化工原理第二版上册课后习题及答案.pdf

绪 论1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。(1)水的黏度|i=0.00856 g/(cm s)(2)密度 p=138.6 kgf，s2/m4(3)某物质的比热容CP=0.24 BTU/(lb T)2(4)传质系数 KG=34.2 kmol/(m h atm)(5)表面张力。=74 dyn/cm(6)导热系数 X=1 kcal/(m-h,)解：本题为物理量的单位换算。(1)水的黏度 基本物理量的换算关系为1 kg=1000g,1 m=100 cm则gkg(2)密度基本物理量的换算关系为1 kgf=9.81 N,1 N=1 kg-m/s22(3)从附录二查出有关基本物理量的换算关系为1 BTU=1.055 kJ,1 b=0.4536 kg59oC则(4)传质系数基本物理量的换算关系为1 h=3600 s,1 atm=101.33 kPa 贝 Ukmolm2(5)表面张力 基本物理量的换算关系为1 dyn=lxlON 1 m=100cm则-5Nm(6)导热系数基本物理量的换算关系为1 kcal=4.1868x103 J,1 h=3600 s则2.乱堆25cm拉西环的填料塔用于精储操作时，等板高度可用下面经验公式计算,即式 中 HE等板高度，ft；G气相质量速度，lb/(ft2-h)；D塔径，ft；Z0每 段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft；a相对挥发度，量纲为一；RL液相黏度，cP；pL液相密度，lb/ft3A、B、C为常数，对25 mm的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI单位。解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。具体换算过程如下：（1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为（见1）a量纲为一，不必换算lep将原符号加上”以代表新单位的符号，导出原符号的“数字”表达式。下面以HE为例:则同理（3）将以上关系式代原经验公式，得整理上式并略去符号的上标，便得到换算后的经验公式，即第 一 章 流体流动流体的重要性质1.某气柜的容积为6 000 m 3,若气柜内的表压力为5.5 k P a,温度为40 已知各组分气体的体积分数为：H2 40%、N2 20%CO 32%、CO2 7%、CH4 1%,大 气 压 力 为101.3 kPa,试计算气柜满载时各组分的质量。解：气柜满载时各气体的总摩尔数各组分的质量:mCO32CO24CH42.若将密度为830 kg/m的油与密度为710 kg/m的油各60 kg混在一起，试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。解：流体静力学3.已知甲地区的平均大气压力为85.3 kPa,乙地区的平均大气压力为101.33 kPa,在甲地区的某真空设备上装有一个真空表，其读数为20 kPa。若改在乙地区操作,真空表的读数为多少才能维持该设备的的绝对压力与甲地区操作时相同？解：（1）设备内绝对压力绝压=大气压-真空度（2）真空表读数真空度=大气压-绝压4.某储油罐中盛有密度为960 kg/m的 重 油（如附图所示），油面最高时离罐底9.5 m,油面上方与大气相通。在罐侧壁的下部有一直径为760 mm的孔，其中心距 罐 底1000 m m,孔 盖 用14 m m的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作压力为39.5x106 P a,问至少需要几个螺钉（大气压力为101.3x103 Pa）?