化工原理复习题-2

第一章：流体流动与输送机械

例1-10，例1-13，例1-16，例1-17 习题：1-17, 1-20，1-28

第三章：传热

例3-2，例3-4，例3-10（1）、（2），例3-11，例3-14

1. 某厂精馏塔顶冷凝器中有Φ25×

2.5mm 的冷却水管60根，长2m ，蒸气在管外冷凝，管内是冷却水，流速为1m/s,冷却水进出口温度分别为20℃,40℃，试求：

（1） 管壁对冷却水的表面传热系数。

（2） 管内壁温度。

（3） 该厂有一台与上述冷凝器传热面积相同，但管数为50根，管径仍为Φ25×2.5mm 的

换热器作为备用，问合用否？（水的物性可视为不变，用量相同）

已知：定性温度（C ︒30）下水的物性：37.995m kg =ρ，s Pa ⋅⨯=-310801.0μ，)C m W ︒⋅=618.0λ，()C kg J c p ︒⋅⨯=310174.4

解 （1） 43104.2486110801.07.995102.0>=⨯⨯⨯==-μ

ρ

du R e 41.5618

.010801.010174.43

3=⨯⨯⨯==-λμp r c P 4.08.0023.0r e u P R N =

()C m W P R d r e ︒⋅=⨯⨯⨯==458541.54.2486102

.0618.0023.0023.04.08.04

.08.0λα （2） ()m w t t A Q -=α

()C t A Q t m w ︒=+⨯⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=3.7530202.04585204010174.47.99502.04132ππα

(3)设冷却水的质量流量为m q

根601=n ，()60111U n U A n q u m ===ρ

根502=n ,()50222U n U A n q u m

===ρ

8.0u ∝α

16.1506060508.08.08.01212=⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=U U u u αα

α增大，K 增大，即Q 增大，所以该换热器合用。

2 欲利用绝对压力为0.25MPa 的饱和蒸汽将2CO 由20℃加热至115℃，2CO 气体的流量为450kg/h,若忽略热损失，试求：

（1） 蒸汽的消耗量。

（2） 若选定双管程单壳程的管壳式交换器，管规则为Φ25×2.5mm ，管子总数30根，

50>d l ,2CO 气体走管程，试求所需的管长。

（蒸汽侧热阻、管壁及污垢热阻均可忽略）蒸汽温度C t h ︒=3.126

（3） 若上述2CO 气体流量减少到原来的70%，仍用水蒸气加热，并保证2CO 气体的出

口温度不变，在操作上应采用什么措施？试通过计算说明。

已知，气体的物性：()C kg J c p ︒⋅⨯=3

109.0，s Pa ⋅⨯=-3100165.0μ，30.1m kg =ρ，)C m W ︒⋅=0206.0λ；水的物性：kg J r 81.2187=

解 （1）()kW t c q Q p m 69.10201159.03600

450=-⨯⨯=∆= h kg s kg r Q q O mH 6.17/1089.481

.218769.1032=⨯===- （2） o

i i d d K ⨯≈α 432103216910

0165.0102.0415360045002.0>=⨯⨯⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯==-πμρu d R i e 721.00206

.0100165.0109.03

3=⨯⨯⨯==-λμp r c P 4.08.0023.0r e u P R N = ()C m W i ︒⋅=⨯⨯⨯=9.83721.03216902

.00206.0023.04.08.0α

()

C m W K ︒⋅=⨯=212.6725209.83 又蒸汽温度C t h ︒=3.126，则

()()C t m ︒=-----=∆3.42115

3.12620

3.126ln 1153.126203.126

23

765.33

.4212.671069.10m t K Q A m =⨯⨯=∆= m n d A l 60.130

025.0765.30=⨯⨯==ππ （3） kW Q Q 483.769.107.07.0'=⨯==

75.07.08.08.0'==⎪⎭

⎫ ⎝⎛'=u u αα ()C m W h ︒⋅=⨯==2'9.629.8375.075.0α

()

C m W K ︒⋅=⨯='232.5025209.62 采取降低加热蒸气温度的方法：m

t A K Q '∆'=' 11520ln 20115765.332.5010483.73-'-'-⨯⨯=⨯h

h t t C t h

︒='4.124

3 有一列管式水预热器，用0.2MPa(表压)的饱和水蒸气在管间冷凝以预热水，水在Φ25×2.5mm 的钢管内以0.6m/s 的速度流动，其进口温度为20℃，至出口预热到80℃，取水蒸气冷凝表面传热系数为)(100002C m W ︒⋅,水的污垢热阻为W C m ︒⋅⨯-2

3106.0,忽略管壁热阻。试求：

（1） 总传热系数K.

（2） 操作一年后，由于水垢积累，换热能力下降，如果水流量不变，进口温度仍为20℃，

而出口温度仅能升至70℃，试求此时的总传染系数K 与污垢热阻。