化工原理习题整理汇总.pdf

.第一章测试及答案 第一题填空题22 分 1.3 分流体在等径管中作稳定流动，流体由于流动而有摩擦阻力损失，流体的流速沿管长不变。2.3 分米糠油在管中作流动，假设流量不变，管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的 2 倍。3.3 分流体在管作层流流动，假设仅增大管径，则摩擦系数变变大，直管阻力变变小，计算局部阻力的当量长度变变大。4.3 分用径为 200mm 的管子输送液体，Re 为 1750。假设流体及其流量不变，改用径为 50mm 的管子，则 Re 变为 7000。5.3 分苯密度为 880kg/m3，黏度为 6.510-4Pas流经径为 20mm 的圆形直管时，其平均流速为 0.06m/s，其雷诺数 Re 为 1625，流动形态为层流，摩擦系数 为 0.0394 。6.4 分*液体在套管环隙流动，大管规格为 56mm3mm，小管规格为30mm2.5mm，液体黏度为 1 Pas，密度为 1000 kg/L，流速为 1 m/s，则该液体在套管环隙流动的 Re 为 20000 。7.3 分流体体积流量一定时，有效截面扩大，则流速减小，动压头减小，静压头增大。第二题选择题每题 4 分，共 28 分 1.如以下图所示，假设水槽液位不变，阀门翻开时，各处的流体总机械能的关系为B。A.E1E2E3 B.E1=E2E3 C.E1=E2=E3 D.E1E2=E3 2、流体在管作湍流流动时,滞流层的厚度随雷诺数 Re 的增大而 B 。A.增厚 B.减薄 C.不变 3、在一条倾斜的直管里充满着流体，在直管的不同高度有两个压力表，当它们读数一样时，可以认定管中的流体 C 。A、静止不动 B、向上流动 C、向下流动 D、以上都有可能 4.转子流量计的主要特点是 C A.恒截面、恒压差 B.变截面、变压差 C.变截面、恒压差 5、流体在圆管作层流流动时其阻力损失 A 。A、与管壁粗糙度无关 B、与雷诺数无关 C、与管壁粗糙度、雷诺数有关 D、只与管壁粗糙度有关 6.水在异径管中作稳定流动，体积流量为 qv，质量流量为 qm，质量速度为 G，平均流速为 u，则在流动中数值不变化的是 D 。A、G 和 u B、qv和 G C、qm和 u D、qv和 qm 7.在完全湍流阻力平方区时，粗糙管的摩擦系数数值 C 。A)与光滑管一样；.B)只取决于雷诺准树 Re;C)只取决于相对粗糙度；D)与粗糙度无关。三、计算题：第 1 题17 分：如附图所示，高位水槽液面恒定，距地面 10m，水从1084mm钢管流出。钢管出口中心线与地面的距离为 2m，管路的总阻力包括进、出口等局部阻力损失可按hf=16.15u2(J/kg)计算，式中 u 为水在管的流速m/s。求 1A-A截面垂直管路中的*一截面处的流速 m/s？2水的流量为多少m3/h？解：1设水槽液面为 1-1，管出口外侧为 2-2，以地面为基准面，列柏努利方程式得：Z1g+(P1/)+(u12/2)=Z2g+(P2/)+(u22/2)+hf-3 分 代入数据：109.807+0+0=29.807+0+0.5 u22+16.15u22-3 分 得 u2=2.2 m/s -3 分 水在管连续流动 dA=d2,A-A截面处流速 uA=u2=2.2m/s -3 分 2qV=3600(0.1)22.2/4=62.17m3/h -5 分 第 2 题 17 分：敞口容器的侧壁装有径为 25mm 的短管，用以排水。水以 4.5m3/h的流量连续参加容器，以维持液面恒定，如下图。试求容器中的水位高度。解：短管中的流速 u=qv/d2/4=2.55 m/s 在容器的恒定液面 1-1 及侧壁短管出口外侧 2-2 截面间列伯努利方程 以短管中心线为基准面，得.z1g+u12/2+p1/+he=z2g+u22/2+p2/+hf 其中 p1=0表压，p2=0表压，u10，he=0，z2=0，u2=0 故 z1g=hf 因放水管很短，可以忽略直管阻力，即 hf c+eu2/2=1+0.5u2/2 故 z1g=1.5u2/2=1.52.552/2 解得 z1=0.497m 第 3 题16 分：在如下图的并联管路中，支路 ADB 长 20m，支路 ACB 长 5m包括管件但不包括阀门的当量长度，两支管直径皆为 80mm，直管阻力系数皆为0.03，两支管各装有一个阀门，一个换热器，换热器的局部阻力系数皆等于 5。