化工热力学传热典型例题共36页文档
化工原理传热部分模拟试题及答案
化工原理传热部分模拟试题及答案一填空(1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K 接近于 空气 侧的对流传热系数，而壁温接近于 饱和水蒸汽 侧流体的温度值。
(2) 热传导的基本定律是 傅立叶定律 。
间壁换热器中总传热系数K 的数值接近于热阻 大 （大、小）一侧的α值。
间壁换热器管壁温度t W 接近于α值 大 （大、小）一侧的流体温度。
由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈 大 （大、小），其两侧的温差愈 大 （大、小）。
(3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈 小 ，其两侧的温差愈 小 。
(4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在 滞离层内（或热边界层内） ，减少热阻的最有效措施是 提高流体湍动程度 。
(5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加 膨胀节 、 采用浮头式 或 U 管式结构 ；翅片管换热器安装翅片的目的是 增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数 。
(6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b 1>b 2>b 3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 > R 2 > R 3，各层导热速率Q 1 = Q 2 = Q 3。
(7) 物体辐射能力的大小与 黑度 成正比，还与 温度的四次方 成正比。
(8) 写出三种循环型蒸发器的名称 中央循环管式 、 悬筐式 、 外加热式 。
(9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括 自然对流 、 泡核沸腾 和 膜状沸腾 三个阶段。
实际操作应控制在 泡核沸腾 。
在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而 增加 。
(10) 传热的基本方式有 传导 、 对流 和 辐射 三种。
热传导的基本定律是⎽⎽⎽傅立叶定律⎽其表达式为⎽⎽⎽dQ= -dsλnt∂∂⎽⎽⎽。
(11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的 1.74 倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的 3.48 倍。
化工原理 第四章 传热-例题
t2 −t1 30−15 = 0.176 = P= T −t1 100−15 1
T −T2 100−40 R= 1 = = 4.0 t2 −t1 30−15
查 附 22，ϕ∆t = 0.92 图 录
∴∆tm =ϕ∆t ∆tm,逆 = 0.92×43.7 = 40.20C
又冷却水终温提到350C， 逆流时： 100 →40
35← 35 ←15 65 25
65−25 ∆ m,逆 = t = 41.90C 65 ln 25
解： （1）求以外表面积为基准时的传热系数 取钢管的导热系数λ=45W/m·K， 冷却水测的污垢热阻Rs1=0.58×10-3 m2·K/W CO2侧污垢热阻Rs2=0.5×10-3 m2·K/W 则：
1 1 bd1 d1 1 d1 = +R1 + +R 2 + s s K α d2 α2 d2 λdm 1
100→40
30 ← 15
70 25
t t ∆ 2 −∆ 1 70−25 = t ∴∆ m,逆 = = 43.70C 70 t ∆2 ln ln 25 t ∆1
并流时：
热流体 ： 100→40 冷流体 ：
15→30
85 10
∆t2 −∆ 1 85−10 t 0 ∆ m,并 = t = ∆2 t 85 = 35 C ln ln ∆1 t 10
解：此题为单层圆筒壁的热传导问题。 已知条件： 蒸汽导管外表面的半径 r2＝0.426/2＝0.213m ＝ 温度 t2＝177℃ 保温层的外表面的半径 r3＝0.213＋0.426＝0.639m ＋ ＝ 温度 t3＝38℃ 由：
t 2 − t3 Q= ln r3 r2 2π l λ
可得每米管道的热损失为：
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
化工原理传热大题
23、在单程列管式换热器内，用130℃的饱和水蒸汽将某溶液由20℃加热到60℃，单管呈列管换热器由100根∅25mm×2.5mm，长为3m的钢管构成，溶液以每小时100m3的流量在管内流过，蒸汽在管外冷凝。
试求：（1）总传热系数K；（2）溶液对流给热系数α1和蒸汽冷凝对流给热系数α2；（3）若溶液的质量流量增加到m s2′，m s2′m s2=x⁄，1<x<2（m s2为溶液原来的质量流量）在其他条件不变的情况下，试通过推导说明次换热器能否满足要求（α2可视为不变）已知在操作条件下溶液的密度为1200kg/m3，黏度为0955mPa.S，比热容为3.3KJ/kg.℃，热导率为0.465 W/kg.℃，管壁热阻、污垢热阻和热损失忽略不计。
