化工原理(第四版)习题解__第四章__传热
化工原理第四章习题及答案
第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。
2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。
热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。
这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。
等温面不相交。
二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的（）。
BA 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。
CA 传导和对流B 传导和辐射C 对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。
CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。
AA 0.85B 0.03C 15、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。
DA 大于B 等于C 不能确定是否大于D 小于6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。
AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。
化工原理第四章习题及答案
第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子与自由电子等微观粒子得热运动而引起得热量传递称为热传导(导热)。
2、对流传热热对流就是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起得热量传递。
热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波得形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体得辐射能, 当物体向外界辐射得能量与其从外界吸收得辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量得传递。
这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递得热量(W/m2)5、等温面温度场中将温度相同得点连起来,形成等温面。
等温面不相交。
二、单选择题1、判断下面得说法哪一种就是错误得()。
BA 在一定得温度下,辐射能力越大得物体,其黑度越大;B 在同一温度下,物体吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A与ε得物理意义相同;C 黑度越大得物体吸收热辐射得能力越强;D 黑度反映了实际物体接近黑体得程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为_______ 。
CA 传导与对流B 传导与辐射C 对流与辐射3、沸腾传热得壁面与沸腾流体温度增大,其给热系数_________。
CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时,已知耐火砖辐射能力大于磨光铜得辐射能力,耐火砖得黑度就是下列三数值之一,其黑度为_______。
AA 0、85B 0、03C 15、已知当温度为T时,耐火砖得辐射能力大于铝板得辐射能力,则铝得黑度______耐火砖得黑度。
DA 大于B 等于C 不能确定就是否大于D 小于6、多层间壁传热时,各层得温度降与各相应层得热阻_____。
AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中,用饱与蒸汽加热空气,下面两项判断就是否正确: A甲、传热管得壁温将接近加热蒸汽温度;乙、换热器总传热系数K将接近空气侧得对流给热系数。
南工大化工原理第四章习题解答讲解学习
南⼯⼤化⼯原理第四章习题解答讲解学习南⼯⼤化⼯原理第四章习题解答第四章习题1）⽤平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其⼀侧⽤电热器加热，另⼀侧⽤冷⽔将热量移⾛，同时板的两侧⽤热电偶测量其表⾯温度。
设平板的导热⾯积为0.03m2，厚度为0.01m。
测量数据如下：电热器材料的表⾯温度℃安培数 A 伏特数V ⾼温⾯低温⾯2.8 2.3 14011530020010050试求：①该材料的平均导热系数。
②如该材料导热系数与温度的关系为线性：，则λ和a值为多少？2）通过三层平壁热传导中，若测得各⾯的温度t1、t2、t3和t4分别为500℃、400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之⽐，假定各层壁⾯间接触良好。
3）某燃烧炉的平壁由耐⽕砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。
92W/(m·℃)，耐⽕砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。
已知炉内壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平⽅⽶炉壁散热速率。
4）在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。
绝热层的导热系数为0.08W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每⽶管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。
5）Φ38×2.5mm的钢管⽤作蒸汽管。
为了减少热损失，在管外保温。
50第⼀层是mm厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m·℃)；第⼆层是10mm厚的⽯棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m·℃)。