解：由流体静力学方程，距 罐 底1000 mm处的流体压力为3（绝压）作用在孔盖上的总力为=（-）每个螺钉所受力为因 此=（个）3习题4附图 习题5附图5.如本题附图所示，流化床反应器上装有两个U管压差计。读数分别为Rl=500mm,R2=80 m m,指示液为水银。为防止水银蒸气向空间扩散，于右侧的U管与大气连通的玻璃管 解：（1）A点的压力水汞（表）4（2）B 点的压力汞 gRl（表）446.如本题附图所示，水在管道内流动。为测量流体压力，在管道某截面处连接U 管压差计，指示液为水银，读数R=100mm,h=800 mm0为防止水银扩散至空气中，在水银面上方充入少量水，其高度可以忽略不计。己知当地大气压力为101.3 k P a,试求管路中心处流体的压力。解：设管路中心处流体的压力为p根据流体静力学基本方程式，则 水 汞水 汞gR7.某工厂为了控制乙焕发生炉 解：（1）用 SI单位计算查附录70%醋酸在20 时，3,故为湍流。（2）用物理单位计算1 0.有一装满水的储槽，直径1.2 m,高3 m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4 c m,测得水流过小孔的平均流速uO与槽内水面高度z的关系为：试 求 算（1）放 出1 m3水所需的时间（设水的密度为1000kg/m3）；（2）又若槽中装满煤油,其它条件不变，放 出1m煤油所需时间有何变化（设煤油密度为800 kg/m）?解：放 出1m水后液面高度降至z l,则由质量守恒，得,既水补充）为A小孔截面积）0为储槽截面积）故有即A上式积分得1 1.如 本 题 附 图 所 示，高位槽（1）式中 zl=7 m,ubl 0,pl=0（表压）z2=L5m,p2=0（表压），ub2=5.5 u2代 入 式（1）得（2）水 的 流 量（以m3/h计）习题11附图习题12附图12.20 C 的水以2.5 m/s的平均流速流经q38 mm2.5 mm的水平管，此管以锥形管与另一（P53 mmx3 mm的水平管相连。如本题附图所示，在锥形管两侧A、B 处各插入一垂直玻璃管以观察两截面的压力。若水流经A、B 两截面间的能量损失为L5J/kg,求两玻璃管的水面差（以mm计），并在本题附图中画出两玻璃管中水面的相对位置。解：在 A、B 两截面之间列机械能衡算方程Ibl2b2f2式中 zl=z2=0,2ub2hf=1.5 J/kg222故13.如本题附图所示，用泵2 将储罐1 中的有机混合液送至精储塔3 的中部进行分离。已知储罐内液面维持恒定，其上方压力为Pao流体密度为800 kg/m3。精镭塔进口处的塔内压力为，进料口高于储罐内的液面8 m,输送管道直径为，进料量为20 m3/h。料液流经全部管道的能量损失为7 0 J/k g,求泵的有效功率。解：在截面A-和截面B-之间列柏努利方程式，得P1ul225p2u2225f习题13附图Pa；Vd22036003.1442222hW 1 4 .本 题 附 图 所 示 的 贮 槽(3 )习题 1 4 附图将 式(2),(3)代入式(1)得即(4)在贮槽液面与管出口截面之间列机械能衡算方程2 2 即或写成式(4)与 式(5)联立，得(20.0 3 2)2 d h即i.c,0=0,h=h l=2 m；0=0,h=l m积分得动量传递现象与管内流动阻力1 5.某不可压缩流体在矩形截面的管道中作一维定态层流流动。设管道宽度为b,高度2 y 0,且 b&g t;&g t;y 0,流道长度为L,两 端 压 力 降 为，试根据力的衡算导 出（1）剪应力T随高度 y （自中心至任意一点的距离）变化的关系式；（2）通道截面上的速度分布方程；（3）平均流速与最大流速的关系。