化工原理大题第四章

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t 0007.09.01+=λ,绝缘砖的导热系数为t 0003.03.02+=λ。两式中t 可分别取为各层材料的平均温度,单位为℃,A 单位为W/(m·℃)。

解：设两砖之间的界面温度为

t ，由

1212

2t t t t b b λλ--=，得

223

1400100

94946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)

t t t C

t t t t ----=

?=++?+?

?+?o 热通量

1689/14009490.40/0.970.00072t t q W m -=

=+??

+? ?

3．直径为

mm mm 360?φ,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和(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：

32112211

ln ln 22t t Q r r L

r r πλπλ-=+

110010

1601160

ln ln

2 3.140.043302 3.140.000760--=

+????

25/W 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

解：设外层的平均直径为

m d ，内层平均直径为

m d ，则

2m m d d =且

212λλ=。

由导热效率方程知：

()()22

111122m m m t t

b b

S d L d L λλλπλπ==

?V V 1m1Q=

b S 11

54m t d L

b πλ??V

两层材料位置互换后：

1111122m m m t d L t

Q b b b

d L d L

πλπλπλ

V V

所以：''5

1.254Q q Q q ===即：

1.25q q =

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

mm mm 219?φ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258 W/(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0.00026 m2·℃ / W,油侧污垢热阻为0.000176 m2·℃ / W 。管壁导热系数λ为45 W/(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

0000

001

s si m i i i k bd d d R R d d d αλα=

++++ ()

2110.0021919190.0001760.00026258451715349015208/W m C =?+++?+??=?o

（2）产生污垢后热阻增加的百分数为：

190.0001760.0002815

10011.8.

1190.0001760.0002820815+?

?=??-+? ???

o o o o

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.

135ln 60m t C ---==o V

由热量恒算可得：

211240150.5.150100

n ph c pc

W C t t W c T T --===--

当油的出口温度降到80C o

时，由热量恒算：

'2(15080)(15).

n pn c pc Q W c W c t =-=-

解得：

'250.

t C =o

(15015)(8050)0.

135ln 30m t C ---==>o V

由传热速率方程分别可得：

原换热器：

(150100)92.5.

n pn m W c ks t k n dL π-==??o

新换热器：

''''

(15080)70.

7092.51 1.85.

5070n pn m W c ks t k n dL L m π-==??=??=V

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'()()()()

m n pn c pc m n pn c pc Q k t W c T T W c t t Q k t W c T T W c t t ==-=-==-=-o o V V

两式相除：

'''''1221122112211221()()

()()m m t T T t t T T t t t T T t t T T t t -----===

-----V V （1）

''122112212121()()(243167)(157128)47()()T T t t T T T t t t t t ------===-----V V V V

而'122112

(243128)(167157)

3115

ln ln ln 10m t t t t t C t t t t -----=

===o V V V V V V V V V

所以：212121ln 471

43t t t t t t =-

?-V V V V V V

解得：2

2.98.

t t =V V

即：

2222(243) 2.98(128) 2.98(128)243

t T t T -=?-?=-?-+（2）

由（1）式得：

2222243167157128

0.38(243)128

243128t T T t --=?=?-+-- （3）

由（2）、（3）式得：

22161.3.155.4t C T ==o o C

所以：

2121

(243161.3)(155.4128)

49.71.093ln m t t t C

t t ----===o V V V V V

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)44.850

ln ln

40m t t t C

t t ----===o V V V V V

（2）50200.375

1002010060 1.33

5020P R -==--==-查温度差校正系数图得：

0.9t ?=V

'0.944.840.3m t m t t C

?=?=?=o

V V V

（3）由R 、P 值查流程温差校正系数图得：0.98t ?=V

所以：

'0.9844.843.9 m t m

t t C ?

=?=?=o

V V

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(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

Q k t S =o V o

其中：

33510133078 2.69/8.31510(27880.1)1650 2.6939410 4.86103600

s s Q W r V r

PM kg m

RT Q w

ρρ==?===??+?=??=?

冷水出口温度可由热量衡算求得。即：

52123

4.86103600()2031.636000 4.1810

(80.120)(80.131.6)54.180.120ln

80.131.6e pc m Q W C t t t C t C

??=-?=+=??---==--o

o V

则：5

4.86102045054.1S m

?==?o

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(kg ·℃)；(2)可按平壁处理,两种工况下

α和

0α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)54.411038ln

6020m t C

---==--o V

所以:

3233000 4.18710(3820)

254/()

36005054.4m Q k w m C S t ???-===????o V

再求清洗后总传热系数

K o ,由热量衡算求溶液的出口温度

212111060

()110(4520)40.63820

c pc

n pn W C T T t t C

W C -=--=-?-=-o

'(11045)(40.620)

38.611045ln

40.620

m t C

---=

=--o V 3

233000 4.18710(4520)497/()

36005038.6k w m C ???-==???o

若传热面两侧的总污垢热阻为.s R ∑则有: '

111

12541111497s i i R k k αααα?=++=???

?=+=??∑o o

由此得:321.92510/s

R m C W -=??∑o

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×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. 1059

B. 1496

C. 1585

D. 1678

t05a01177

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＝℃。

w05b05161

1.一杯开水(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2,3

w05a05034

化工原理 大题第四章

化工原理大题第四章