若管内壁温度为180℃，⽯棉层外表⾯温度为35℃，试求每⽶管长的热损失及两保温层界⾯处的温度？解：①r0 = 16.5mm = 0.0165m ，r1 =19mm = 0.019 mr2 = r1＋δ1 = 0.019＋0.05 = 0.069 mr3 = r2＋δ2 = 0.069＋0.01 = 0.079 mλ0 = 45 W/(m·℃)W/m②即∴ t2 = 41.8 ℃6）通过空⼼球壁导热的热流量Q的计算式为：，其中，A1、A2分别为球壁的内、外表⾯积，试推导此式。
化工原理答案 第四章 传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
化工原理课后习题答案详解第四章.doc
第四章多组分系统热力学4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。
此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。
以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。
解：根据各组成表示的定义4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。
求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。
解：质量分数的定义为4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于和之间时，溶液的总体积。
求：（1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。
（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。
解：根据定义当时4.460 ︒C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。
二者可形成理想液态混合物。
若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ︒C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。
解：质量分数与摩尔分数的关系为求得甲醇的摩尔分数为根据Raoult定律4.580 ︒C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。
两液体可形成理想液态混合物。
若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ︒C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。
解：根据Raoult定律4.6在18 ︒C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。
现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ︒C下的体积及其组成。
设空气为理想气体混合物。
其组成体积分数为：，解：显然问题的关键是求出O2和N2的Henry常数。
18 C，气体压力101.352 kPa下，O2和N2的质量摩尔浓度分别为这里假定了溶有气体的水的密度为（无限稀溶液）。
化工原理第四章思考题答案
第四章传热思考题4-1 根据传热机理的不同，有哪3种基本传热方式？他们的传热机理有何不同？答：（1）基本传热方式有热传导、热对流和热辐射3种。
（2）热传导简称导热，是通过物质的分子、原子或自由电子的热运动来传递热量；对流传热是通过冷、热不同部位的流体质点做宏观移动和混合来传递热量；辐射传热是物体因自身具有温度而激发产生电磁波，向空间传播来传递热量。
4-2 傅里叶定律中的负号是什么意思？答：由于x方向为热流方向，与温度梯度的方向正好相反。
Q是正值,而是负值,加上负号,故式中加负号。
4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？答：物质热导率的大小主要与物质种类（固、液、气）和温度有关。
一般来说，固体、液体、气体三者的热导率大小顺序:固体>液体>气体。
4-4 纯金属与其合金比较，热导率哪个大？答：在各类物质中，纯金属的热导率为 ,合金的热导率为 , 故热导率纯金属比合金大。
4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？答：大多数非金属的保温材料呈纤维状或多孔结构，其孔隙中含有值小的空气。
密度越小，则所含的空气越多。
但如果密度太小，孔隙尺寸太长，其中空气的自然对流传热与辐射作用增强，反而使增大。
故非金属的保温材料的热导率与密度有关。
4-6 在两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小，哪一层热阻大？热阻大的原因是什么？答：（1）温度差较大的层热阻较大。
（2）对于两层平壁导热,由于单位时间内穿过两层的热量相等，即导热速率相同，采用数学上的等比定律可得。
由此可见，热阻大的保温层，分配与该层的温度差就越大，即温度差与热阻成正比。
4-7 在平壁热传导中可以计算平壁总面积A的导热速率Q，也可以计算单位面积的导热速率（即热流密度）。
而圆筒壁热传导中，可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率Q，也可以计算单位圆筒长度的壁面导热速率 ,为什么不能计算热流密度？答：在稳态下通过圆筒壁的导热速率Q与坐标r无关，但热流密度却随着坐标r变化，故不能计算热流密度。
04化工原理第四章习题答案
4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成:耐火砖的热导率为,K m W 05.111−−⋅⋅=λ厚度mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K mW 151.0−−⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0−−⋅⋅=λ。