试求：当两阀门全开时，两支路的流量之比。解：下标“1和“2分别表示支路 ACD 和 ADB,因并联支路的阻力损失相等，所以 u12/u22=2l2/d2+F+D/1l1/d1+E+C=1.8 qv1/qv2=u1/u2=1.34 此例说明,对于并联管路，假设各支管长度不等，即使直径一样，也会导致流量分配的不均匀，使设备不能发挥应有的作用，这一点在并联管路的设计中必须充分注意。第一章总复习 1当理想流体在变径管路中做稳定的连续流动时，在管子直径缩小的地方，其静压力降低。2实验证明，流体在管稳定流动时，当 Re_2000_时，流动类型为滞流，滞流时的摩擦系数与_Re_成反比；湍流时，当 Re 一定，则随/d 的增加而_增加_。P29 图 1-32 3.在完全湍流阻力平方区时，粗糙管的摩擦系数数值 C。E)与光滑管一样；F)只取决于雷诺准树 Re;G)只取决于相对粗糙度；H)与粗糙度无关。,水力光滑管,与Re有关,与/d无关,与 Re、/d 都有关,Qe，提供的压头 30mHe；且溶液的性质与水相近，故能选用该水泵。一、填空及选择题 1.离心泵输送的液体密度变大，则其扬程_，流量_，效率_，轴功率 _。不变；不变；不变；变大 2.离心泵并联操作的主要目的是 C A、增大位能 B、增大扬程 C、增大流量 3.离心泵的工作点是如下两条曲线的交点：_泵特性曲线 H-Q _和_管路特性曲线 H-Q _。4.离心泵起动时，如果泵没有充满液体而存在气体时，离心泵就不能输送液体，这种现象称为_现象。气缚 5.现用离心泵将河水抽送到水塔中，其管路特性曲线方程为 He=20+2.5105Qe2 (式中 He 的单位为 m,Qe 的单位为 m3.s-1)；当输送量为 20 m3.h-1时，则泵的扬程为_m。27.7 6.离心泵采用并联操作的主要目的是提高扬程或流量_，串联操作的目的是提高扬程或流量_。提高流量，提高扬程 7.当离心泵出口阀门开大时，流量，泵出口压力。变大降低 8.(离心泵的流量调节阀安装在离心泵进或出口管路上，关小出口阀门后，真空表的读数变，压力表的读数变。出口减小增大由于流量的增大，流速增大，动能增大，由伯努利方程知压能减小，即压强降低，故泵出口压强表读数下降。泵入口的压力也是降低的，只不过泵入口压力是小于大气压的，小于大气压的数值叫真空值，此值越大，表示压力越小，由真空表来量测，所以流量增大，真空值由真空表读数增大。9.*同学进展离心泵特性曲线测定实验，启动泵后，出水管不出水，泵进口处真空计指示真空度很高，他对故障原因作出了正确判断，排除了故障，你认为以下可能的原因中，哪一个是真正的原因()A.水温太高 B.真空计坏了 C.吸入管路堵塞 D.排出管路堵塞 C 二、简答题 1.离心泵有哪些根本参数和特征曲线？离心泵的根本参数是：流量、扬程、功率和效率。离心泵的特征曲线是：HeQe 扬程曲线，NeQe 功率曲线，-Q 效率曲线。2.离心泵为什么会出现气蚀现象？是因为叶轮入口及其反面存在低压区，随着吸水高度E 的增加。Z=(pa-pc)/(g)-uc2/2g-hfc 则吸入口压力 pc减小，当 pc减小到*一值时，低压区的压力 pk就会等于小于送液的饱和蒸汽压 ps。即 pkps，低压区液体沸腾，产.生大量气泡，同时，溶解在液体中的空气，也会因压力降低而逸出，生成的气泡，随液流流入叶轮高压区，气泡就会破碎，体积骤然缩小，大量液体就会冲击过去，冲击点可达上百个大气压，且频率非常高，冲击涉及气中微量氧共同作用可使叶轮及原壳出现斑痕，甚至呈海绵状，即气蚀。三、计算题 欲将*减压精馏塔塔釜中的液体产品用离心泵输送至高位槽，釜中真空度为67kPa 其中液体处于沸腾状态，即其饱和蒸汽压等于釜中绝对压强。