★★★★★【答案解析】解：（1）换热器的总传热量Q=m s2c p2(t2−t1)=(100×12003600⁄)×3300×(60−20)=4.4×106 W∆t m=t2−t1lnT S−t1T S−t2=60−20ln130−20130−60=88.5 ℃A=nπd2l=100×3.14×0.025×3=23.6 m2所以总传热系数KK=QA∆t m=4.4×10623.6×88.5=2107 W m2.℃⁄（2）由管内溶液可知，其流速u=V S20.785d12n0=1003600⁄0.785×0.022×100=0.885 m s⁄R e=d1uρμ=0.02×0.885×12000.955×10−3=2.224×104（>104，为湍流）P r=c pμλ=3.3×103×0.955×10−30.465=6.78所以管内溶液给热系数α1α1=0.023λd1Re0.8Pr0.4=0.023×0.4650.02×(2.224×104)0.8×6.780.4=3454 W m2.℃⁄以管外表面为基准面，所以1 K =1α1×d2d1+1α2代入数据得1 2107=13454×2520+1α2所以α2=8872 W m2.℃⁄（3）当流量增加时，则增加后该流体仍然为湍流所以由公式α1=0.023λd 1Re 0.8Pr 0.4=0.023λd 1(d 1uρμ)0.8(c p μλ)0.4即α1‘α1=(u ′u)0.8=(m s2′m s2)0.8=x 0.8 所以K ′=(1α1′×d 2d 1+1α2)−1=(13454x0.8×2520+18872)−1=8872x 08x 08+3.211原工况m s2c p2(t 2−t 1)=KA∆t m新工况：T S 、t 2、t 1不变，所以∆t m 不变m s2′c p2(t 2−t 1)=K ′A ′∆t m由上述两式得m s2′m s2=x =K ′A ′KA =8872x 082170(x 08+3.211)A ′A整理得A ′A =x +3.211x 0.24.211因为1<x <2，所以4.211<x +3.211x 0.2<1+3.211×20.2A ′A>1 此时所需的传热面积要大于原工况（设备的传热面积）的传热面积，所以次换热器不能满足要求24、某列管换热器有33根∅19×2mm 的管子，管长为3 m 。
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。
传热典型例题
第6章 传热典型例题例1 冷凝冷却器有一逆流操作的热交换器，用15℃的水冷却过热氨蒸汽，氨气温度为 95℃，流率为 200kg/h ，氨气在热交换器中冷却。
冷凝液在饱和温度（30℃）下排出。
在冷却冷凝过程中，热交换器各界面上氨气与水的温度差最小处不允许小于 5℃。
求冷却水用量及水最终出口温度？已知 90℃，30℃氨气的焓分别为 1647,1467KJ/kg,30℃液氨的焓为 323KJ/kg ，水平均比热为 4183J/kg ℃。
()()()()()()()C C W Q t t t t C W Q kw Q s kg W W t t C W C C C t C C C C C PC C PC C C h PC C ︒=⨯+=+=-==-⨯==⨯⨯-⨯=-=-︒︒︒→→︒→→︒︒←︒←︒5.26183.451.16.73156.7332316473600200:/51.1360010183.4)3231467(2003231467:)3030()(25)(15)(95)(30)(30:,:1212122对全系统有液气变为在氨汽冷凝阶段水水过热氨汽饱和氨汽液氨由题意逆流时解中例2一侧恒温的传热过程 在一传热面积为40m 2的单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。
已知冷水的流量为50000 kg/h ，其温度由20℃升高至35℃，水的平均比热容为kJ/(kg·℃)。
常压下苯的沸点为 80.1℃，汽化热为394 kJ/kg 。
设换热器的热损失可忽略，试核算换热器的总传热系数并计算苯物料的处理量。
解：本例题为一侧恒温的传热过程，设苯在常压下的沸点为T s则由得W/(m2·℃）由得kg/h分析：注意本题为将纯苯蒸汽冷凝成饱和液体，故属于一侧恒温的传热过程。
例3 第一类操作型问题在一逆流操作的单壳程、双管程的管壳式换热器中，冷、热流体进行热交换。
已知两流体的进、出口温度分别为T1=200℃、T 2=93℃,t1=35℃、t2=85℃。
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46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。—孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
化工热力学传热典型例题
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