若耐火砖内侧温度为C 10000,耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300(假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等)。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65××;(2)普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5××。
(答：⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344°=t )解：⑴第一层：1121λb t t AQ −=第二层：2232λb t t AQ −=⇒()()32222111t t b t t b −=−λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12−=−b ⇒m446.02=b 因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t −=−⇒C 3.1053°=t ；⑵()()43332111t t b t t b −=−λλ⇒C 6.344°=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170×φ的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W −−⋅⋅;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W −−⋅⋅。
管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。
管道长m 50。
试求该管道的散热量。
（答：kW 2.14=Q ）解：已知：11 K m 0.065W −−⋅⋅=λ，11 K m 0.21W −−⋅⋅=λ查表得：11K m W 54−−⋅⋅=钢λ()34323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t lQλλλπ++−=其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ，302.017.023.0ln ln 23==d d ，231.023.029.0ln ln 34==d d()1m W 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002−⋅=++−=πlQ ，kW 2.14W 1042.1502844=×=×=Q 。
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第四章《传热》练习题一、选择题1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（）A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值；B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异；C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关；D、要提高K值，应从降低最大热阻着手；答案：C2、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（）。
A、斯蒂芬-波尔兹曼定律；C、折射定律；B、克希霍夫定律；D、普郎克定律；答案：B3、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。
A、高压流体；B、蒸汽；C、易结垢的流体；D、腐蚀性流体；E、粘度大的流体；F、被冷却的流体；答案：A、C、D；B、E、F4、影响对流传热系数的因素有( )。
A、产生对流的原因；B、流体的流动状况；C、流体的物性；D、流体有无相变；E、壁面的几何因素；答案:A、B、C、D、E5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是( )。
A 、不可行的；B 、可行的；C 、可能行，也可能不行；D 、视具体情况而定；答案：A解：原因是：流量不变 2d u =常数当管径增大时，a. 2/u l d ∝，0.80.2 1.8/1/u dd α∝= b. d 增大时，α增大，dα∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降根据()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-∆≈-- 即 121ln p mc AT t T t α=--∵A α↓ 则12lnT t T t -↓-∴2t ↓ ⇒ 本题在于灵活应用管内强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。
根据连续性方程，流量不变时，24V d u π==常数，所以管径变化，管内流速也发生变化。
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题1. 如附图所示。
某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K）、绝热层λ2=0.18W/（m·K）及普通砖λ3=0.93W/（m·K）三层组成。
炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚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此时绝热层厚度。
设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。
已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0求： 1δ＝？2δ＝？解： ∵δλT q ∆=∴1δ＝m qTT 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 o C 。
求内壁温度t 1。
设炉壁由单层均质材料组成。