泵位于地面上，吸入管总阻力为 0.87J/N，液体的密度为 986kg/m3，该泵的必需汽蚀余量(NPSH)r为 3.7m,试问该泵的安装位置是否适宜？如不适宜应如何重新安排？最大允许安装高度：Hg=P0/g-PV/g-Hf(0-1)-(NPSH)r+0.5 由液面最高处和离心泵入口出列柏努利方程，得 Hg=(Po-Pv)/g-(NPSH)r+0.5-Hf,0-1-3 分 =(67*1000-67*1000)/986*9.81-(3.7+0.5)-0.87 =-5.07m -5 分 由于-5.07mHg=-3.5m -2 分 所以，此泵不能正常操作。-2 分 要使泵正常操作，须将其移埋入地下或设备提升1.6m。-2 分 2.欲用离心泵将 20水以 30m3/h 的流量由敞口水池打到敞口高位槽，两液面均保持不变，两液面高度差为 18m，泵的吸入口在水池液面上方 2m 处。泵的吸入管路全部阻力为 1mH2O 柱，压出管路全部阻力为 3mH2O 柱，泵的效率为 0.6，求1泵的轴功率；2假设泵的必须汽蚀余量为 2.5m，20水的饱和蒸汽压为 2338.43Pa，问上述安装高度是否适宜？水的密度可取 1000kg.m-3，外界大气压为 10mH2O。(1)如图取 11，22 截面，并以 11 截面为基准面，列柏努利方程得：HZHf1-2181322m -4 分 PaqVHg/(30/3600)2210009.8/0.63kw -4 分(2)由题目所给条件，得泵的最大允许安装高度为：Hg=p0/g pv/g Hf(0-1)(NPSH)r+0.5 -3 分=10 2338.43/1000/9.81 1 (2.5+0.5)=5.76m -3 分 由于实际安装高度仅 2 米，安装高度适宜。-2 分 3.*离心泵在一定转速下的特性方程为 H=26-0.4106Q2，用该泵将水从贮槽抽送至*高位槽，两槽皆敞口，两槽液面高度差为 10 米。管路系统的阻力损失hf=0.6106qV2 (hf的单位为米，qV的单位为 m3/s)。试计算：（1）假设两槽中水位恒定，求流量。（2）开场时，两槽液面位差是 10 米，过程中如高位槽中液位恒定，求低位槽中液面下降两米所需的时间，低位槽面积为100m2。解:1管路特性方程：3.5m.H=10+hf=10+0.6106Q2 -3 分 泵特性方程：H=26-0.4106Q2 联立以上二方程，解得，管路中的实际工作点：Q=410-3m3/s=14.4m3/h -3 分(2)列瞬时柏式方程，以低位槽液面为基准水平面，得 H=(10-Z)+hf=10-Z+0.6106Q2 -3 分 和离心泵特性方程 H=26-0.4106Q2 联立得：26-0.4106Q2=10-Z+0.6106Q2 -2 分 解得：Q=0.001(16+Z)0.5 -1 分 代入低位槽物料衡算式：0-Q=AdZ/dt，得：-0.001(16+Z)0.5dt=-AdZ 两边进展积分，t：0-t，Z：0-(-2)得 t=5.17104s=14.4h -4 分 4*离心泵的必需汽蚀余量为 3.5m，今在海拔 1000m 的高原上使用。吸入管路的全部阻力损失为 3J/N。今拟将该泵装在水源之上 3m 处，试问此泵能否正常操作？该地大气压为 90kPa，夏季的水温为 20，饱和蒸汽压为 2338.43Pa。Hg=Po/(g)-Pv/(g)-Hf-(NPSH)r+0.5 -5 分=90*103/(1000*9.81)-2338.43/(1000*9.81)-3-(3.5+0.5)=1.93m -4 分 1.93m3m=Hg 所以，不能正常操作，会发生汽蚀现象。-5 分 第四章 1.非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径，它的表达式为 B。A)d=6V/S，此处 V 为非球形颗粒的体积，S 为非球形颗粒的外表积 B)d=(6V/)1/3 C)d=(4V/)l/3 D)d=Kv/)l/3，k 为系数，其值与非球形颗粒的形状有关 2.