主编.化工原理第二版（下册）.天津大学出版） 社,2011.8.） 第1章蒸馏 1.已知含苯0.5（摩尔分率）的苯-甲苯混合液，若外压为99kPa，试求该溶液的饱和温度。苯 和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。 t（℃） 80.1 85 90 95 100 105 x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11 解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据 查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压P B *，P A *，由于总压 P = 99kPa，则由x = (P-P B *)/(P A *-P B *)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x 图数据。
以t = 80.1℃为例 x =（99-40）/（101.33-40）= 0.962 同理得到其他温度下液相组成如下表 根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线 由图可得出当x = 0.5时，相应的温度为92℃ 2.正戊烷（C 5H 12 ）和正己烷（C 6 H 14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa下该 溶液的平衡数据。 温度 C 5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C 6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解：根据附表数据得出相同温度下C 5H 12 （A）和C 6 H 14 （B）的饱和蒸汽压 以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B * = 1.3kPa 查得P A *= 6.843kPa 得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表 t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3 P A *(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300 P B *(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据 平衡液相组成以260.6℃时为例 当t= 260.6℃时 x = (P-P B *)/(P A *-P B *) =（13.3-2.826）/（13.3-2.826）= 1 平衡气相组成以260.6℃为例 当t= 260.6℃时 y = P A *x/P = 13.3×1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下 t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289 x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0