解：（1）由于b&g t;&g t;y 0 ,可近似认为两板无限宽，故有L y（2）将牛顿黏性定律代入（1）得dydy L上式积分得(1)(2)边界条件为y=O,u=O,代入式（2）中，得 C=-因此（3）（3）当 y=y 0,u=u ma x故有再将式（3）写成（4）根据u b的定义，得1 6.不可压缩流体在水平圆管中作一维定态轴向层流流动，试证明（1）与主体流 速 u 相 应 的 速 度 点 出 现 在 离 管 壁 0.2 9 3 ri 处，其 中 r i 为管（1）当u=u b时，由式（1）得（r解得由管壁面算起的距离为（2）由drd r对 式（1）求导得b(3)故在管中心处，r=0,故T=0。1 7.流体在圆管 1i s.某液体以二定的庙君 濡 是d2 f=(式中dl=2 ,u b2=(u bldld2)2 =4因此又由于R e0.2 5dlu blR e 1 R e2)0.2 5=()0.2 5=(2 x)0 2 5=(0.5)0.2 5=0.8 4 1 4故1 9.用泵将2 xl0 kg/h的溶液自反应器送至高位槽（见本题附图）。反应器液面上方保持2 5.9 xlO P a的真空度，高位槽液面上方为大气压。管道为的钢管，总长为3 5 m,管线上有两个全开的闸阀、一个孔板流量计（局部阻力系数为4）、五个标准弯头。反应器 解：在反应器液面1-1与管路出口1-1,为基准水平面，得式中 zl=0,z2=1 7 m,u bl 0列机械能衡算方程，以截面2 2 u u p p（1）-2 5.9 x1 O P a (表)，p 2=0 (表)将以上数据代入式（1）,并整理得u b22 2其中()根据R e 与 e/d值，查得九=0.0 3,并由教材可查得各管件、阀门的当量长度分别为 闸 阀（全开）：0.4 3 x2 m =0.8 6 m标准弯头：2.2 x5 m =1 1 m故于是泵的轴功率为流体输送管路的计算2 0.如本题附图所示，贮槽 习题2 0 附图系数 可取为0.0 2 5,管路入口处的局部阻力系数取为 3 0.5。问每小时从管中流出多少水（m）?（2）当闸阀全开时，U管压差计测压处的压力为多少P a （表压）。（闸阀全开时L e/d=1 5,摩擦系数仍可取0.0 2 5。）解：（1）闸阀部分开启时水的流量在贮槽水面1-1，与测压点处截面2-2,间列机械能衡算方程，并通过截面2-2,的中心作基准水平面，得,1 2（a）式中 p l =0（表）（表）2u b 2=0,z 2=0z l 可通过闸阀全关时的数据求取。当闸阀全关时，水静止不动，根据流体静力学基本方程知(b)式中 h=1.5 m,R=0.6 m将已知数据代入式（b）得将以上各值代入式(a),即9.8 1 x 6.6 6=u+b 2 3 9 6 3 01 0 0 0+2.1 3 u b 22解得水的流量为点处的压力在截面1-1与管路出口(2)闸阀全开时测压(c)式中 z 1=6.66 m,z3=0,ubl=O,pl=p3将以上数据代入式(c),即9.81x6.66=u+4.81 ub2 2b2解得再在截面1-1,与 2-2,间列机械能衡算方程，基平面同前，得,12(d)式中 z 1=6.66 m,z2=0,ub2=3.51 m/s,pl=O(表压力)将以上数值代入上式，则解得 p2=3.30 xl0Pa(表压)21.10 的水以5001/min的流量流经一长为300m的水平管，管壁的绝对粗糙度为0.05 mm。有 6 m 的压头可供克服流动的摩擦阻力，试求管径的最小尺寸。解：由于是直径均一的水平圆管，故机械能衡算方程简化为上式两端同除以加速度g，得即(a)6 m(题给)将 ub代入式(a),并简化得(b)九与Re及 e/d有关，采用试差法，设九=0.021代入式(b),求出d=0.0904m。下面验算所设的入值是否正确：10 水物性由附录查得p=1000 kg/m3,口=130.77x10-由e/d及 R e,查得九=0.021故2 2.