以下说确的有 ABCD。A)单位体积固体颗粒所具有的外表积称为该固体颗粒的比外表积 B)根据不同方面的等效性外表积等效、体积等效、比外表积等效等，可以定义不同的当量直径 C)形状系数是与非球形颗粒体积相等的球的外表积除以非球形颗粒的外表积 D)对于球形颗粒，只要一个参数即颗粒直径便可唯一确实定其体积、外表积及比外表积 3.“颗粒度分布越不均匀，则所形成的床层空隙率越大，“一般壁附近床层空隙率较层中心的空隙率大则D A)这两种说法都对 B)这两种说法都不对 C)只有第一种说法对 D)只有第二种说法对.4.影响流体通过固定床的压降的因素有、和，其中影响最大的因素是。操作变量 u，流体物性 和；床层特性 和 a；空隙率 5.流体通过颗粒层的流动多呈状态，故单位体积床层所具有的外表积对流动阻力起决定作用。爬行 6.在饼层过滤中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是而不是。滤饼层过滤介质 7.颗粒的粒度分布越不均匀，所形成床层的空隙率越。在器壁附近床层空隙率较，床层中心处空隙率则较。小大小 8.过滤操作中有时在滤浆中参加一些助滤剂，原因是。过滤时能形成疏松的饼层，减小滤液的流动阻力 9、过滤速度是指。单位时间、单位过滤面积所获得的滤液体积 10、推导过滤根本方程式时一个最根本的依据是。A、固体颗粒的沉降速度 B、滤饼的可压缩性 C、液体的层流流动 D、过滤介质的比阻 11.要使微粒从气流中除去的条件，必须使微粒在降尘室的停留时间微粒的沉降时间。A.；B.；C.；D.12.过滤操作中滤液流动遇到阻力是。A、介质阻力；B、滤渣阻力；C、介质和滤渣阻力之和。13.旋风别离器的临界粒径是指能完全别离出来的粒径。A.最小；B.最大；C.平均；14.旋风别离器主要是利用的作用使颗粒沉降而到达别离。A.重力；B.惯性离心力；C.静电场 15.板框过滤机采用横穿法洗涤滤渣时，假设洗涤压差等于最终过滤压差，洗涤液粘度等于滤液粘度，则其洗涤速率为过滤终了速率的倍。A、1；B、0.5；C、0.25 16.当固体微粒在大气中沉降是层流区域时，以的大小对沉降速度的影响最为显著。A.颗粒密度；B.空气粘度；C.颗粒直径 17.过滤速率的定义是_，在恒压过滤时，过滤速率将随操作的进展而逐渐变_。18.板框压滤机洗涤速率是过滤终了过滤速率的_倍。19欲提高降尘宝的生产能力，主要的措施是。.A、提高降尘宝的高度；B、延长沉降时间；C、增大沉降面积 20.悬浮在静止流体中的固体微粒在重力作用下，沿重力方向作自由沿降时，会受到_三个力的作用。当此三个力_时，微粒即作匀速沉降运动。21.球形粒子的球形度()；非球形粒子的球形度。A.等于 1；B.小于 1；C.大于 1 22.恒压过滤时过滤速率随过程的进展而不断。A.加快；B.减慢；C.不变 23.降尘室做成多层的目的是_ 。24、恒压过滤时，如介质阻力不计，过滤时间减半，其它条件均不改变，则所获得的滤液量 A、为原来的 1/3 倍 B、为原来的2倍 C、为原来的2/1倍 D、为原来的 1/2 倍 25、过滤介质阻力可忽略不计，滤饼不可压缩，假设恒速过滤过程中，在相等时间滤液体积由 V1增多至 V2=2V1时，则当操作压差由P1增大至P2，P2=P1。26、对于可压缩滤饼，假设过滤压差增倍，则过滤速率。A 增加一半 B、增加一倍 C、根本不变 D、有所增加但增加不到一倍 27、恒压过滤时，滤浆温度降低，则滤液粘度，过滤速率。28、恒压过滤且介质阻力忽略不计时，假设粘度降低 20%，则在一样条件下所获得的滤液量增加。A、11.8%B、9.54%C、20%D、44%29、将降尘室分成多层后，假设能 100%除去的最小颗粒直径要求不变，则生产能力，沉降速度，沉降时间。增大、不变、减小 30、洗涤滤饼的主要目的是 31、在重力场中，微小颗粒的沉降速度与以下因素无关。A 粒子的几何形状 B、粒子的几何尺寸 C、流体与粒子的密度 D、流体的流速 第六章传热 1.C是一种以电磁波传递热能的方式。