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 0.9 0.0007t
的导热系数为
,绝缘砖的导热系数为
1
0.3 0.0003t。

两式中 可分别取为各层材料的平均温度,单位
t
2
为℃,A 单位为 W/(m·℃)。

t t t t
1 2 2
3 b b 1 2
t 解：设两砖之间的界面温度为 ，由 ，得
2 1 2 1400t
t 100
2
t 949 C
o 2
t t
t t 2
46010 /(0.9 0.0007 1 2
10 /(0.3 0.0003 2
3
)
230 3 3 2
2 热通量
60m m3m m
3．直径为,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
2d d
d
解：设外层的平均直径为 ，内层平均直径为 ，则 d m 2 m1 m 2 m 1
2 且 。

1
2 由导热效率方程知： 两层材料位置互换后：
Q q 5
' ' 1.25 q 1.25q
' Q q 4 所以： 即：
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。

19m m2mm 的6. 在管壳式换热器中用冷水冷却油。

水在直径为
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。

k
解：（1）总传热系数0
（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：
o
当油的出口温度降到80 C时，由热量恒算：
t50C.
o
'
解得：2
由传热速率方程分别可得：
W c(150100)ks t k n dL92.5.
原换热器：o
n pn m
W c(15080)ks V t k n dL70.
'''
n pn m
7092.5
L11.85m.
'
5070
新换热器：
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：
Vt T T t t (T T ) (t t) ' ' ' ' ' m 1 2 2 1 1 2 2 1 Vt T T t t (T T ) (t t) （1）
m
1
2
2
1
1
2
2
1
Vt Vt
Vt Vt (243 128) (167 157) Vt 3 C o '
1 2 2 1 Vt 1
Vt 115 ln 10
m
ln ln 2 Vt
2
Vt 而
1
ln
Vt
2
Vt 47 1
1
Vt Vt Vt Vt 43 所以：
2
1
2
1
2.98.
Vt
2
Vt
解得： 即：
1
(243 t ) 2.98 (T
128)
t
2.98 (T
128) 243
2
（2）
2
2
2
由（1）式得：
243 167 157 128 t 0.38 (243 T ) 128
243 T t 128
2
2
2
（3）
2
由（2）、（3）式得：
V V
t t (243 161.3) (155.4 128) V 1 49.7 C t
o 2 V t 1.093 m
ln 2
V t
所以：
1
9．.在下列各种管壳式换热器中,某种溶液在管内流动并由 20℃加 热到 50℃。

加热介质在壳方流动,其进、出口温度分别为 100℃和 60℃,试求下面各种情况下的平均温度差。

(1)壳方和管方均为单程的换热器。

设两流体呈逆流流动。

(2)壳方 和管方分别为单程和四程的换热器。

(3)壳方和管方分别为二程和 四程的换热器。

解：（1）由对数平均温度差知道：
V V t t (100 50) (60 20)
V 1 44.8 C t
o ' 2 V t 50 40
m
ln 2 V t ln
1
50 20
100 20 100 60
50 20 P
R
0.375 1.33 0.9
（2） 查温度差校正系数图得： V t
0.98
（3）由 R 、P 值查流程温差校正系数图得： V V V t
t t 0.98 44.8 43.9 C
o ' 所以： V m t
m
11 在一管壳式换热器中,用冷水将常压下纯苯蒸气冷凝成饱和液 体。

苯蒸气的体积流量为 1650m3/h,常压下苯的沸点为 80.1℃,汽 化热为 394kJ/kg 。

冷却水的进口温度为 20℃,流量为 36000kg/h, 水的平均比热容为(kg·℃)。

若总传热系数 K0 为 450W/(m2·℃), 试求换热器传热面积 S0。

假设换热器的热损失可忽略。

S Q
解：换热器的传热面积
V k t
o
o
m Q
W r V r
s P M s 10133078 2.69kg / m 3
RT 8.31510 (278 80.1)
3 16502.69 Q 39410 4.8610 w
3 5 3600
其中：
冷水出口温度可由热量衡算求得。

即：
4.86105 S 20m 2 45054.1 o 则：
12．在一传热面积为 50m2 的单程管亮式换热器中,用水冷却某种溶 液。

两流体呈逆流流动。

冷水的流量为 33000kg/h,温度由 20℃升 至 38℃。

溶液的温度由 110℃降至 60℃。

若换热器清洗后,在两流 体的流量和进口温度不变的情况下,冷水出口温度增到 45℃。

试估 算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。

假设:(l)两种'情况下, 流体物性可视为不变,水的平均比热容可取为(kg·℃)；(2)可按平 壁处理,两种工况下 i
和
分别相同；(3)忽略管壁热阻和热损
失
解：先求清洗前的总传热系数 K. 所以:
' K 再求清洗后总传热系数
,由热量衡算求溶液的出口温度
o
W C c W C 110 60 38 20
T T (t t ) 110 (45 20) 40.6 C ' pc pn
' o 2 1 2 1 .
n
若传热面两侧的总污垢热阻为
则有:
R . s
R
1.92510 m C /W
3 2 o 由此得:
s
x05a02004
棉花保温性能好，主要是因为______。

A. 棉纤维素导热率小；
B. 棉花中含有相当数量的油脂；
C. 棉花中含有大量空气，而空气的运动又受到阻碍；
D. 棉花白色，因而黑度小。

x05a02016
在蒸汽冷凝中，不凝气体的存在对α的影响是______。

A）使α值升高
B）使α值大大降低
C）使α值有一定影响
D）对α值无影响
x05a02031
多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。

A 成正比
B 成反比
C 没关系
x05a05171
一定流量的液体在一25×的直管内作湍流流动，其对流给热系数＝1000W/(m2·℃)。

如流量与物性都不变，改用一19×2mm的直管，
则其值将变为A. 1059 C. 1585
t05a01177
W/(m2·℃)。

B. 1496
D. 1678
冷热水通过间壁换热器换热,热水进口温度为90℃,出口温度为50℃,冷水进口温度为15℃,出口温度为53℃,冷热水的流量相同, 则热损失占传热量的_______%(冷热水物性数据视为相同)。

t05a01216
当冷热两流体均不发生相态变化时，一般对_________物料选用并流操作。

t05a02042
某流体在圆直管内强制对流，其对流传热系数为，现任务变更，管内流速降为原来的1/2，且已知此时Re 104，则管内的对流传热系数为原对流传热系数的
倍。

t05a02043
某有机溶液在长为L,直径为108×10mm的钢管中强制湍流时,其
=310W/(m2K),如体积流量不变，改用152×10mm的钢管代替,流动仍为湍流(两种情况下L / d 均大于60),此时=
W/(m2K)
t05a02118
两流体通过间壁换热，冷流体从20℃被加热到50℃，热流体从100℃冷却到70℃，则逆流时的tm＝℃。

并流时的tm
＝℃。

w05b05161
1.一杯开水(100℃)置于20℃的静止空气中,问杯子两侧流体的传热各属何种类型哪一侧热阻大
2.若将杯子浸在20℃的冷水中(两流体不直接接触),能否增强传热理由
3.仍置于空气中,但使杯外的空气流动,问能否增强传热理由
4.对1 的情况,若对杯中流体加以搅动,问是否比2、3 两种办
②套管式换热器的冷、热流体进、出口温度分别为t1、t2、T1、T2，试画出冷、热流体温度沿换热面积变化关系曲线。

①根据傅立叶定律; Q=λdt/dn; ∵稳定传热即QI=QII 因已知λI>λII。