化工原理传热典型例题题解共75页
化工原理培训传热练习
一、计算练习题1. 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm ×，流量为2000kg/h 的苯在内管中从80℃冷却到50℃。
冷却水在环隙从15℃升到35℃。
苯的对流传热系数αh =230W/（m 2·K ），水的对流传热系数αc =290W/（m 2·K ）。
忽略污垢热阻。
试求：①冷却水消耗量；②并流和逆流操作时所需传热面积；③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量，假设总传热系数随温度的变化忽略不计。
解 ①苯的平均温度6525080=+=T ℃，比热容c ph =×103J/（kg ·K ）苯的流量W h =2000kg/h ，水的平均温度2523515=+=t ℃，比热容c pc =×103J/（kg ·K ）。
热量衡算式为)()(1221t t c W T T c W Q pc c ph h -=-= （忽略热损失）热负荷 43101.3)5080(1086.136002000⨯=-⨯⨯⨯=Q W冷却水消耗量 1335)1535(10178.43600101.3)(3412=-⨯⨯⨯⨯=-=t t c Q W pc c kg/h ②以内表面积S i 为基准的总传热系数为K i ，碳钢的导热系数λ=45W/（m ·K ）089.0290082.00855.045082.00035.0230111⨯+⨯⨯+=++=o c i m i h i d d d bd K αλα =×10－3+×10－5+×10－3=×10－3m 2·K/WK i =133W/（m 2·K ），本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。
并流操作80 50 2.341565ln 1565=-=并m t ∆℃传热面积 81.62.34133101.34=⨯⨯==并并m i i t K Q S ∆m 2逆流操作 8050 4023545=+=逆m t ∆℃传热面积 83.540133101.34=⨯⨯==逆逆m i i t K S ∆m 2因逆并逆并故i i m m S S t t >∆<∆,。
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
化工原理传热习题解答
习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=（m·K）、绝热层λ2=（m·K）及一般砖λ3=（m·K）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100oC ，一般砖层厚12cm ，其外表面温度为50 oC 。
通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 oC 。
求耐火砖层的最小厚度及现在绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻能够忽略。
已知：λ1=m·K，λ2=m·K，λ3=m·K，T 1＝1100 oC ，T 2＝900 oC ，T 4＝50oC ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δλTq ∆=∴1δ＝m q T T 22.0120090011003.1211=-⨯=-λ 又∵33224234332322λδλδδλδλ+-=-=-=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 oC ，t 3=50 oC 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300oC ，T 3=50oC求： T 1=？ 解： ∵δλδλ31323T 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 oC3. 直径为Ø60×3mm 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–110oC ，绝热层外表面温度10oC 。
已知软木和保温灰的导热系数别离为和 W/（m·oC ），试求每米管长的冷量损失量。
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)。
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℃。
化工原理传热
设计型计算例3-14 有一套管式换热器，内管为φ89⨯3.5的钢管，苯在内管中流动，其流量为2000kg/h ，温度从80℃冷却至50℃。
冷却水在环隙中从15℃升至35℃。
苯的对流传热系数为230W/(m 2⋅K),水侧的对流传热系数为290W/(m 2⋅K)，忽略污垢热阻。
试求：（1）冷却水的消耗量；（2）并流和逆流操作时所需的传热面积（以外表面积为基准）。
解 （1）冷却水的消耗量 苯的定性温度C T o 6525080=+=苯，查得苯的比热为c p1=1.86⨯103J/kg ⋅K 水的定性温度C t o 2523515=+=水，查得水的比热为c p2=4.178⨯103J/kg ⋅K用热量衡算计算热负荷)()(12222111t t c m T T c m Q p s p s -=-= （忽略热损失） 得 W T T c m Q p s 432111101.3)5080(1086.136002000)(⨯=-⨯⨯⨯=-= h kg s kg t t c Q m p s /6.1335/371.0)1535(10178.4101.3)(341222==-⨯⨯⨯=-= （2）以外表面积A 1为基准的总传热系数K 1 ，碳钢的导热系数)/(45K m W ⋅=λ 082.0089.023010855.0089.0450035.02901111212111++=α+λ+α=d d d d b K m W K m /1025.81072.4101.81045.323353⋅⨯=⨯+⨯+⨯=----所以 K 1=121.1 W/(m 2⋅K) 并流操作 C t t t t t o m 1.34)1565ln(1565)ln(2121=-=-=∆∆∆∆∆并 传热面积为 24151.71.341.121101.3m t K Q A m =⨯⨯==并并∆逆流操作 C t t t o m 4023545221=+=∆+∆=∆并 传热面积为 24140.6401.121101.3m t K Q A m =⨯⨯=∆=逆逆因并逆m m t t ∆>∆，所以并逆A A <，8050 35 15 45 358050 15 35 65 15则%3.174.64.651.7=-=-逆并逆A A A 。
化工原理传热习题答案
化工原理传热习题答案化工原理传热习题答案传热是化工过程中非常重要的一环，它涉及到物质的能量交换和传递。
在化工工程中，我们常常需要计算传热过程中的各种参数，以便优化工艺和提高生产效率。
下面，我们将针对一些典型的传热习题进行解答，帮助读者更好地理解传热原理。
1. 一个半径为0.2 m的球形反应器，内部填充有固体颗粒，其表面温度为200 ℃，环境温度为25 ℃。
假设传热系数为10 W/(m2·℃)，求反应器表面每秒钟散失的热量。
解答：根据传热原理，传热的功率可以表示为Q=U×A×ΔT，其中Q为传热功率，U为传热系数，A为传热面积，ΔT为温差。
传热面积A可以通过计算球的表面积得到，即A=4πr^2。
代入半径r=0.2 m，可以求得A=0.502 m^2。
温差ΔT可以通过环境温度和表面温度的差值得到，即ΔT=200-25=175 ℃。
将U、A和ΔT代入传热功率的公式，可以得到Q=10×0.502×175=876.75 W。
所以，反应器表面每秒钟散失的热量为876.75 W。
2. 一根长度为1 m、直径为0.05 m的圆柱形管道，内部流体温度为150 ℃，外部环境温度为30 ℃。
假设传热系数为50 W/(m2·℃)，求管道内部每秒钟传递的热量。
解答：根据传热原理，传热的功率可以表示为Q=U×A×ΔT，其中Q为传热功率，U为传热系数，A为传热面积，ΔT为温差。
传热面积A可以通过计算圆柱形管道的表面积得到，即A=2πrh+πr^2，其中h为管道的长度，r为管道的半径。
代入长度h=1 m，半径r=0.05 m，可以求得A=0.471 m^2。
温差ΔT可以通过内部流体温度和外部环境温度的差值得到，即ΔT=150-30=120 ℃。
将U、A和ΔT代入传热功率的公式，可以得到Q=50×0.471×120=2826 W。
所以，管道内部每秒钟传递的热量为2826 W。