已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δλδλ31323T T TT q -=-=∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 oC 3. 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–110o C ，绝热层外表面温度10oC 。
化工原理：传热习题(含答案)
第四章 传热一、填空题：1、在包有二层相同厚度保温材料的园形管道上，应该将 材料包在内层，其原因是 ， 导热系数小的 减少热损失 降低壁面温度2、厚度不同的三种平壁，各层接触良好，已知321b b b >>；导热系数321λλλ<<。
在稳定传热过程中，各层的热阻R 1 R 2 R 3 各层的导热速率Q 1 Q 2 Q 3 在压强恒定的条件下，空气的粘度随温度降低而—————————— 。
解①R 1>R 2>R 3 ， Q 1=Q 2=Q 3 ②降低 3、①物体辐射能力的大小与 成正比，还与 成正比。
②流体沸腾根据温度差大小可分为 、 、 、三个阶段，操作应控制在 。
因为40100⎪⎭⎫⎝⎛==T c E E b εε ∴E ∝T 4 ，E ∝ε ②自然对流 泡状沸腾 膜状沸腾 泡状沸腾段 4、①列管式换热器的壳程内设置折流的作用在于 ，折流挡板的形状有 等。
②多层壁稳定导热中，若某层的热阻最大，则该层两侧的温差 ；若某层的平均导热面积最大，则通过该层的热流密度 。
解①提高壳程流体的流速，使壳程对流传热系数提高 ， 园缺形（弓形），园盘和环形②最大 ， 最小 5、①在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管 ；易结垢的流体走管 ；高压流体走管 ；有腐蚀性液体走管 ；粘度大或流量小的流体走管 。
①外， 内 ，内 ， 内 ， 外 6、①在一卧式加热器中，利用水蒸汽冷凝来加热某种液体，应让加热蒸汽在 程流动，加热器顶部设置排气阀是为了 。
②列管换热器的管程设计成多程是为了 ；在壳程设置折流挡板是为了 ； 解 ①壳程 ， 排放不凝气，防止壳程α值大辐度下降 ②提高管程值 α ， 提高壳程值α 7、①间壁换热器管壁wt 接近α 侧的流体温度；总传热系数K 的数值接近 一侧的α值。
②对于间壁式换热器：mt KA t t Cp m T T Cp m ∆=-=-)()(122'2211'1等式成立的条件是 、 、 。
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：124245006.014.01.007.12.0301150=++-=∆=∑∑Rt AQ 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 +++-45006.014.01.007.12.0301150R i =2.83m.k/w6.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 ℃ 5.9260135ln 60135=-=∆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 w135151501=-=∆t ℃ 3050802=-=∆t ℃ 8.6950135ln 30135=-=∆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℃。
04化工原理第四章习题答案
4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K m W 05.111--⋅⋅=λ 厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。
若耐火砖内侧温度为C 10000, 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。
(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )解：⑴第一层：1121λb t t AQ -=第二层：2232λb t t AQ -=⇒()()32222111t t b t t b -=-λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12-=-b⇒m 446.02=b因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0， 校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t -=-⇒C 3.1053︒=t ； ⑵()()43332111t t b t t b -=-λλ⇒C 6.344︒=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。
管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。
管道长m 50。
试求该管道的散热量。
（答：kW 2.14=Q ）解：已知：11棉Km 0.065W --⋅⋅=λ，11灰Km0.21W --⋅⋅=λ查表得：11Km W 54--⋅⋅=钢λ()34323212141ln1ln1ln 12d d d d d d t t l Q λλλπ++-=其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ， 302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023.029.0lnln34==d d()1mW 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πlQ ，kW 2.14W 1042.1502844=⨯=⨯=Q 。
化工原理第四章传热过程超详细讲解
② 冷热流体的出口温度互不受影响，冷流体出口温度t1可能 高于热流体出口温度T2，换热彻底。在Φ、K相同时，A逆<A
并。
2、并流的优点: ① t2<T2， 流体终点温度易控 制，对于易气化、分解、反应和 冷凝而必须控温的流体的换热较 适合。
②Δt1>Δt2，适用于某些连续 操作的管式反应器中进行的放 热反应的热量的移出。
对流给热模型的实质：把复杂的对流
给热过程视为通过滞流内层的热传导
过程。 对流给热模型将间壁传热分解为两个给热和一个导热过程:
T主体 → 过度、滞流层→ 内壁 →外壁 → 滞流、过度层 → t 主体
对流传热 对流传热
传导传热
