化工热力学传热典型例题共34页
化工原理 第三章传热习题答案
第三章 传热习题一、 填空题1．三层圆筒壁热传导过程中，最外层的导热系数小于第二层的导热系数，两层厚度相同。
在其他条件不变时，若将第二层和第三层的材料互换，则导热量变（ ），第二层与第三层的界面温度变（ ）。
答：变小，变小。
2．在垂直冷凝器中，蒸汽在管内冷凝，若降低冷却水的温度，冷却水的流量不变，则冷凝传热系数（ ），冷凝传热量（ ）。
答：减小，增加。
冷凝传热系数与温差的-1/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热系数减小； 冷凝传热量与温差的3/4次方成正比，故温差增加，冷凝传热量增加。
3．在管壳式换热器中，热流体与冷流体进行换热，若将壳程由单程该为双程，则传热温度差（ ）。
答：下降4．在高温炉外设置隔热档板，挡板材料的黑度越低，则热损失越（ ）。
答：越小5．黑体的表面温度提高一倍，则黑体的辐射能力提高（ ）倍。
答：156．沸腾传热设备壁面越粗糙，汽化核心越（ ），沸腾传热系数α越（ ）。
答：多，大7．苯在内径为20mm 的圆形直管中作湍流流动，对流传热系数为1270W/（m 2．℃）。
如果流量和物性不变，改用内径为30mm 的圆管，其对流传热系数变为（ ）W/（m 2．℃）。
答：612α=0.023nr P d8.0Re λ=0.023d λn S d W d Pr 4/8.02⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡μρρα∝8.0)21(1⨯-+-d =8.1-dαα'=8.12030-⎪⎭⎫⎝⎛=0.482α'=0.482α=0.482⨯1270=612W/(2m ·℃)8.某液体在一直管内（忽略进口段的影响）稳定强制湍流流动，该管内径为20mm ，测得其对流传热系数为α，现将管内径改为27mm ，并忽略出口温度变化对物性所产生的影响。
⑴若液体的流速保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.9417倍；⑵若液体的质量流量保持不变，管内对流传热系数为原传热系数的0.5826倍； 知： mm m d 20020.0== mm d 27=求： 12αα解：(1) 由 12u u =，np c du d ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅=λμμρλα8.0023.0 得 9417.020*******.08.0122118.0128.0212=⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d d d d d d d d αα(2) 由 12W W =，uA V W ρρ==得 1122A u A u =，22112⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=d d u u所以()()8.02218.012218.011222118.01128.02212⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅==d dd d d d u d u d d d d u d d u d αα5826.027208.18.1216.1218.01221=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=d d d d d d d d9.在一内钢管为φ180⨯10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的某液态烃从100︒C 冷却到60︒C ，其平均比热为2380J/(kg ⋅K)。
《化工热力学》通用型第二、三章答案精品文档34页
习题：2－1．为什么要研究流体的pVT 关系？答：在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p 、体积V 和温度T 是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的。
而许多其它的热力学性质如内能U 、熵S 、Gibbs 自由能G 等都不方便直接测量，它们需要利用流体的p –V –T 数据和热力学基本关系式进行推算；此外，还有一些概念如逸度等也通过p –V –T 数据和热力学基本关系式进行计算。
因此，流体的p –V –T 关系的研究是一项重要的基础工作。
2－2．理想气体的特征是什么？答：假定分子的大小如同几何点一样，分子间不存在相互作用力，由这样的分子组成的气体叫做理想气体。
严格地说，理想气体是不存在的，在极低的压力下，真实气体是非常接近理想气体的，可以当作理想气体处理，以便简化问题。
理想气体状态方程是最简单的状态方程：2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。
实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=r srTp 11log α 其中，cs s r p p p = 对于不同的流体，α具有不同的值。
但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=s r p 这一点。
对于给定流体对比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。
Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。
2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？答：正确。
由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。
化工原理传热典型例题题解
不计热损失，求所测材料导热系数的近似值λ’ 、准确值λ、相对误差。
解： （1）近似值λ’
q t1 t 2
q Q 40 3 W 3 . 54 10 A 0.785 0.12 2 m2
'
q ' t1 t 2
（2）准确值λ
q
Hale Waihona Puke 2 air air
w 14.4 2 o m C
3
w 100 20 397 m
加保温材料之后
Q' L t1 t4 r 1 2 3 r 1 r 1 2 1 1 1 ln 1 ln 1 ln 1 2 1 r1 2 2 r1 1 2 3 r1 1 2
解：
Q L
Q L
t1 t 3 r1 1 r1 1 2 1 1 ln ln 2 1 r1 2 2 r1 1
350 100 1 20 5 1 20 5 30 ln ln 2 3.14 16 20 2 3.14 0.2 20 5 w 397 m
2）若保持其它条件和流量不变,流通管的管内径 d 减小1倍, 变为原来的多少倍? 一定要考虑到流速的变化.