如本题附图所示，自水塔将水送至车间，输送管路用 的钢管，管路总长为190m（包括管件与阀门的当量长度，但不包括进、出口损失）。水 塔 习 题 22附图p552采用试差法，假设则取管壁的绝对粗糙度为0.2 mm,则管壁的相对粗糙度为e查图1-22,得代入式（1）得，故假设正确，管路的输水量1)2 3.本题附图所示为一输水系统，高位槽的水面维持恒定，水分别从BC与 BD两支管排出，高位槽液面与两支管出口间的距离均为1 1。AB管段 习题23附图当 所 有 阀 门 全 开 时，两 支 管 的 排 水 量 各 为 多 少(m3/h)?(BD支管的管壁绝对粗糙度，可取为0.15m m,水的密度为1000kg/m,黏度为。)解：(1)当BD支管的阀门关闭时，BC支管的最大排水量在高位槽水面1-1与BC支管出口 zl=l 1 m,zc=O,ublO,pl=pc故 ubC(a)(b)580.03812.5(c)(d)将式(e)代入式(b)得(f)BC将 式(f)、(d)代入式(b)，得ubC=ub,BC,并以ghf值代入式(a),解得ub,BC=2.45 m/s故 VBC=3600 xTt4x0.0322x2.45 m3/h=7.10 m3/h(2)当所有阀门全开时，两支管的排水量根据分支管路流动规律，有(a)两支管出口均在同二水平面上，下游截面列于两支管出口外侧，于是上式可简化为将、值代入式（a）中，得BC（b）分支管路的主管与支管的流量关系为VAB=VBC+VBD上式经整理后得（c）在 截 面 1-1,与 C-C 间列机械能衡算方程，并 以 C-C 为基准水平面，得（d）上式中 zl=ll m,zC=O,ubl=O,ub,C-0上式可简g 为2 前已算出22因此在式（b）、（c）、（d）中，ub,AB、ub,BC、ub,BD即入均为未知数，且入又为ub,BD的函数，可采用试差法求解。设 ub,BD=1.45m/s,则查摩擦系数图得入=0.034。将九与ub,BD代入式（b）得解得将 ub,BC、ub,BD值代入式（c）,解得将 ub,AB、ub,BC值代入式（d）左侧，即计算结果与式（d）右侧数值基本相符（108.4=107.9）,故 ub,BD可以接受，于是两支管的排水量分别为2 4.在内径为300 mm的管道中，用测速管测量管内空气的流量。测量点处的温度为20,真空度为500 P a,大气压力为98.66x103 Pa。测速管插入管道的中心线处。测压装置为微差压差计，指示液是油和水，其密度分别为835 kg/m和998 kg/m,测得的读数为100 mm。试求空气的质量流量（kg/h）。解：查附录得，20,101.3 kPa时空气的密度为1.203 kg/m 3,黏度为1.81x10-5,则管中空气的密度为101.3查图1-28,得25.在 _ _ _ _ _ _ 的管路上装有标准孔板流量计，孔板的孔径为16.4 mm,管中流动的是20 的甲苯，采用角接取压法用U 管压差计测量孔板两侧的压力差，以水银为指示液，测压连接管中充满甲苯。现测得U 管压差计的读数为600m m,试计算管中甲苯的流量为多少（kg/h）?解:已知孔板直径do=16.4 m m,管径dl=33m m,则设 Re>Reo,由教材查图1-30得 Co=0.626,查附录得20 c 甲苯的密度为866kg/m 3,黏度为O.6xlOPa-s。甲苯在孔板处的流速为甲苯的流量为验 Re值，管ubl兀 422原假定正确。非牛顿型流体的流动426.用泵将容器中的蜂蜜以6.28xl0m/s流量送往高位槽中，管路长（包括局部阻力的当量长度）为20 m,管径为duz0.1 m,蜂蜜的流动特性服从幕律0.5-3 3密度p=1250kg/m3,求泵应提供的能量(J/kg)o解：在截面 和截面 之间列柏努利方程式，得P1ul225P2u2225hf22d20.120.8n0.50.80.580.5125081.3981250第二章流体输送机械1.