化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版)教学内容

化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版)

目录

第一章流体流动与输送机械 (2)

第二章非均相物系分离 (32)

第三章传热 (42)

第四章蒸发 (69)

第五章气体吸收 (73)

第六章蒸馏 (95)

第七章固体干燥 (119)

第三章 传热

1、某加热器外面包了一层厚为300mm 的绝缘材料，该材料的导热系数为0.16W/

（m ⋅℃），已测得该绝缘层外缘温度为30℃，距加热器外壁250mm 处为75℃，试求加热器外壁面温度为多少？ 解：2

2

3

21121λλb t t b t t A Q -

=-=

C 3007516

.025

.016

.005.03075o 211

223

21=+⨯-=+λ⨯λ-=∴t b b t t

t

2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；

耐火砖 b 1=230mm ， λ1=1.05 W/(m·℃)

绝热砖 b 2=230mm ， λ2=0.151W/(m·℃)

建筑砖 b 3=240mm ， λ3=0.93W/(m·℃)

已知耐火砖内侧温度为1000℃，耐火砖与绝热砖界面处的温度为940℃，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过138℃，试求：

（1） 绝热层需几块绝热砖；

（2） 普通砖外侧温度为多少？

解：（1）b 2=?

m

442.09

.273151

.0138

94005.123.0940

1000222

2

3

21121=∴=-=-λ-=

λ-=b b b t t b t t A Q

230mm

则：绝热层需两块绝热砖。

校核t 2=? C C t t o o 1386.1059.273151.046.094022<=∴=- （2）t 4=?

C

9.3493.024.06.1059.273o 443

343=∴-==λ-=t t b t t A Q 3、Φ50×5㎜的不锈钢管，导热系数λ1＝16Ｗ／（ｍ·Ｋ），外面包裹厚度为30mm 导热系数λ２＝0.2W/（ｍ·Ｋ）的石棉保温层。若钢

管的内表面温度为623Ｋ，保温层外表面温度为

373Ｋ，试求每米管长的热损失及钢管外表面的

温度。

解：已知钢管的内半径mm 20252501=⨯-=

r 钢管的外半径mm 252502==r 保温层的外半径mm 5530253=+=r

根据式（3-12a ），每米管长的热损失

W 39794.3014.015702555ln 2.012025ln 161)373623(12ln 1ln 1)

(223

212131=+=+-⨯⨯π=λ+λ-π=r r r r t t L Q

由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度t 2。 K 62220

25ln 16112397623ln 1212112=⨯⨯π-=λ⋅π-=r r l Q t t 习题3-3 附图

4、Φ60×3㎜的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层30mm 的石棉和30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.16Ｗ／（ｍ·Ｋ）和0.04Ｗ／（ｍ·Ｋ）（管外涂防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结）。

（1）已知管内壁温度为-110℃，软木外侧温度为10℃，求每米管长上损失的冷量；

（2）计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数；

（3）若将两层保温材料互换（各层厚度仍为30mm ），钢管内壁面温度仍为 -

110℃，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为10℃。求此时每米管长损失的冷量。

提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。 解：(1) t 1110=-℃

t 410=℃ r 10027=.m r 20030=.m r 30060=.m r 40090=.m

λ145=⋅W /(m K) λ2016=⋅.W /(m K) λ3004=⋅.W /(m K)

每米管长损失的冷量：

()()W/m 1.5260

90ln 04.013060ln 16.012730ln 451101102ln 1ln 1ln 1234323212141-=++--=++-=πλλλπr r r r r r t t q (2)

R R R R =++∑123 R 11453027000234=

=⋅ln .(m K)/W 2 R 2101660304332=

=⋅.ln .(m K)/W 2 R 310049060

10137==⋅.ln .(m K)/W 2 R ∑=++=⋅00023443321013714471....(m K)/W 2

各层热阻在总热阻中所占的分数：

R R 100023414471

0016%===钢...

R R 24332144712994%===石棉... R R 310137144717005%===软木...

由以上计算可知钢管热阻很小，且R R 软木石棉>。

(3) 若将λλ12和互换，厚度不变，且认为t t 14和不变。

()q =--++=-21101014530271004603010169060

3794πln .ln .ln .W /m 以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因为保冷好，则t 4应增大，即'>t 410℃。

5、欲测某绝缘材料的导热系数，将此材料装入附图所示的

同心套管间隙内。已知管长l =1.0m. r 1=10mm, r 2=13mm,

r 3=23mm, r 4=27mm 。在管内用热电偶加热，当电热功率为

1.0kW 时，测得内管的内壁温度为900℃，外管的外壁温

度为100℃，金属管壁的导热系数为50W/（ｍ·Ｋ），试

求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大的误

差？

解：按题意求得：

mm 4.111013ln 1013ln 1

2121=-=-=r r r r r m mm 5.171323ln 1323ln 2

3232=-=-=r r r r r m mm 9.242327ln 2327ln 34343=-=-=

r r r r r m 22311m 1016.7104.11114.322--⨯=⨯⨯⨯⨯=π=m m lr A

2322m 11.0105.17114.322=⨯⨯⨯⨯=π=-m m lr A

习题5附图