化工原理第二版答案.docx

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1、化工原理第二版答案第四章习题2燃烧炉的内层为460mm厚的耐火砖,外层为230mm厚的绝缘砖。若炉的内外表温度t1为1400,外外表温度t3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t0007.09.01+=,绝缘砖的导热系数为t0003.03.02+=。两式中t可分别取为各层材料的平均温度,单位为,单位为W/(m)。解：设两砖之间的界面温度为2t，由23121212ttttbb-=，得222331223140010094946010/(0.90.000723010/(0.30.0003)22tttCtttt-=?=+?+?+?热通量2121689/

2、14009490.40/0.970.00072ttqWm-=+?+?3直径为mmmm360?,钢管用30mm厚的软木包扎,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,绝热层外外表温度10。已知软木和保温灰的导热系数分别为0.043和0.07W/(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：1332112211lnln22ttQrrLrr-=+1100101601160lnln23.140.0433023.140.000760-=+?25/Wm=-负号表示由外界向体系传递的热量，即为冷量损失。4蒸汽管道外包扎有两

3、层导热系数不同而厚度一样的绝热层,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?讲明在此题情况下,哪一种材料包扎在内层较为合适?解：设外层的平均直径为2md，内层平均直径为1md，则212mmdd=且212=。由导热效率方程知：()()22111122mmmttbbbSdLdL=+?1m1Q=bS114mtdL?两层材料位置互换后：1111122mmmtdLtQbbbdLdL?=+所以：51.254QqQq=即：1.25qq=两层保温材料互换位置后，单位管长的热损失增加。讲明在此题情况下，导热系数小的材料放在内层

4、较为适宜。6.在管壳式换热器中用冷水冷却油。水在直径为mmmm219?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258W/(m2)。换热器在使用一段时间后,管壁两侧均有污垢构成,水侧污垢热阻为0.00026m2/W,油侧污垢热阻为0.000176m2/W。管壁导热系数为45W/(m)。试求:(1)基于管外外表积的总传热系数;(2)产生污垢后热阻增加的百分数。解：1总传热系数0k00000011ssimiiikbdddRRddd=+()2110.0021919190.0001760.00026258451715349015208/WmC=?+?+?=?2

5、产生污垢后热阻增加的百分数为：190.0001760.000281510011.8.1190.0001760.0002820815+?=?-+?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知足要求。设换热器的热损失可忽略。解：平均温度差为(15015)(10040)92.5.135ln60mtC-=由热量恒算可得：211240150.5.150100nphcpcWCttWcTT-=-当油的出口温度降到8

6、0C时，由热量恒算：2(15080)(15).npncpcQWcWct=-=-解得：250.tC=(15015)(8050)0.135ln30mtC-=由传热速率方程分别可得：原换热器：(150100)92.5.npnmWckstkndL-=?新换热器：(15080)70.7092.511.85.5070npnmWckstkndLLm-=?=?=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

7、热损失能够忽略。解：以上标表示并流的情况。由传热速率方程和热量衡算：12211221()()()()mnpncpcmnpncpcQktWcTTWcttQktWcTTWctt=-=-=-=-两式相除：1221122112211221()()()()mmtTTttTTtttTTttTTtt-=-1122112212121()()(243167)(157128)47()()TTttTTTttttt-=-而12211221(243128)(167157)3115lnlnln10mtttttCtttt-=所以：212121ln47143tttttt=-?-解得：212.98.tt=即：2222(243)

8、2.98(128)2.98(128)243tTtT-=?-?=-?-+2由1式得：22222431671571280.38(243)128243128tTTt-=?=?-+-3由2、3式得：22161.3.155.4tCT=C所以：2121(243161.3)(155.4128)49.71.093lnmtttCtt-=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

9、程的换热器。解：1由对数平均温度差知道：2121(10050)(6020)44.850lnln40mtttCtt-=250200.37510020100601.335020PR-=-=-查温度差校正系数图得：0.9t?=0.944.840.3mtmttC?=?=?=3由R、P值查流程温差校正系数图得：0.98t?=所以：0.9844.843.9mtmttC?=?=?=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80.1,汽化热为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4.18kJ/

10、(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mQktS=其中：3335101330782.69/8.31510(27880.1)16502.69394104.86103600ssQWrVrPMkgmRTQw=?=?+?=?=?冷水出口温度可由热量衡算求得。即：521234.86103600()2031.6360004.1810(80.120)(80.131.6)54.180.120ln80.131.6epcmQWCtttCtC?=-?=+=?-=-则：524.86102045054.1Sm?=?12在一传热面积为50m2

11、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4.17kJ/(kg)；(2)可按平壁处理,两种工况下i和0分别一样；(3)忽略管壁热阻和热损失解：先求清洗前的总传热系数K.(11038)(8020)54.411038ln6020mtC-=-所以:32330004.18710(3820)254/()36005054.4mQkwmCSt?-=?再求清洗后总传热系数K,由热量衡算求溶液的出口温度