2022年化工原理习题及答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载化工原理习题及答案第四章 传热姓名 _班级 _学号 _成果 _ 一、填空题：1.（6 分） 某大型化工容器的外层包上隔热层 , 以削减热缺失 , 如容器外表温度为 500, 而环境温度为 20, 采纳某隔热材料 , 其厚度为 240mm, =0.57w.m .K , 此时单位面积的热缺失为 _； 注: 大型容器可视为平壁 * 答案 * 1140w 2.（6 分） 某大型化工容器的外层包上隔热层 , 以削减热缺失 , 如容器外表温度为 500, 而环境温度为 20 , 采纳某隔热材料 , 其厚度为 120mm, =0.25w.m

2、 .K , 此时单位面积的热缺失为 _； 注: 大型容器可视为平壁 * 答案 * 1000w 3.（6 分） 某大型化工容器的外层包上隔热层 , 以削减热缺失 , 如容器外表温度为 150, 而环境温度为 20 , 要求每平方米热缺失不大于 500w, 采纳某隔热材料 , 其导热系数 =0.35w.m .K , 就其厚度不低于 _； 注: 大型容器可视为平壁 * 答案 * 91mm 4. （ 6 分 ） 某 间 壁 换 热器 中 , 流 体 被 加 热 时 , 圆形 直 管 内 湍 流 的 传 热 系数 表 达 式 为_. 当管内水的流速为0.5m.s, 运算得到管壁对水的传热系数=2.61k

3、w.m.K. 如水的其它物性不变, 仅转变水在管内的流速, 当流速为 0.8m.s,此时传热系数 =_. *答案 * =0.023 /dRePr =3.81kw.m.K 5. （ 6 分 ） 某 间 壁 换 热 器 中 , 流 体 被 加 热 时 , 圆 形 管 内 湍 流 的 传 热 系 数 表 达 式 为_. 当管内水的流速为 0.5m.s , 运算得到管壁对水的传热系数 =2.61kw.m .K . 如水的其它物性不变 , 仅转变水在管内的流速 , 当流速为 1.2m.s ,此时传热系数 =_. * 答案 * =0.023 /dRe Pr =5.26kw.m .K 6. （3 分）牛顿冷

4、却定律 的表达式为 _,给热系数（或对流传热系数） 的单位是_； * 答案 * q= A t w.m .K7. （ 4 分）某并流操作的间壁式换热器中 , 热流体的进出口温度为 90和 50, 冷流体的进出口温度为 30和 40, 此时传热平均温度差t =_. * 答案 * 27.9K 8. （ 4 分） 某并流操作的间壁式换热器中 , 热流体的进出口温度为 90和 50, 冷流体的进出口温度为 15和 30, 此时传热平均温度差t =_. * 答案 * 41.6K 9. （ 2 分）热量传递的方式主要有三种:_ 、_、_. 名师归纳总结 *答案 * 热传导热对流热辐射第 1 页,共 16 页

5、10. （6 分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数. 的关系为 _. 当间壁管规格为 108 4mm,导热系数为45w. m.K 时, 管内外两侧给热系数分别为8000 w.m.K 和 1200w.m.K 时, 总传热系数 K_. *答案 * 1/K=1/ +bd/ d+1d/ d 946w.m.K 11. （4 分）某逆流操作的间壁式换热器中, 热流体的进 . 出口温度为80和 50 , 冷流体的- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载进出 . 口温度为 20和 45, 此时传热平均温度差t =_. *答案 * 32.512. （

6、3 分）对流传热中的努塞特准数式是；, 它反映了 _ *答案 * N / , 对流传热过程几何尺寸对 的影响；13. （4 分）稳固热传导是指_ 不随时间而转变； *答案 * 传热系统中各点的温度仅随位置变14. （2 分）两流体的间壁换热过程中,运算式 *答案 * 一侧的换热壁面Q .A. , A 表示为 _；15. （ 2 分 ） 在 两 流 体通 过 圆 筒 间 壁 换 热 过 程中 , 计 算 式Q=K.A. t中 ,A表 示 为_； * 答案 * A 泛指传热面 , 与 K 相对应16. （3 分）两流体进行传热 , 冷流体从 10升到 30, 热流体从 80降到 60,当它们逆流流