A、传导 B、对流 C、辐射 2.在列管式换热器中,用饱和蒸汽加热空气，此时传热管的壁温接近_流体的温度，总传热系数 K 接近_流体的对流给热系数。蒸汽空气 3.对于沸腾传热，工业生产一般应设法控制在 A 沸腾下操作。A、核状 B、稳定的膜状 C、不稳定的膜状.4.对外来辐射能吸收率为 100%的物体称为_黑体或灰体，对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体称为_黑体或灰体。黑体，灰体 5.蒸汽冷凝时，膜状冷凝的(C )滴状冷凝的。A.等于 B.大于 C.小于 6.有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为1，大于第二种的2，假设作为换热器材料，应选用 _种；当作为保温材料时，应选用_种。第一第二 7.进展换热的两流体，假设1“2时，要提高 K 值，应设法提高_；当12时，要提高 K 值，应使_。2；1与2同时提高 8.在间壁式换热器用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数 K 值接近于B。A.蒸汽 B.空气 C.蒸汽与空气的平均值 9.套管冷凝器的管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时:1传热系数应 A 增大 B 减小 C 根本不变(A )2空气出口温度 A 增大 B 减小 C 根本不变(B)3壁温 A 增大 B 略有减小 C 根本不变 (B )5.对一台正在工作的列管式换热器，1116w.m-2.K-1，211600 w.m-2.K-1，要提高传热系数K，最简单有效的途径是 A 。A.设法增大1;B.设法增大2;C.同时增大1和2。10.当间壁两侧流体稳定变温传热时，工程上为何常采用逆流操作？简要定性分析主要原因。答：因为逆流操作有较高的经济效益。主要原因可由以下两方面分析：1当 T1、T2、t1、t2四个温度一定时，逆流操作的 tm比其它流向大。根据：Q=KAtm，当 K、A 一定时，tm则 Q，对现有的换热器来说，可提高生产能力。当 Q、K 一定时，tm则 A，对生产能力要求一定时，新设计制造换热器由于 A 较小，设备尺寸可减小，节省投资费。2一般逆流操作的正常操作费比其它流向要少。逆流操作时，载热体用量比其它流向的要小，降低能耗，提高了经济效益。一、在管为180*10mm 的套管换热器中，将流量为 3500kg/h 的*液态烃从 100冷却到 60，其平均比热 Cp烃=2.38kJ/kg.，水从 40加热到 50，其平均比热 Cp水=4.17kJ/kg.，基于传热外面积的总传热系数Ko=2000W/m2.，设其值恒定，忽略热损失。试求：（1）水用量；（2）计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。答：1qmh.Cph.(T1-T2)=qmc.Cpc.(t2-t1)-3分 3500*2.38*(100-60)=qmc*4.17*(50-40)qmc=7990Kg/h -4分.2t(逆)=50-20/ln(50/20)=32.75-2 分 t(并)=60-10/ln(60/10)=27.93-2 分 Q=qmc.Cpc.(t2-t1)=7990*4.17*(50-40)=3.332*105kJ/h -2 分 A(逆)=Q/Kot(逆)=3.332*105/(2000/1000)*32.75*3600=1.41(m2)L(逆)=A(逆)/(3.14*0.18d2)=1.41/(3.14*0.18)=2.5m -2 分 A(并)=Q/Kot(并)=3.332*105/(2000/1000)*27.93*3600=1.66m2 L(并)=A(并)/(3.14*0.18d2)=1.66/(3.14*0.18)=2.93m -2 分 二.有一列管换热器,用-15的液氨蒸发来冷却空气。