传导传热
传导传热
Φ1
Φ2
Φ3
二、牛顿给热方程
既然将对流给热视为通过滞流内层的热传导，则对
即逆流传热，可使Φ↑ or A↓ or m↓ .
七、并流与逆流的比较
并流传热的温差Δt前大后小，逆流传热温差Δt始终较
大，故一般有Δtm逆>Δtm并。
1、逆流的优点： ∵Φ=KAΔtm
① 进出口温度相同时，Δtm逆>Δtm并，故在 A、K一定时:
Φ逆/Φ并 =Δtm逆 /Δtm并 ＞1
即： Φ逆 ＞Φ并
3、平均温差公式
以并流为例推导平均温差公式： ∵(T-t)与A有关，故须找平均温差(T-t)m =Δ t m, 则需找d(T-t) ～ dA关系,故取一微元面积dA, 在dA 内 视 ( T- t ) 为 常 数 , 在 d A 内 应 用 传 热 速 率 方 程 式 有 ：
对冷热流体进行热量衡算有： kg/s (qm)
(1)传热量 Q (2)传热速率Φ=Q/ τ —单位
化工原理第四版习题答案
1-101-201-234-44-15第二章流体输送机械2-1 流体输送机械有何作用？答：提高流体的位能、静压能、流速，克服管路阻力。
2-2 离心泵在启动前，为什么泵壳内要灌满液体？启动后，液体在泵内是怎样提高压力的？泵入口的压力处于什么状体？答：离心泵在启动前未充满液体，则泵壳内存在空气。
由于空气的密度很小，所产生的离心力也很小。
此时，在吸入口处所形成的真空不足以将液体吸入泵内。
虽启动离心泵，但不能输送液体（气缚）；启动后泵轴带动叶轮旋转，叶片之间的液体随叶轮一起旋转，在离心力的作用下，液体沿着叶片间的通道从叶轮中心进口位置处被甩到叶轮外围，以很高的速度流入泵壳，液体流到蜗形通道后，由于截面逐渐扩大，大部分动能转变为静压能。
泵入口处于一定的真空状态（或负压）2-3 离心泵的主要特性参数有哪些？其定义与单位是什么？1、流量qv: 单位时间内泵所输送到液体体积，m3/s, m3/min, m3/h.。
2、扬程H：单位重量液体流经泵所获得的能量，J/N，m3、功率与效率：轴功率P：泵轴所需的功率。
或电动机传给泵轴的功率。
有效功率Pe：效率：2-4 离心泵的特性曲线有几条？其曲线的形状是什么样子？离心泵启动时，为什么要关闭出口阀门？答：1、离心泵的H、P、与qv 之间的关系曲线称为特性曲线。
共三条；2、离心泵的压头H 一般随流量加大而下降离心泵的轴功率P 在流量为零时为最小，随流量的增大而上升。
与qv 先增大，后减小。
额定流量下泵的效率最高。
该最高效率点称为泵的设计点，对应的值称为最佳工况参数。
3、关闭出口阀，使电动机的启动电流减至最小，以保护电动机。
2-5 什么是液体输送机械的扬程？离心泵的扬程与流量的关系是怎样测定的？液体的流量、泵的转速、液体的粘度对扬程有何影响？答：1、单位重量液体流经泵所获得的能量2、在泵的进、出口管路处分别安装真空表和压力表，在这两处管路截面1、2 间列伯努利方程得：3、离心泵的流量、压头均与液体密度无关，效率也不随液体密度而改变，因而当被输送液体密度发生变化时，H-Q 与η-Q 曲线基本不变，但泵的轴功率与液体密度成正比。
化工原理课后习题(第四章)
第4章 传热4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K mW 05.111--⋅⋅=λ厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--⋅⋅=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--⋅⋅=λ。
若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。
试求：（1）绝热砖的厚度。
绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65⨯⨯; (2) 普通砖外测的温度。
普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5⨯⨯。
(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344︒=t )解：⑴第一层：1121λb t t A Q -= 第二层：2232λb t t AQ -= ⇒()()32222111t t b t t b -=-λλ⇒()()130940151.0940100023.005.12-=-b ⇒m 446.02=b因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0，校核：()()3940460.0151.0940100023.005.1t -=- ⇒C 3.1053︒=t ；⑵()()43332111t t b t t b -=-λλ⇒C 6.344︒=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170⨯φ的无缝钢管输送水蒸气。
为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --⋅⋅ ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --⋅⋅。
管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。
管道长m 50。
试求该管道的散热量。
无缝钢管热导率为11K m 45W --⋅⋅ （答：kW 2.14=Q ）解：已知：11棉K m 0.065W --⋅⋅=λ，11灰K m 0.21W --⋅⋅=λ查表得：11K m W 54--⋅⋅=钢λ()34323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t lQ λλλπ++-= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ，302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023.029.0ln ln34==d d()1m W 28421.0231.0065.0302.0450606.0403002-⋅=++-=πlQ ， kW 2.14W 1042.1502844=⨯=⨯=Q 。
化工原理_第四版课后答案解析（全）
