化工基础学习知识原理课后习题集(第四章).doc

.\ 第4章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为 厚度 ；绝热砖的热导率为；普通砖的热导率为。若耐火砖内侧温度为 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：。(答： ⑴；⑵ ) 解：⑴第一层： 第二层： 因为绝热砖尺寸厚度为，故绝热砖层厚度取， 校核： ； ⑵ 。 4-2、某工厂用的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚的矿渣棉，其热导率为 ;第二层为厚的石棉灰，其热导率为。管内壁温度为，保温层外表面温度为。管道长。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为 （答：） 解：已知：， 查表得： 其中：， ， ， 。 4-3、冷却水在，长为的钢管中以的流速通过。水温由升至。求管壁对水的对流传热系数。 (答：) 解：设为湍流 水的定性温度， 查表得：， ， ， ， ，， ， 与假设相符， ， 。 4-4、空气以的流速通过一的钢管，管长。空气入口温度为，出口为。试计算空气与管壁间的对流传热系数。如空气流速增加一倍。其它条件不变，对流传热系数又为多少？（答： ，） 解：设为湍流 空气的定性温度， 查表得：， ， ， ， ，， ， 与假设相符， ， ， 当时 。 。 4-5、有一套管式换热器，外管尺寸为，内管为的钢管，冷水在管内以的流速流动。水进口温度为，出口为。试求管壁对水的对流传热系数。（答：） 解：设为湍流 水的定性温度， 查表得：， ， ， ， 与假设不符，为过度流， ， ， ， 。 4-6、现测定套管式换热器的总传热系数，数据如下：甲苯在内管中流动，质量流量为，进口温度为，出口温度为；水在环隙中流动，进口温度为，出口为。逆流流动。冷却面积为。问所测得得总传热系数为若干？ （答： ） 解：甲苯的定性温度， 查表得：， ， ， ， ，， 。 4-7、在一套管式换热器中，内管为的钢管，内管中热水被冷却，热水流量为，进口温度为，出口为。环隙中冷却水进口温度为，出口温度为，总传热系数。试求： （1）冷却水用量； （2）并流流动时的平均温度差及所需的管子长度； （3）逆流流动时的平均温度差及所需的管子长度。 （答：（1） ；（2） ， ；（3） ， ） 解：⑴， ； ⑵， ， ， ， ； ⑶， ， ，， ， 4-8、一套管式换热器内流体的对流传热系数，管外流体的对流传热系数。已知两种流体均在湍流情况下进行换热。试回答下列问题： （1）假设管内流体流动增加一倍； （2）假设管外流体流速增加二倍。 其它条件不变，试问总传热系数是原来的多少倍？管壁热阻及污垢热阻可不计。 （答：（1）倍 ；（2）倍 ） 解：， ； ⑴管内流速增加一倍，即， 因为是湍流情况下的换热，故： ， ， ， ； ⑵管外流速增加一倍，即， 因为是湍流情况下的换热，故： ， ， ， 。 4-9、有一套管式换热器，内管为，外管为的钢管。内管中苯被加热，苯进口温度为，出口为。流量为。套管中为的饱和水蒸气冷凝，冷凝的对流传热系数为。已知管内壁的垢阻为，管壁及管外侧热阻均可不计。苯的密度为。试求：（1）加热水蒸气用量；（2）管壁对苯的对流传热系数；（3）完成上述处理所需套管的有效长度。(答：（1）；（2） ；（3）) 解：苯的定性温度， 查表得：， ， ， ， 下： 饱和水蒸气的饱和温度，汽化热； ⑴ ； ⑵设为湍流 ， 与假设相符， ， ； ⑶， ， ，， ， 4-10、空气在预热器内从加热至，的饱和蒸汽在管外冷凝，若保持空气进出口温度不变，而将预热器内的空气流量增加，而预热器不更换。试通过定量计算来说明采用什么措施来完成新的生产任务？假定空气在管内做湍流流动，且总传热系数约等于空气一侧的对流传热系数。（答：管径缩小为原来管径的倍；管长增加为原来管长的倍；将加热蒸气的温度升为） 解： 故， 根据，且， 故可从以下三方面着手提高生产能力： ⑴增大值，即提高值，物性不变： ，而 可减小， 而，不变 ， 而，， ， 即管径缩小为原来管径的倍； ⑵增大： 由，故，因管径不变，也不变， 且， ， 而，， 即管长增加为原来管长的倍； ⑶提高： 由于，不变，故只能升高加热蒸气的温度，此时不改变， ， ， ， ， ， 即， ， ， 即将加热蒸气的温度升为。 4-11、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油，温度为的饱和蒸汽在壳程冷凝，原料油在管程流动并由加热到。操作温度下油的密度为，油在管中的平均流速为，换热器热负荷为。列管换热器共有根的管子，管长为。若已知蒸汽冷凝系数为，油侧污垢热阻为，管壁和蒸汽侧污垢热阻可忽略。试求管内油侧对流传热系数为多少？若油侧流速增加一倍，此时总传热系数为原来的倍，试求油的出口温度，设油的物性常数不变。 （答：） 解：⑴， 基于管内表面总传热系数： ， 由 即 ； ⑵由原热负荷：， 得: , 现热负荷：， 又传热速率方程： ， ， 。