化工原理第四章答案

第四章 传热习题解答【p286-288】【1.6.7.8.9.10.13.14.18.20.22.24.25】

若耐火砖内层表面的温度t 1为1150℃，钢板外表面温度t 2为30℃，又测得通过炉壁的热损失为300W ⋅m -2，试计算热传导的热通量。若计算结果与实测的热损失不符，试分析原因并计算附加热阻。 解：

124245

006

.014.01.007.12.030

1150=++-=∆=∑∑R

t A

Q w/m 2

计算比测量大，存在附加热阻（由于层与层之间接触不好有空气），设附加热阻为R i 则：

=

300Ri +++-45

006

.014.01.007.12.030

1150

R i =2.83m.k/w

6.在并流的换热器中，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℃，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 ，试求将此换热器的管长增至若干米后才能满足要求。设换热器的热损失可以忽略。 解：

在原冷却器中 对油 )100150(11-=p C w q （1） 对水 )1540(22-=p C w q （2） 并流时 135151501=-=∆t ℃ 60401002=-=∆t ℃ 5.9260

135ln 60

135=-=

∆m t ℃ m t A K q ∆=00=)100150(11-p C w

在新的冷却塔中 对油 )80150(111-=p C w q （3） 对水 )15(2221-=t C w q p （4） 解上述方程得： 2t =50℃

10101m t A K q ∆==)80150(11-p C w

135151501=-=∆t ℃ 3050802=-=∆t ℃ 8.6950

135ln 30

135=-=

∆m t ℃ 5

.928.691001508015011L L q q =--= 1L =1.85L =1.85m 7. 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℃。若维持两种油的初温和流量不变，而将两种油改为逆流，试求此时流体的平均温度差和它们的终温，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，热损失可以忽略不计。

解：并流时 重油 )167243(11-=p C w q m t A K ∆=00 （1） 原油 )128157(22-=p C w q m t A K ∆=00 （2）

4310

115ln )

157167()128243(=---=

∆m t ℃

逆流时

重油 )243(2111T C w q p -=100m t A K ∆= （3）

原油 )128(2221-=t C w q p 100m t A K ∆= （4） 联立方程用试差法求得:

1722=T ℃ 1682=t ℃

5844

175ln )

128172()168243(=---=

∆m t ℃

8.在下列的各种列管换热器中，每小时将29400kg 的某种溶液从20℃加热到50℃。溶液在列管内流动。加热介质的进口温度为100℃，出口温度为60℃，试求下面情况下的平均温度差。

(1)壳方和管方流体均为单程的换热器，假设两流体呈逆流流动。 (2)壳方和管方流体分别为单程和四程的换热器。 (3)壳方和管方流体分别为二程和四程的换热器。 解：

(1) 29400=W kg/h 201=t ℃−→−

502=t ℃ 601=T ℃−−←1002=T ℃

401=∆t ℃ 502=∆t ℃

4525040=+=∆m t ℃ (245

12<=∆∆t t )

或者 '

∆m t ＝44.8℃

（2）由'

∆m t ＝44.8℃ 375.020*******=--=P 33.120

5060

100=--=R

由图4-17【p225-226】

0.94

0.9444.842.1

t t m t ϕϕ∆∆='∆=⨯=℃ （3）同理由图4-17【p225-226】

0.97

0.9744.843.5

t t m t ϕϕ∆∆='∆=⨯= 9. 在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg ⋅s -1的液体（比定压热容为1.69kJ ⋅kg -1⋅℃-1，

密度为850kg ⋅m -3）由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为Φ25×2.5mm ，水走管内。水侧和液体侧的对流表面传热系数分别为0.85和1.70kW ⋅m -2⋅℃-1，污垢热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。 解： )(1211t t C w q p -=)(1222T T C w p -=m t A K ∆=00 水的出口温度取50 ℃

2.1810

30ln )

2030()5080(1=---=

∆m t ℃

K o =

7.37317001

5.224525025.020850251

=+

⨯⨯+⨯w/m 2.k

w 2=1.25kg/s 2p C =1.69kJ/kg.k

故：A 0=5.152

.187.373)

3080(169025.1=⨯-⨯⨯m 2

10. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为Φ19×2mm 的列管内流动。已知管内水侧对流表面传热系数h i 为3490 W ⋅m -2⋅℃-1,管外油侧的对流表面传热系数h o 为258 W ⋅m -2⋅℃-1.换热器在使用一段时间后，管壁两侧都有污垢形成，水侧污垢热阻Rs i 为0.00026 ㎡⋅℃⋅W -1,油侧污垢热阻Rs o 为0.000176㎡⋅℃⋅W -1。管壁热传导系数λ为45 W ⋅m -1⋅℃-1.试求：(1)基于管外表面积的总传热系数K O ；(2）产生污垢后热阻增加的百分数。 解：(1) 未结垢前 K o =

2.233258

1

174519002.0153490191

=+

⨯⨯+⨯w/m 2.k

结垢后 K 1=

59.211000176

.000026.0258

1174519002.0153490191

=+++⨯⨯+⨯w/m 2.k