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化工原理答案第四章传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ= W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=，则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
化工原理(第四版)习题解__第四章__传热
第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃231212t t t t λλ--= (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ=0.043 W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为()()../.q t t W m bλ=-=-=-2120043328358 003【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=()12A Q t t bλ=-.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- ()./218W m =⋅℃【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。
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第四章 传 热热传导【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为0.16W/(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。
已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。
试求加热器平壁外表面温度。
解 2375℃, 30℃t t ==计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=⋅016℃ (1757530025005016016)t --= ..145025********t =⨯+=℃【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。
软木的热导率λ=0.043 W/(m·℃)。
若外表面温度为28℃，内表面温度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。
解 已知.(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==⋅=， 则单位表面积的冷量损失为【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。
若所测固体的表面积为0.02m 2，材料的厚度为0.02m 。
现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。
解 根据已知做图热传导的热量 .28140392Q I V W =⋅=⨯=.().()12392002002280100Qb A t t λ⨯==-- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=1.05W/(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=0.151W/(m·℃)；普通砖层，热导率λ=0.93W/(m·℃)。
耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。
(1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。
若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。
(2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。
解 (1)确定绝热层的厚度2b温度分布如习题4-4附图所示。
通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。
习题4-1附图习题4-3附图绝热砖层厚度2b 的计算每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为.20232046b m =⨯=．。
(2) 计算普通砖层的外侧壁温4t先核算绝热砖层与普通砖层接触面处的温度3t 3t 小于130℃，符合要求。
通过普通砖层的热传导，计算普通砖层的外侧壁温4t 。
【4-5】有直径为382mm mm φ⨯的黄铜冷却管，假如管内生成厚度为1mm 的水垢，水垢的热导率λ=1.163W/(m·℃)。
试计算水垢的热阻是黄铜管热阻的多少倍[黄铜的热导率λ=110W/(m·℃)]。
解 因38232<，因算术平均半径计算导热面积。
管长用L 表示。
黄铜管的热阻为 水垢的热阻为 (0001)11630033Lπ=⨯⨯......垢铜00011163003351600021100036R R ⨯==⨯倍气。
为【4-6】某工厂用1705mm mm φ⨯的无缝钢管输送水蒸了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚厚30mm 的矿渣棉，其热导率为./()W m K ⋅0065；第二层为为30mm 的石棉灰，其热导率为./()W m K ⋅021。
管内壁温度300℃，保温层外表面温度为40℃。
管路长50m 。
试求该管路的散热量。
解【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/℃t 的变化关系为表../()0033000023t W m K λ=+⋅。
水蒸气管路外面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过/160W m 。
试确定所需保温层厚度。
解 保温层厚度以b 表示 已知/12150℃,50 160t t q W m ===℃, 解得保温层厚度为保温层厚度应不小于13.3mm对流传热习题4-4附图 习题4-5附图【4-8】冷却水在192mm mm φ⨯，长为2m 的钢管中以1m/s 的流速通过。
