化工原理上册习题
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• 有一套管换热器，管内为Φ54×2mm，套管为 Φ116×4mm 的钢管，内管中苯被加热，苯进口 温度为50℃，出口温度为80℃，流量为4000kg/h 。 环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为 2168.1kJ/kg，冷凝传热膜系数为11630W/m2.K 。 苯在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度 ρ=880kg/m3，比热 :Cp=1.86kJ/kg.℃，粘度 μ=0.39×10-3Pa.s，导热系数λ=0.134W/m.k， 管内壁垢阻为0.000265cm2/W ，管壁及管外侧热 阻不计。试求：
• V =π.d2.u2 /4 • =π.(0.1)2×2.72×3600/4=76.87m3/h
• 例1-2 用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油， 流量为 38.4T/ h,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m,进出口 阻力不计。管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的 比重为0.96, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵 的效率η=50%。
λ=64/Re=64/39.6=1.616
He=20+1.616×(430/0.1)× (1.415 /2×9.81)=729.2m
N=Q·He·ρg/η=38400×729.2×9.81/(3600×0.5×1000) = 152.6kw
传热练习题-填空选择
• 4、用0.1Mpa的饱和水蒸气在套管换热器中加热 空气。空气走管内，由20℃升至60℃，则管内壁 的温度约为 。
• 试计算：（1）冷却水的出口温度。
• （2）传热系数。
• （3）传热面积。
t2
t1
Whc ph (T1 T2 ) Wcc pc
300
10 0.86(320 310) 3.58 4.16
305.8K
K [ d0 bd0 1 ]1 [
25
2 25 103
1
]1 38.7W /(m2 K )
准面，列柏式：
Z1
U
2 1
2g
p1
g
Z2
U
2 2
2g
p2
g
H 1 2
• 又∵ ∑H1-2=(λ.L/d+∑ζ). u22 /(2g)
• =(0.02×35/0.1+0.5+0.17)× u22 /(2g)=7.67 u22 /(2g)
• 则 3.26+0+0=0+u 22/(2g)+0+7.67u22/(2g) • 解得 u2=2.72m/s
(
4000 3600
)
1.86
103
(80
50)
656S1
67.2
S1 1.41m2
• 一列管式换热器由φ25*2㎜ 钢管制成。ＣＯ 在 管内流动，注量为10㎏/s，由320K冷却到310K， ＣＯ的平均比热为0.86ｋJ/㎏*K。冷却水在管外 与ＣＯ呈逆流流动，流量为3.58㎏/s ，进口温度 为αｋ32J为0/㎏05K*0K0。。W已/㎡知KＣ，Ｏ垢侧阻的不α计1 为，5水0W的/㎡比热K 为，4水.1侧6
• （2）当闸阀全开时（ζ阀=0.17 , λ=0.02），每小时从管口流出的水为若 干m3/h ？
解:（1）闸阀关闭，系统内处于静止，由U管处等压面 得：
ρ水g(Z+h)=ρHggR ∴Z=ρHg.R/ρ水-h =13600×0.35/1000-1.5
=3.26m
（2）以槽液面为1-1，管出口内侧为2-2，管中心线为基
20m
对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：
He=△Z+λ[(l+Σle )/d](u2/2g)
△Z=20m
l+Σle =430m
d=108-（2×4）=100mm=0.1m u=Vs/0.785d
=38400/3600×0.785×0.1 960 =1.415m.s
Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10 =39.6<2000
则以内管外表面计的传热系数为：
1 k
1
1
d1
2d2
wenku.baidu.com
d1 d2
Rs2
1 54 54 0.000265 11630 937 50 50
K 656W / m2.℃
t m
t2 t1 ln T t1
80 50 ln 133.3 50
67.2
℃
T t2 133.3 80
w2cp2 (t2 t1) KS1tm
0.785d
2 2
880 0.785 0.052
湍流 Re
d 2u
0.05 0.643 880 0.39 103
7.245 104
Pr
cp
1.86 103 0.39 103 0.134
5.41
2
0.023 d2
R P 0.8 0.4 er
0.023 0.134 (7.254 104 )0.8 (5.41)0.4 937W / m2 0 C 0.05
• 答案：100℃ • 5、处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预
热。运转一周期后，该溶液在管内生成积垢，使 换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出 口温度不变，则该溶剂的处理量变为 。
• 答案：400kg/h
传热练习题-填空选择
• 6、苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流 传热系数为1270W/（·℃）。如果流量和物性不变，改 用内径为30mm的圆管，其对流传热系数将变为 Ｗ ／（·℃）。
• （1）加热蒸汽消耗量；
• （2）所需的传热面积（以内管外表面计）。
解：（1）加热蒸汽消耗量：
Dr w2c p2 (t2 t1 )
D 2168.1 4000 1.86(80 50)
D 103kg / h
（2）内管中苯的流速：