用离心油泵将甲地油罐的油品送到乙地油罐。管路情况如本题附图所示。启动泵之前A、C两压力表的读数相等。启动离心泵并将出口阀调至某开度时，输油量为39 m3/h,3此时泵的压头为38 m。已知输油管又-225则（q e的单位为m3/h）（2）输油管线总长度d2于是2.用离心泵（转速为2900 r/min）进行性能参数测定实验。在某流量下泵入口真空表和出口压力表的读数分别为60 kPa和220 k P a,两测压口之间垂直距离为0.5 m,泵的轴功率为6.7 kW。泵吸入管和排出管内径均为80 m m,吸入管中流动阻力可表达为（u l为吸入管内水的流速，m/s）o离心泵的安装高度为2.5 m,实验是在20,98.1 kPa的条件下进行。试计算泵的流量、压头和效率。解：(1)泵的流量由水池液面和泵入口真空表所在截面之间列柏努利方程式(池中水面为基准面),得到将有关数据代入上式并整理，得则(2)泵的扬程(3)泵的效率3在指定 转 速 下，泵的性能参数为：q=57.61 m/h H=29.04 m P=6.7 kWr|=68%3.对于习题2的实验装置，若分别改变如下参数，试求新操作条件下泵的流量、压头和轴功率(假如泵的效率保持不变)。(1)改送密度为1220 kg/m3的果汁(其他性质与水相近)；(2)泵的转速降至2610 r/min。解：由习题 2 求得：q=57.61 m3/h H=29.04 m P=6.7 kW(1)改送果汁改送果汁后，q,H不变，P随p加大而增加，即(2)降低泵的转速根据比例定律，降低转速后有关参数为3 4.用离心泵（转速为2900r/min）将 20 的清水以60 m/h的流量送至敞口容器。此流量下吸入管路的压头损失和动压头分别为2.4 m 和0.61 mo规定泵入口的真空度不能大于64 kPa。泵的必需气蚀余量为3.5 m。试 求（1）泵的安装高度（当地大气压为100 kPa）；（2）若改送55 的清水，泵的安装高度是否合适。解：（1）泵的安装高度在水池液面和泵入口截面之间列柏努利方程式（水池液面为基准面），得即（2）输送55 C清水的允许安装高度55 清水的密度为985.7 kg/m 3,饱和蒸汽压为15.733 kPa则原安装高度（3.51m）需下降1.5 m 才能不发生气蚀现象。5.对于习题4 的输送任务，若选用3B57型水泵，其操作条件下（55 C 清水）的允许吸上真空度为5.3 m,试确定离心泵的安装高度。解：为确保泵的安全运行，应以55 热水为基准确定安装高度。泵的安装高度为2。nio6.用离心泵将真空精储塔的釜残液送至常压贮罐。塔底液面上的绝对压力为32.5kPa（即输送温度下溶液的饱和蒸汽压）。已知：吸入管路压头损失为1.46 m,泵的必需气蚀余量为2.3 m,该泵安装在塔则-4.26m泵的允许安装位置应在塔内液面下4.26m处，实际安装高度为-3.0m,故泵在操作时可能发生气蚀现象。为安全运行，离心泵应再下移1.5 m。7.在指定转速下，用 20 C的清水对离心泵进行性能测试，测得q H 数据如本题附表所示。习题7 附表1在实验范围内，摩擦系数变化不大，管路特性方程为（qe的单位为m/min）23试确定此管路中的q、H 和 P（n=81%）习题7 附图解：该题是用作图法确定泵的工作点。由题给实验数据作出q H 曲线。同时计算出对应流量下管路所要求的H e,在同一坐标图中作qe H e曲线，如本题附图所示。两曲线的交点M 即泵在此管路中的工作点，由图读得q=0.455 m/min,H=29.0 m,则340qHM30H/m20qe He10000.10.2习题7 附图 q/（m/min）30.30.40.5kW=2.66 kW习题7 附表28.用离心泵将水库中的清水送至灌溉渠，两液面维持恒差8.8 m,管（q 的单位为 m/s）3试求泵的流量、压头和有效功率。