化工原理第二版答案

流量与物性都不变，改用一 19×2mm的直管，
则其 值将变为
W/(m 2·℃ ) 。
A. 1059 B. 1496
C. 1585 D. 1678 t05a01177
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
Vt1
(243 161.3) (155.4 128) 1.093
49.7oC
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
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。
①根据傅立叶定律 ; Q=λdt /d n; ∵稳定传热
即 QI =QII
因已知 λI >λII
∴(d t /d n) I < (d t /d n) II
热到 50℃，热流体从 100℃冷却到 70℃，则逆
流时的 t m＝
℃。并流时的 t m
＝
℃。
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 ?
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。
解 ：换热器的传热面积 So
Q koVtm
Q
其中： Q
Wsr Vs r
PM RT
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/(m2?K), 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/(m 2?K)
t05a02118
两流体通过间壁换热，冷流体从 20℃被加
0.375
查温度差校正系数图得：
1.33
Vt 0.9
（3）由 R、P 值查流程温差校正系数图得：
Vt 0.98
所以： Vtm
Vt Vtm ' 0.98 44.8 43.9 oC
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℃ , 汽化热为
解得： t2' 50oC.
由传热速率方程分别可得：
原换热器： Wncpn (150 100) ksotm k n dL 92.5.
Wncpn(150 80)
ks'
Vt
' m
k n dL' 70.
新换热器： L'
70 92.5 1 1.85m.
50 70
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
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 两种办法有效些 ?
1. 均为自然对流 , 空气侧热阻大 ;
2. 能增强传热 , 因为水的对流给热系数比空
气大 ;
3. 能增强传热 , 因为强制对流的对流给热系
101330 78 8.315 103 (278 80.1)
2.69kg / m3
1650 2.69 394 103 4.86 105 w 3600
冷水出口温度可由热量衡算求得。即：
则： So
4.86 105 450 54.1
20m2
12．在一传热面积为 50m2 的单程管壳式换热器 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
Vtm T1 T2 t2 t1 (T1 T2 ) (t2 t1)
（1）
而 Vt
' m
Vt1 Vt 2 ln Vt1
Vt 2 Vt1 ln Vt2
(243 128) (167 157) 115
ln
3oC
Vt2
Vt1
10
ln Vt2
所以： Vt1
47 1
Vt2 Vt1 Vt2 Vt1 43
解得：
Vt2 Vt1
数比自然对流大
4. 主要热阻在空气侧 , 故 2,3 效果较好 ,4 不
及 2,3
w05a05034
①一厚度相等的双层平壁，其导热率 λⅠ>λⅡ
试定性画出其温度分布图，为什么 ?( 稳定传
热)
②套管式换热器的冷、热流体进、出口温度分
别为 t 1、t 2、T1、T2，试画出冷、热流体温度沿
换热面积变化关系曲线。
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
' m
T1 T2'
t2' t1
(T1 T2' ) (t2' t1)
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：
Vtm '
Vt 2 Vt1 ln Vt2
(100 50) (60 20) 50
ln
44.8oC
Vt1
40
P
（ 2）
R
50 20 100 20 100 60 50 20
解： （1）总传热系数 k0
（ 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 80oC 时，由热量恒算：
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 t 1 为 1400℃, 外表面温度 t 3 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 1 0.9 0.0007t , 绝缘砖 的导热系数为 2 0.3 0.0003t 。两式中 t 可分别取 为各层材料的平均温度 , 单位为℃ , λ 单位为 W/(m·℃) 。
2.98.
即：
(243 t2 ) 2.98 (T2 128) t2 2.98 (T2 128) 243 （2）
由（ 1）式得：
243 167 157 128 243 T2 t2 128
t2 0.38 (243 T2 ) 128
（ 3）
由（ 2）、（ 3）式得：
所以： Vtm
Vt2 Vt1 ln Vt2
______。
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，来自百度文库对流给热系数 ＝1000W/(m2·℃ ) 。如
由此得 : Rs 1.925 10 3 m2 o C / W
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
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 dm2 ，内层平均直径
解：设两砖之间的界面温度为 t2 ，由
t1 t 2 t2 t3
b1
b2 ，得
1
2
1400 t2 460 10 3 /(0.9 0.0007
t1 t2 2
通量
t 2 100 230 10 3 /(0.3 0.0003
t2 t3 ) 2
热 t2 949oC
3．直径为 60mm 3mm, 钢管用 30mm厚的软木
为 ，则 且 。 dm1
dm2 2dm1
2 21
由导热效率方程知：
两层材料位置互换后：
Q'
所以： Q
q' q
5 4
1.25 即： q'
1.25q
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 19mm 2mm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 m2·℃ / W, 油侧污垢热阻为 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。
工况下 i 和 0 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 :
再求清洗后总传热系数
K
' o
,
由热量衡算求溶液
的出口温度
. T2'
T1
Wc Cpc WnCpn
(t
' 2
t1)
110 110 60 (45 20) 38 20
40.6oC
若传热面两侧的总污垢热阻为 Rs.则有 :