u w2 / 4000 / 3600 0.643m / s
i di dm 0
50 21 45 23 500
S Whc ph (T1 T2 )
10 0.86(320 310)
183.6m2
K
1 2
(T1
t2
T2
t1 )
38.7 (320 305.8 310 300) / 2
• 例1-1 如图所示，槽内水位维持不变， 在水槽底部用内径为100mm的水管引水 至用户C点。管路上装有一个闸阀，阀 的上游距管路入口端10m处安有以汞为 指示液的U管压差计（ρHg=13600kg.m )，压差计测压点与用户C点之间的直 管长为25m。问：（1）当闸阀关闭时， 若测得R=350mm，h=1.5m，则槽内液 面与水管中心的垂直距离Z为多少m？
• V =π.d2.u2 /4 • =π.(0.1)2×2.72×3600/4=76.87m3/h
• 例1-2 用泵自敞口贮油池向敞口高位槽输送矿物油， 流量为 38.4T/ h,高位槽中液面比油池中液面高20m, 管路总长(包括阀门及管件的当量长度) 430m,进出口 阻力不计。管径为φ108×4mm,若油在输送温度下的 比重为0.96, 粘度为3430cp,求泵所需的实际功率,设泵 的效率η=50%。
λ=64/Re=64/39.6=1.616
He=20+1.616×(430/0.1)× (1.415 /2×9.81)=729.2m
N=Q·He·ρg/η=38400×729.2×9.81/(3600×0.5×1000) = 152.6kw
传热练习题-填空选择
• 4、用0.1Mpa的饱和水蒸气在套管换热器中加热 空气。空气走管内，由20℃升至60℃，则管内壁 的温度约为 。
• 试计算：（1）冷却水的出口温度。
• （2）传热系数。
• （3）传热面积。
t2
t1
Whc ph (T1 T2 ) Wcc pc
300
10 0.86(320 310) 3.58 4.16
305.8K
K [ d0 bd0 1 ]1 [
25
2 25 103
1
]1 38.7W /(m2 K )
准面，列柏式：
Z1
U
2 1
2g
p1
g
Z2
U
2 2
2g
p2
g
H 1 2
• 又∵ ∑H1-2=(λ.L/d+∑ζ). u22 /(2g)
• =(0.02×35/0.1+0.5+0.17)× u22 /(2g)=7.67 u22 /(2g)
• 则 3.26+0+0=0+u 22/(2g)+0+7.67u22/(2g) • 解得 u2=2.72m/s
(
4000 3600
)
1.86
103
(80
50)
656S1
67.2
S1 1.41m2
• 一列管式换热器由φ25*2㎜ 钢管制成。ＣＯ 在 管内流动，注量为10㎏/s，由320K冷却到310K， ＣＯ的平均比热为0.86ｋJ/㎏*K。冷却水在管外 与ＣＯ呈逆流流动，流量为3.58㎏/s ，进口温度 为αｋ32J为0/㎏05K*0K0。。W已/㎡知KＣ，Ｏ垢侧阻的不α计1 为，5水0W的/㎡比热K 为，4水.1侧6
• （2）当闸阀全开时（ζ阀=0.17 , λ=0.02），每小时从管口流出的水为若 干m3/h ？
解:（1）闸阀关闭，系统内处于静止，由U管处等压面 得：
ρ水g(Z+h)=ρHggR ∴Z=ρHg.R/ρ水-h =13600×0.35/1000-1.5
=3.26m
（2）以槽液面为1-1，管出口内侧为2-2，管中心线为基
20m
对贮油池液面至高位槽液面列柏努利方程：
He=△Z+λ[(l+Σle )/d](u2/2g)
△Z=20m
l+Σle =430m
d=108-（2×4）=100mm=0.1m u=Vs/0.785d
=38400/3600×0.785×0.1 960 =1.415m.s
Re=duρ/μ=0.1×1.415×960/3430×10 =39.6<2000
则以内管外表面计的传热系数为：
1 k
1
1
d1
2d2
wenku.baidu.com
d1 d2
Rs2
1 54 54 0.000265 11630 937 50 50
K 656W / m2.℃
t m
t2 t1 ln T t1
80 50 ln 133.3 50
67.2
℃
T t2 133.3 80
w2cp2 (t2 t1) KS1tm
0.785d
2 2
880 0.785 0.052
湍流 Re
d 2u
0.05 0.643 880 0.39 103
7.245 104
Pr
cp
1.86 103 0.39 103 0.134
5.41
2
0.023 d2
R P 0.8 0.4 er
0.023 0.134 (7.254 104 )0.8 (5.41)0.4 937W / m2 0 C 0.05
• 答案：100℃ • 5、处理量为440kg/h的有机溶液在某换热器中预
热。运转一周期后，该溶液在管内生成积垢，使 换热器总热阻增加了10%。若维持冷、热介质出 口温度不变，则该溶剂的处理量变为 。
• 答案：400kg/h
传热练习题-填空选择
• 6、苯在内径为20mm的圆形直管中作湍流流动，对流 传热系数为1270W/（·℃）。如果流量和物性不变，改 用内径为30mm的圆管，其对流传热系数将变为 Ｗ ／（·℃）。
• （1）加热蒸汽消耗量；
• （2）所需的传热面积（以内管外表面计）。
解：（1）加热蒸汽消耗量：
Dr w2c p2 (t2 t1 )
D 2168.1 4000 1.86(80 50)
D 103kg / h
（2）内管中苯的流速：
u w2 / 4000 / 3600 0.643m / s
i di dm 0
50 21 45 23 500
S Whc ph (T1 T2 )
10 0.86(320 310)
183.6m2
K
1 2
(T1
t2
T2
t1 )
38.7 (320 305.8 310 300) / 2
• 例1-1 如图所示，槽内水位维持不变， 在水槽底部用内径为100mm的水管引水 至用户C点。管路上装有一个闸阀，阀 的上游距管路入口端10m处安有以汞为 指示液的U管压差计（ρHg=13600kg.m )，压差计测压点与用户C点之间的直 管长为25m。问：（1）当闸阀关闭时， 若测得R=350mm，h=1.5m，则槽内液 面与水管中心的垂直距离Z为多少m？