解：联立管路和泵的特性方程便可求泵的工作点对应的q、H,进而计算Pe。管路特性方程 泵的特性方程联立两方程，得到 q=4.52xl0-3 m3/s H=19.42 m则9.对于习题8 的管路系统，若用两台规格相同的离心泵（单台泵的特性方程与习题8 相同）组合操作，试求可能的最大输水量。解：本题旨在比较离心泵的并联和串联的效果。（1）两台泵的并联525q22解得:q=5.54x!0-3 m3/s=19.95 m3/h(2)两台泵的串联解得：q=5.89xlOm/s=21.2m/h在本题条件下，两台泵串联可获得较大的输水量21.2 m3/ho1 0.采用一台三效单动往复泵，将敞口贮槽中密度为1200 kg/m的粘稠液体送至表压为1.62x103 kPa的高位槽中，两容器中液面维持恒差8 m,管路系统总压头损失为4 mo已知泵的活塞直径为70 m m,冲程为225 m m,往复次数为200 min,泵的容积效率和总效率分别为0.96和0.91。试求泵的流量、压头和轴功率。解：(1)往复泵的实际流量-133(2)泵的扬程(3)泵的轴功率4 kW=16.08 kW 11.用 离 心 通 风 机 将 50、101.3 k P a 的空气通过库存风机的风量q=1.6xl04 m 3/h,风 压 HT=1.2x104 P a 均大于管路要求(qe=1.5xl04m/h,HT=10967 P a),故风机合用。1 2.有一台单动往复压缩机，余隙系数为0.06,气体的入口温度为20,绝热压缩指数为1 4,要求压缩比为9,试 求(1)单级压缩的容积系数和气体的出口温度；(2)两级压缩的容积系数和第一级气体的出口温度；(3)往复压缩机的压缩极限。解：(1)单级压缩的容积系数和气体的出口温度3(2)两级压缩的容积系数和第一级气体出口温度改为两级压缩后，每级的压缩比为1则重复上面计算，得到0.4(3)压缩极限即解得 p2第五章传热过程基础1.用平板法测定固体的导热系数，在平板一侧用电热器加热，另一侧用冷却器冷却，同时在板两侧用热电偶测量其表面温度，若所测固体的表面积为0.02 m2,厚度为0.02 m,实验测得电流表读数为0.5 A,伏特表读数为100 V,两侧表面温度分别为200 和50,试求该材料的导热系数。解：传热达稳态后电热器的加热速率应与固体的散热(导热)速率相等，即L式中9将上述数据代入，可得2.某平壁燃烧炉由一层400 mm厚的耐火石专和一层200 mtn厚的绝缘砖砌成，操作稳定后，测 得 炉 的(5-32)或式中(5-32a)1500代入九1、入 2 得解之得则3.外径为159 mm的钢管，其外依次包扎A、B 两度保温材料，A 层保温材料的厚度为50m m,导热系数为0.1 W/(m C),B 层保温材料的厚度为100 mm,导热系数为L0W/(m.),设 A 的1A、B 两层互换位置后，热损失为14.直径为 的钢管用40 mm厚的软木包扎，其外又包扎100 mm厚的保温灰作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为 ,绝热层外表面温度为 10 软木和保温灰的导热系数分别为)和 ),试求每米管长的冷损失量。解：此为两层圆筒壁的热传导问题，则15.在某管壳式换热器中用冷水冷却热空气。换热管为25 mmx2.5 mm的钢管，其导热系数为45 W/(m.)o 冷却水在管程流动，其对流传热系数为2 600W/(m2.),热空气在壳程流动，其对流传热系数为52 W/(m2.)。试求基于管外表面积的总传热系数K,以及各分热阻占总热阻的百分数。设污垢热阻可忽略。解：由查得钢的导热系数壳程对流传热热阻占总热阻的百分数为O管程对流传热热阻占总热阻的百分数为doidi管壁热阻占总热阻的百分数为bdodm.