u2 d 1 u1 d 2
2
d1 d1 2
4
2
u2 2 4 0.8 21.6 u1 1.8 2 0.2 0.2 0.2 1 d2 2 1 d 1 2
T '20 ln T '80
Q 69.6o C AK '
60 69.6 T '20 ln T '80
化工热力学传热典型例题
解一： LMTD 法 结论：在相同条件下，
∆t m ,逆 > ∆t m ,并
T1 T2 t2 t1 0 A
水 t2
解二： ε-NTU法 逆流时：
油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， α 1 =1.5 kW/m 2 K
α 2 =3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK 216kg/h T 2 =80℃ t 1 =20℃
【 例 2】有一台现成的卧式列管冷却器 ， 想把它改作氨冷凝 】 有一台现成的卧式列管冷却器， 其质量流量 质量流量950kg/h， 冷凝温度 为 器 ， 让 氨蒸汽走管 间 ， 其 质量流量 氨 蒸汽走管 ， 40℃， 冷凝传热系数α1=7000KW/m2K。冷却水走管内， 其进 ℃ 冷凝传热系数α 。冷却水走管内， 出口温度分别为32℃ 、出口温度分别为 ℃和36℃，污垢及管壁热阻取为 ℃ 污垢及管壁热阻取为0.0009 m2K/W（以外表面计）。假设管内外流动可近似视为逆流。试 （以外表面计） 假设管内外流动可近似视为逆流。 校核该换热器传热面积是否够用。 校核该换热器传热面积是否够用。 列管式换热器基本尺寸如下： 列管式换热器基本尺寸如下： 换热管规格 φ25×2.5mm × l=4m m=4 管长 管程数 总管数 N=272根 根 外壳直径 D=700mm 附：氨冷凝潜热 r=1099kJ/kg 34℃下水的物性： ℃下水的物性： λ 2 = 0.6236W m ⋅ K µ 2 = 74.2 × 10 −5 Pa ⋅ s ρ 2 = 994 kg m 3
α 2 =3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK 216kg/h T 2 =80℃ t 1 =20℃
A外 d外 1 1 1 0.025 1 = + = + = + K α1 A内 α 2 α1d内 α 2 1.5 × 0.02 3.5
化工原理传热习题及答案讲解
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=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1140w2.（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=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 1000w3.（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=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。
(注:大型容器可视为平壁)***答案*** 91mm4.（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,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.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,此时传热系数α=_____________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=3.81(kw.m.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,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.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,此时传热系数α=________________.***答案*** α=0.023(λ/d)Re Prα=5.26(kw.m.K)6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。