空气在换热器的簿壁列管作湍流流动,由 40冷却到-5，液氨侧的对流传热系数为 1880w.m-2.K-1，空气侧的对流传热系数为：46.5 w.m-2.K-1，忽略管壁和污垢热阻。求：(1)平均温度差；(2)总传热系数。1）tm (40-(-15)-(-5-(-15)/ln(55/10)26.4 21/K1/46.5+1/1880 K-2.K-1 三、有一套管换热器，管为542mm，外管为1164mm 的钢管，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 r=2168.1kJ/kg，冷凝传热系数为 11630W/m2.K。苯 在 50 80 之 间 的 物 性 参 数 平 均 值 为 密 度 =880kg/m3，比 热Cp=1.86kJ/kg.，粘度，导热系数=0.134W/m.K，管壁污垢热阻为0.000265.m2/W，管壁及管外侧垢阻不计，在圆形直管做强制湍流时对流给热系数计算公式：=0.023*(/d)(Re)0.8(Pr)0.4 试求：(1)加热蒸汽消耗量D；(2)所需的传热面积以管外外表计。1Q=D*r=q m 苯Cp(t2-t1)=4000*1.86*(80-50)=223200kJ/h D=223200/2168.1=103kg/h -5 分(2)do/di=54/5010000 Pr=1.86*1000*0.39*0.001/0.134=5.41 i=0.023*(0.134/0.05)(7.25*10000)0.8(5.41)0.4=936.3W/m2.K -3 分 K=1/(1/936.3+0.000265+1/11630)=704.7W/m2K -2 分 tm=(83.3+53.3)/2=68.3-2 分 传热面积 A=Q/(Ktm)=223200/(704.7*68.3)=4.64m2-2 分 四、18 分90的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到 50，换热器的换热面积为 6m2，传热系数 K=230W/m2.，正丁醇的流量为 1930kg/h。冷却介质为 18水，.热损失可以忽略。求：A冷却水出口温度；B)冷却水消耗量。70正丁醇 Cp=2.98kJ/kg.，水 Cp=4.187 kJ/kg.。Q=qmh.Cph.(T1-T2)=(1930/3600)*2.98*1000*(90-50)=63900W -5 分 tm=Q/KA=6.39*10000/(230*6)=46.3-4 分 tm=(T1-t2)+(T2-t1)/2 =(90-t2)+(50-18)/2=46.3 所以，t2=29.4-4 分 冷却水消耗量 qmc=Q/(Cpc(t2-t1)=6.39*10000/(4.18*10000*(29.4-18)=1.34kg/s=4800kg/h-5分 由于两端温差分别为 60.6 和 32，故平均温度差采用算术平均是可以承受的。五、*厂一单管程单壳程列管换热器，列管规格为 25*2.5mm，管长 6m，管数501根，管程走热气体，流量为5000kg/h，平均比热3.04kJ/kg.K，进口温度500；壳程走冷气体，流量为 4000kg/h，平均比热 3.14kJ/kg.K，进口温度 30。（1）逆流操作时，测得热气体的出口温度为 200，求总传热系数 K 为多少W/m2K;（2）如采用并流操作，热气体的出口温度有无可能降为200？为什么？解：1Q=qm1.Cp1.(T1-T2)=qm2.Cp2.(t2-t1)=5000/3600*3.04*1000(500-200)=1.26*106 W -3 分 t2=5000*3.04*(500-200)/(4000*3.14)+30=393-2 分 A=n.d.l=501*3.14*0.025*6=236m2-2 分 tm=(500-393)+(200-30)/2=139-2 分 K=Q/(Atm)=1.26*106/(236*139)=38.4W/m2.K -2 分(2)因为并流操作时，应有 T2t2，由前热量衡算可知，当 T2=200时，t2=393(T2)，所以并流操作时，T2不可能到达 200。