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

2

t ，由

23

1212

1

2t t t t b b λλ--=，得

2

223312

23

1400100

94946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)2

2

t t t C

t t t t ----=

⇒=++⨯+⨯

⨯+⨯

o 热通量

3．直径为

mm

mm3

60⨯

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：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2

m d ，内层平均直径为

1

m d ，则

21

2m m d d =且

212λλ=。

由导热效率方程知： 两层材料位置互换后：

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

mm2

19⨯

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0

k

（2）产生污垢后热阻增加的百分数为：

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

由热量恒算可得：

当油的出口温度降到80C o时，由热量恒算：

解得：

'

2

50. t C

=o

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： 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）

而'

122112

21

(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：2

12121ln 471

43t t t t t t =-

⋅-V V V V V V

解得：2

1

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：

所以：2121

(243161.3)(155.4128)49.71.093ln m t t t C

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