在一传热面积为40 m 的平板式换热器中，用水冷却某种溶液，两流体呈逆流流动。冷却水的流量为30 000kg/h,其温度由22 升高到36。溶液温度由 115 c 降至55 若换热器清洗后，在冷、热流体流量和进口温度不变的情况下，冷却水的出口温度升至40 C,试估算换热器在清洗前壁面两侧的总污垢热阻。假设：(1)两种情况下，冷、热流体的物性可视为不变，水的平均比热容为4.174kJ/(kg)；(2)两种情况下,热损失。分别相同；(3)忽略壁面热阻和解：求清洗前总传热系数KInQ求清洗后传热系数由热量衡算3清洗前两侧的总传热热阻.在一传热面积为25 m 的单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶液。冷却水的流量为28 OOOkg/h,其温度由25 升至38,平均比热容为4.17 kJ/(kg)。有机溶液的温度由110 降至65 C,平均比热容为1.72 kJ/(kg-)o两流体在换热器中呈逆流流动。设换热器的热损失可忽略，试核算该换热器的总传热系数并计算该有机溶液的处理量。解：一 幻)物机求有水-O5562二38ln72405354kgh8.在一单程管壳式换热器中，用水冷却某种有机溶剂。冷却水的流量为10 000k g/h,其初始温度为30 C,平均比热容为4.174 kJ/(kg.)o有机溶剂的流量为14000kg/h,温度由180 降至120,平均比热容为1.72kJ/(kg-)0设换热器的总传热系数为5002W/(m.),试分别计算逆流和并流时换热器所需的传热面积，设换热器的热损失和污垢热阻可以忽略。解：Ph6冷却水的出口温度为QWccpc逆流时In25.39115.3990S逆3m22并流时94.6 lln55.39150S逆3m229.在一单程管壳式换热器中，用冷水将常压下的纯苯蒸汽冷凝成饱和液体。已知苯蒸汽的体积流量为1 600 m 3/h,常压下苯的沸点为80.1 C,气化热为394kJ/kg。冷却水的入口温度为20,流量为35 000 kg/h,水的平均比热容为4.17kJ/(kg.)。总传热系2数为450 W/(m C)。设换热器的热损失可忽略，试计算所需的传热面积。解:苯蒸气的密度为PMRTln60.11 0.在一单壳程、双管程的管壳式换热器中，水在壳程 120 75水30计算P 及R查图5-11(a)得11.某生产过程中需用冷却水将油从105 c 冷却至70 C。已知油的流量为6 000kg/h,2 水的初温为22,流量为2 000 kg/ho现有一传热面积为10 m 的套管式换热器，问在下列两种流动型式下，换热器能否满足要求：（1）两流体呈逆流流动；（2）两流体呈并流流动。设换热器的总传热系数在两种情况下相同，为 300 W/（m2 C）；油的平均比热容为 1.9kJ/（kg C）,水的平均比热容为4.17kJ/（kg C）。热损失可忽略。解：本题采用（1）逆流时法计算查图得（2）并流时查图得能满足要求 不能满足要求12.在一单程管壳式换热器中，管外热水被管传热量05W解出解出 13.水以1.5 m/s的流速在长为3 m、直径为 的管（湍流）00.02Re、Pr及 Ldi值均在式5-59a的应用范围 解：甲苯的定性温度为30由附录查得 时甲苯的物性为p=83O kg/m3,Cp=1840 J/(kg-),g=0.4xl0-3 Pa-s,则(湍流)流体在弯管R式中 一弯管中的对流传热系数,直管中的对流传热系数，di管(湍流)1 6.常压空气在装有圆缺形挡板的列管换热器壳程流过。已知管子尺寸为，正方形排列，中心距为51m m,挡板距离为1.45 m,换热器外壳内径为2.8 m,空气流量为，平均温度为140,试求空气的对流传热系数。解：由附录五查得 时空气的物性为p=0.854 kg/m3,Cp=1013 J/(kg-),产2.37105 P as,Pr=0.694采用凯恩(K ern)法，即(5-63)或(5-63a)传热当量直径 可根据管子排列情况进行计算。