-6 分 六、90的正丁醇，在逆流换热器中被冷却到 50，换热器的换热面积为 6m2，传热系数 K=230W/m2.，正丁醇的流量为 1930kg/h。冷却介质为 18水，热损失可以忽略。70正丁醇 Cp=2.98kJ/kg.，水 Cp=4.187 kJ/kg.。求：A冷却水出口温度；B)冷却水消耗量。解：Q=qmh.Cph.(T1-T2)=(1930/3600)*2.98*1000*(90-50)=63900W -5 分 tm=Q/KA=6.39*10000/(230*6)=46.3-4 分 tm=(T1-t2)+(T2-t1)/2 =(90-t2)+(50-18)/2=46.3 所以，t2=29.4-4 分.冷却水消耗量 qmc=Q/(Cpc(t2-t1)=6.39*10000/(4.18*10000*(29.4-18)=1.34kg/s=4800kg/h-5分 由于两端温差分别为 60.6 和 32，故平均温度差采用算术平均是可以承受的。七、拟采用 894.5 和 573.5mm 的钢管套管冷却器将甲醇液体 5000kg/h，从65冷却至 35，甲醇在定性温度下的物性如下：=770kg/m3；Cp=2.64kJ/kg.K；Pr=5.48；=0.207 w.m-1.K-1；=0.43Cp；现安排甲醇走管，忽略热损失，Cp(水)=4.187kJ/(kg.K)求：1甲醇的给热系数；2假设冷却水初温为 20，终温为45，冷却水耗用量为多少 kg/h“3假设K=430w.m-2.K-1，两流体呈逆向流动，需套管的长度为多少m？解：1u甲醇=5000/3600 770/0.785(5010-3)2 =0.9186m/s -2 分 Re=du/=(50 10-30.9186 770)/(0.43 10-3)=82250 104 Pr=Cp/=(2.64 1030.43 10-3)/0.207 =5.484 假设L/d60 甲醇=0.023/diRe0.8 pr0.4 =0.023 0.207/0.05(82250)0.8(5.484)0.4 =1357W.m-2.K-1-3 分(2)qm 水=qm 甲醇Cp甲醇T1-T2/Cp 水t2-t1 =50002.64103(65-35)/4.187103(4520)=3783kg/h -4 分(3)t1=65-45=20；t2=35-20=15 tm=(t1t2)/2=(2015)/2=17.5-3 分 Q=qm 甲醇Cp 甲醇T1-T2 =5000/36002.6410365-35 =1.1105 W A=Q/(Ktm)=(1.1105)/(43017.5)=14.62m-3 分 L=A/(d)=14.62/(5710-3)=81.63m 验证：L/d=81.63/0.057=1.432103 60 -1 分 八、有一台套管换热器，管为 382.5mm 钢管，外管为 573mm 钢管，换热管总长 36m，逆流操作，管走水，将管间 4200kg/h 的苯液从 65冷却到 35，水温从 25升到 35，现苯侧对流传热系数为 2030w/m2.k，水侧对流传热系数为6610w/m2.k，苯侧污垢层热阻为 0.18m2.k/kw，苯液比热 Cp1=1.80kJ/kg.k，钢导热系数=45w/m.k。试计算：（1）该换热器传热系数 K;（2）水侧污垢层热阻。(1)Q=qm1Cp1(T1-T2)=(4200/3600)1.81000(65-35)=63000w .A1=dl=3.140.03826=4.295m2-2 分 tm=(65-35)-(35-25)/ln(30/10)=18.2-3 分 K=Q/(A1tm)=63000/(4.29518.2)=806 w/m2.k-2 分(2)Ri2=1/K-1/1+A1/(Am)+R02+A1/(2A2)=1/806-1/2030+0.002538/(4535.5)+0.18/1000+38/(661033)=3.3310-4m2.K/w=0.333 m2.K/kw 九、接触法硫酸生产中用氧化后的高温 SO3混合气予热原料气SO2及空气混合物,：列管换热器的传热面积为 90 m2，原料气入口温度 t1300,出口温度 t2=430。