水温由15℃升至25℃。
求管壁对水的对流传热系数。
解 .,,/,,120015 2 1 15℃ 25℃d m l m u m s t t ===== 水的平均温度 1215252022m t t t ++===℃ 查得20℃时水的密度./39982kg m ρ=，黏度.3100410Pa s μ-=⨯⋅，热导率λ=59.9×10-2W/(m·℃)，普朗特数Pr .702=。
.2133600015l d ==>雷诺数 ..Re ..4300151998214910100410du ρμ-⨯⨯===⨯⨯ 湍流 对流传热系数的计算，水被加热，Pr 的指数.04n = =4367 W/(m 2·℃)【4-9】空气以4m s ／的流速通过..755375mm mm φ⨯的钢管，管长5m 。
空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。
(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。
(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。
解 已知/,.,,,124 0068 5 32 68℃u m s d m l m t t =====℃ (1)对流传热系数α计算 空气的平均温度 3268502m t +==℃ 查得空气在50℃时的物性数据./31093kg m ρ=， Pr 0698=．，空气被加热，Pr 的指数04n =．雷诺数..Re ..450068410931521019610du ρμ-⨯⨯===⨯⨯ 湍流 对流传热系数 . .Re Pr 08040023dλα=．(2)空气流速增加一倍，对流传热系数'α为(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，计算钢管内壁平均温度 用式w m Q A t t α=-（）计算钢管内壁的平均温度w t 。
已知空气进出口平均温度 50m t =℃在第(1)项中已计算出对流传热系数 ./()2184W m α=⋅℃ 钢管内表面积为 ..200685107A dl m ππ==⨯⨯= 钢管内壁平均温度 (578)50794184107w w Q t t A α=+=+=⨯℃ 【4-10】温度为10℃、压力为101.3kPa 的空气，以/10m s 的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为30℃。
列管式换热器的外壳内径为190mm ，其中装有37根的192mm mm φ⨯钢管，钢管长度为2m 。
试求钢管外表面对空气的对流传热系数α。
解 已知空气压力.1013kPa ρ=，温度,1210℃ 30℃t t ==， 空气的平均温度 1030202m t +==℃ 查得空气在20℃的物性数据为：密度./31128kg m ρ=，比热容./(3100510℃)p c J kg =⨯⋅，热导率22.7610()／℃W m λ-=⨯⋅，黏度.519110Pa s μ-=⨯⋅，普朗特数Pr .0699=，空气被加热，Pr 的指数.04n =空气流动的截面积()..220193700194π-⨯湿润周边 (.)019370019π+⨯．当量直径 (..).(..)224019370019400255019370019e d ππ⨯-⨯==+⨯已知空气的流速 /10u m s = 雷诺数 .Re ..450.025*******==1511019110e d u ρμ-⨯⨯=⨯⨯ 湍流 对流传热系数【4-11】有一套管式换热器，内管为.3825mm mm φ⨯，外管为573mm mm φ⨯的钢管，内管的传热管长为2m 。
质量流量为/2530kg h 的甲苯在环隙中流动，进口温度为72℃，出口温度为38℃。
试求甲苯对内管外表面的对流传热系数。
解甲苯的温度 ,1272℃ 38℃T T ==，平均温度1272385522m T T T ++===℃ 甲苯在55℃的物性数据有：密度/3830kg m ρ=，比热容./()318310℃p c J kg =⨯⋅，热导率λ=0.128W/(m·℃)，黏度.44310Pa s μ-=⨯⋅甲苯的质量流量 /12530 m q kg h =体积流量 //./v m q q m h ρ===3112530830305 甲苯在环隙中的流速u 计算套管的内管外径10038d m =．，外管内径.20051d m =， 流速 ../(..)u m s π==⨯⨯-223050933 3600005100384甲苯对内管外表面的对流传热系数α计算套管环隙的当量直径 21005100380013e d d d m =-=-=．．．..Re ..4400130933830234104310e d u ρμ-⨯⨯===⨯⨯ 湍流 甲苯被冷却 .03n =【4-12】 甲苯在一蛇管冷却器中由70℃冷却到30℃，蛇管由.4525mm mm φ⨯的钢管3根并联而成，蛇管的圈径为0.6m 。
若甲苯的体积流量为/m h 33，试求甲苯对钢管内表面的对流传热系数。
解 甲苯的温度,T T =1270℃ =30℃ 平均温度 703050℃2m T +== 甲苯在50℃时的物性数据为：密度/3836kg m ρ=，黏度.44410Pa s μ-=⨯⋅，热导率0.129()／℃W m λ=⋅，比热容./()317710℃p c J kg =⨯⋅甲苯在3根并联蛇管中的流速u 计算 体积流量 /v q m h =33，蛇管内径.004d m =， 流速 /./.(.)2233600022*********34Vq u m s d π===⨯⨯⨯雷诺数 Re ..440040221836=168104410du ρμ-⨯⨯==⨯⨯．． 湍流 普朗特数 .. Pr ..341771044106040129p c μλ-⨯⨯⨯===弯管效应校正系数 . (004)1177117712403R d R ε=+=+⨯= 对流传热系数α计算 甲苯被冷却 .03n = ()....(.) (03)4080129002316810604124379004=⨯⨯⨯⨯⨯= W/(m 2·℃) 【4-13】质量流量为1650kg/h 的硝酸，在管径为.8025mm mm φ⨯、长为3m 的水平管中流过。
管外为300kPa （绝对压力）的饱和水蒸气冷凝，使硝酸得到.43810W ⨯的热量。