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（ ）CA 、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、ＦＡ、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 、EA 、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：AA 、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 dα∝，管径增加，A α下降 根据()21p mc t t KA -=m Δt对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即121ln p mc AT t T t α=-- ∵A α↓ 则12ln T t T t -↓-∴2t ↓ ⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。
根据连续性方程，流量不变时，24V d u π==常数，所以管径变化，管内流速也发生变化。
管间用饱和水蒸气加热，热阻小，可以忽略不计，总热阻近似等于管内传热热阻，即K α≈5、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（ ）。
化工热力学传热典型例题
L逆 = 1.56m
解一： 并流时： Q、t2、K与逆流时相同 Q = 8.4 kJ s
t 2 = 53.4°C
水 t 1 =20℃ α 2=3.5kW/m 2 K cp =4.187 kJ/kgK LMTD 法 216kg/h 油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， t2 2 α 1 =1.5 kW/m K
【 例 2】有一台现成的卧式列管冷却器 ， 想把它改作氨冷凝 】 有一台现成的卧式列管冷却器， 其质量流量 质量流量950kg/h， 冷凝温度 为 器 ， 让 氨蒸汽走管 间 ， 其 质量流量 氨 蒸汽走管 ， 40℃， 冷凝传热系数α1=7000KW/m2K。冷却水走管内， 其进 ℃ 冷凝传热系数α 。冷却水走管内， 出口温度分别为32℃ 、出口温度分别为 ℃和36℃，污垢及管壁热阻取为 ℃ 污垢及管壁热阻取为0.0009 m2K/W（以外表面计）。假设管内外流动可近似视为逆流。试 （以外表面计） 假设管内外流动可近似视为逆流。 校核该换热器传热面积是否够用。 校核该换热器传热面积是否够用。 列管式换热器基本尺寸如下： 列管式换热器基本尺寸如下： 换热管规格 φ25×2.5mm × l=4m m=4 管长 管程数 总管数 N=272根 根 外壳直径 D=700mm 附：氨冷凝潜热 r=1099kJ/kg 34℃下水的物性： ℃下水的物性： λ 2 = 0.6236W m ⋅ K µ 2 = 74.2 × 10 −5 Pa ⋅ s ρ 2 = 994 kg m 3
解一： LMTD 法 结论：在相同条件下，
∆t m ,逆 > ∆t m ,并
T1 T2 t2 t1 0 A
水 t2
解二： ε-NTU法 逆流时：
油 216kg/h T 1 =150℃ cp =2.0 kJ/kgK， α 1 =1.5 kW/m 2 K
化工热力学例题
化工热力学例题2-1.试分别用下述三种方法求出、下甲烷气体的摩尔体积。
（a）用理想气体方程；（b）用R-K方程；（c）用维里截断式（2－7）。
其中B用皮策的普遍化关联法计算。
解：（1）用理想气体方程：Vm===0.00138m3·mol-1（2）用R—K方程：查附表1：甲烷的T C=190.6K，P C=4.60MP，ω=0.008a==3.22170×106m6·Pa·kmol-2·K0.5b==0.029847m3·kmol-1迭代：将代入得，反复迭代，迭代三次。
（3）用维里截断式（2—7），B用皮策的普遍化关联法计算：，式（2—7）：2-2.某含有丙烷的的容器具有的耐压极限。
出于安全考虑，规定进容器的丙烷在温度下，其压力不得超过耐压极限的一半。
试求可以充进容器的丙烷为多少千克？已知丙烷的摩尔质量为。
解：（1）用理想气体方程求，（2）用普遍化R—K方程求，查附表1：丙烷迭代求Z：得：Z=0.90942—3试根据R—K方程（式2－10）导出常数a、b与临界常数的关系式（式（2－15）和式（2－16））。
由（1）式：由（2）式：两式相比：则：所以：代入得：代入R—K方程：所以：；2-4 某反应器容积为，内有乙醇蒸汽温度为。
试分别用下述三种方法求出反应器的压力。
已知实验值为。
（a）用理想气体方程；（b）用R-K方程；（c）用维里截断式（2－7）。
解：（1）用理想气体方程误差：（2）用R—K方程乙醇：，误差：（3）用三参数普遍化关联（用维里方程关联，），，查图2-6…2-8：，误差：2-5某气体符合R—K方程，在温度高于当时，试推导以下两个极限斜率的关系式：（a），（b）。
两式中应包含温度T和R-K方程的常数a 或b。
（提示：）解：因R—K是以P为因变量的关系式，故所求导数需计算如下：………………… (1)R—K方程可写成两种形式：、由以上方程可求得： (2) (3)将（2）（3）式代入（1）式，整理后得： (4)由（4）得到：、2-6 试分别用普遍化R—K方程与SRK方程求算丁烷蒸汽在350K、下的压缩因子。