SO3混合气入口温度 T1=560,两种流体的流量均为 10000kg/h，热损失为原料气所得热量的 6，设两种气体的比热均可取为 1.05kJ/kg，且两流体可近似作为逆流处理,求：1SO3混合气的出口温度 T2；2传热系数 Kw.m-2/K。1 Q=K.A.tm=100001.05560T2=100001.054303001.06 得 T2 422.2 2560422.2 430300 tm=(130+122.2)/2=126 K1.4461061000/90126360035.4 w.m-2.K-1 十一、*列管式加热器由多根25mm2.5mm的钢管组成，将苯由20加热到55，苯在管中流动，其流量为 15t/h，流速为 0.5m/s。加热剂为 130的饱和水蒸气，在管外冷凝。苯的比热容 Cp=1.76kJ/kg.，密度为 858kg/m3。加热器的传热系数为 700W/m2.，试求此加热器所需管数 n 及单管长度 l。解：qm2=15T/h=4.17kg/s qm2=n./4.d2.u2.2 故，n=qm22.u2.2)=4.17/(0.785*0.022*0.5*858)=31 Q=qm2Cp2(t2-t1)=KAtm=KndLtm tm=(t2-t1)/ln(T-t1)/(T-t2)=91.4 L=qm2Cp2(t2-t1)/K ndtm =4.17*1.76*1000*(55-20)/(700*31*3.14*0.025*91.4)=1.65m 1.以下各种情况下的对流给热系数的大小：空气流速为 6m/s 时的 1和空气流速为 25m/s 时的2之间的数值大小顺序为_ _。2 1 2.厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,各层厚度 b1 b2 b3；导热系数1 2 R2 R3；Q1=Q2=Q3 3.热量传递的方式主要有三种:_._._.热传导热对流热辐射.4.牛顿冷却定律的表达式为_，给热系数的单位是_。5.由多层等厚平壁构成的导热壁面中,所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻就愈 _，其两侧的温度差愈_。小小 6.有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为1，大于第二种的2，假设作为换热器材料，应选用_种；当作为保温材料时，应选用_种。第一；第二 7.给热系数的单位，及其影响因素有_。8、一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉受潮后其保温效果将，主要原因是下降水的热导率比石棉大得多 9、流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流层时，主要是以A方式进展的。A、热传导 B、热对流 C、热辐射 D、以上都是 10.两流体的间壁换热器过程中 Q=qmAt，式中t 表示。流体主体温度差 11.换热器常常要进展去除污垢，其原因是 .污垢的传热系数较小，热阻较大 12.间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻 A。A、成正比 B、成反比 C、二次方关系 D、没关系 13.单位时间换热器中冷热流体所交换的热量称为此换热器的 B。A、热负荷 B、传热速率 C、传热系数 D、传热损失 14.换热器按实现传热过程的方式可分成、。直接接触式间壁式蓄热式 15.定态传热指。传热方向上各点的温度不随时间而变，只随位置而变 16.在多层平壁定态热传导中，通过各层的热流密度。相等