管子为正方形排列，则式中 t相邻两管的中心距，m；Do一管外径，m。代 入t和do得038式5-63及 式5-63a中的流速u可根据流体流过管间最大截面积A计算，即t)式中 z两挡板间的距离，m；D换热器的外壳上述式中的 对气体可取为1.0。1 7.将 长 和 宽 均 为0.4 m的垂直平板置于常压的饱和水蒸气中，板面温度为98,试计算平板与蒸汽之间的传热速率及蒸汽冷凝速率。解：水的定性温度为由附录六查得时水的物性为p=958.5 kg/m3,Cp=4220 J/(kg-),(1=28.41x10-5 Pa-s,Pr=1.762由附录八查得 时饱和蒸气的物性为对于此类问题，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜为层流，由式5-135 得核算冷凝液流型，由对流传热速率方程计算传热速率，即冷凝液的质量流率为单位长度润湿周边上的凝液质量流率为则故假定冷凝液膜为层流是正确的。18.常压水蒸气在一，长 为 3 m,水平放置的钢管外冷凝。钢管外壁的温度为96 C,试计算水蒸气冷凝时的对流传热系数。若此钢管改为垂直放置，其对流传热系数又为多少？由此说明工业上的冷凝器应如何放置？解：由附录查得，常压水蒸气的温度为100定性温度由附录查得在98 C下，水的物性为:水 平 放 置垂直放置通过上述计算可知，工业上的冷凝器应水平放置。19.两平行的大平板，在空气中相距10 mm,一平板的黑度为0.1,温度为400 K；另一平板的黑度为0.05,温度为300 K。若将第一板加涂层，使其黑度为0.025,试计算由此引起的传热通量改变的百分数。假设两板间对流传热可以忽略。解：第一板加涂层前因是两平行的大平板，则；于是第一板加涂层后空气导热的热通量,查得时，空气的导热系数加涂层前后传热通量减少的百分率为2 0.用压力为3 0 0 k P a （绝对压力）的饱和水蒸气将2 0 C的水预热至8 0 C,水在mm水平放置的钢管内以0.6 m/s的速度流过。设水蒸气冷凝的对流传热系数为5 0 0 0 W/（m 2.r）,水侧的污垢热阻为6 x 1 0-4 m 2.r A V,蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计，试 求（1）换热器的总传热系数；（2）设操作半年后，由于水垢积累，换热能力下降，出口水温只能升至7 0 C,试求此时的总传热系数及水侧的污垢热阻。解：查附录得，3 0 0 k P a的饱和水蒸气温度为1 3 3.3 水的定性温度为（1）2在5 0 下，水的物理性质如下:43-5应用公式5-58a进行计算diRe0.8Pr0.40.64780.021do10.80.4W2521W2dodi15000252022(2(a)(b)(b)式+(a)式，得)InIninInin4W21212dodi15000252022 1.在一套管换热器中，用冷却水将4 500 kg/h的苯由80 冷却至35,；冷却水在和47 C。已知水和苯的对流 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 的内管中流动，其进、出口温度分别为17 传热系数分别为850W/(m2.)和1 700W/(m2-),试求所需的管长和冷却水的消耗量。解：苯的定性温度时苯的定压热容为1.824 kJ/(kg-)水的定性温度时水的定压热容为4.176 kJ/(kg-)冷却水的消耗量h管长12 2.某炼油厂拟采用管壳式换热器将柴油从176c冷却至65o 柴油的流量为9800kg/ho冷却介质采用35的循环水。要求换热器的管程和壳程压降不大于30kPa,试选择适宜型号的管壳式换热器。解:略