7、淌时 , 平均传热温差tm=_, 当并流时 , tm=_； * 答案 * 50 47.217. （4 分）冷、热气体在间壁换热器中换热,热气体进口温度 T 400,出口温度 T为 200,冷气体进口温度 50,两股气体的质量流量相同 , 物性数据可视为相同 , 如不计热缺失时, 冷气体出口温度为_；如热缺失为 5时,冷气体出口温度为 * 答案 * 250, 24018. （3 分）一列管换热器,列管规格为 38 3, 管长 4m,管数 127 根,就外表面积 F=_, 而以内表面积计的传热面积 F _； * 答案 * F1=127 4 0.038=60.6m F2=127 4 0.032=51

8、.1m19. （2 分）当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时,如仅将其流速提高 1 倍,就其对流传热系数可变为原先的 _倍； * 答案 * 220. （2 分）进行换热的两流体,如 时,要提高 K 值,应设法提高 _；当 时,要提高 K 值,应使 _； * 答案 * ； 与 同时提高二、挑选题：1. （ 2 分）间壁传热时,各层的温度降与各相应层的热阻 A. 成正比 B. 成反比 C. 没关系 * 答案 * A 2. （ 2 分）翅片管换热器的翅片应安装在 ； A. 小的一侧 B. 大的一侧 C. 管内 D. 管外 * 答案 * A 3. （ 2 分）穿过三层平壁的稳固导热过程,如下列图

9、,试比较第一层的热阻 R层热阻 R R ； A. R R +R B. R +1/ = +/ 如, 就+K即 K 接近 小的数值；14. （4 分）说明列管式换热器的基本结构； * 答案 * 由壳体、管束、管板、封头等组成；15. （4 分）试比较各类常用热交换器的优缺点； * 答案 * 略16. （6 分）有以下传热公式 A. Q= .A.t-t/ B. Q= .A.T-T 回答以下问题：（ 1）在什么传热忱形下,可利用以上公式进行运算？（ 2）写出以上公式中,热阻的表达式 * 答案 * （1）A、B 两公式均应用在稳固传热下传热速率的运算；公式A为物质内部传导的传热速率运算；公式 B 为物质

10、表面与流体间对流传热的传热速率运算；（2）A式： R= / 或 R= /A B 式： R=1/ 或 R=1/ A 17. （8 分）换热器的散热缺失是如何产生的？应如何来削减此热缺失？ * 答案 * 由于换热器外壁面温度往往高于四周外界空气的温度,外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器四周的空气而散失,即产生散热缺失；为了削减散热缺失,一般在换热器外 壁面上包上一层 （或两层） 导热系数较小的绝热材料（或不同的两种导热系数较小的绝热材 料）,使传热热阻增大,外壁面温度降低,从而减小了散热缺失；18. （6 分）列管换热器由哪几个基本部分组成？各起什么作用？ * 答案 * 主要由壳体、管束、

11、管板和顶盖（又称封头）等基部分组成；壳体和管束作为冷热两 流体的流淌空间, 通过管壁进行换热； 管束安装在管板上, 通过管板使管束与壳体连成一体；顶盖（封头）上有管程流体进出口,且有分程、密封,封头可拆卸,便于管子清洗等作用；19. （8 分）当间壁两侧流体稳固变温传热时,工程上为何常采纳逆流操作？并简要定性分 析主要缘由；名师归纳总结 *答案 * 第 7 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 学习必备 欢迎下载由于逆流操作有较高的经济效益；主要缘由可由以下两方面分析：（1）当 T T t t tQ=KA t , 当 K、A 肯定时, t

12、Q ,对现有的换热器来说,可提高生产才能； 当 Q、K 肯定时,t A ,对生产才能要求肯定时,新设计制造换热器由于 A 较小,设备尺寸可减小,节约投资费；（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；20. （8 分）有一高温炉,炉内温度高达1000以上,炉内有燃烧气体和被加热物体,试定性分析从炉内向外界大气传热的传热过程；此题目有题图：titu185.bmp * 答案 * 炉内以对流和辐射并联联合传热,将热量传给炉的内壁面；在炉壁内通过传导传热,将热量以炉的内壁面传到炉的外壁面,它与炉内对流与辐射传热相串联；炉外通过对流与辐

13、射并联联合传热, 将热量从炉的外壁面传到大气中,它与炉壁内的传导传热相串联,所以该传热过程的特点是： （1）传导、对流、辐射三种传热方式同时存在；传热同时存在；五、运算题：（2）并联、串联的联合1. （ 8 分）外径为100mm的蒸汽管外包一层厚 80mm、导热系数为 w.mt.K,管外壁温度为t, 每米管长的热缺失为Qw.m, 试求绝热层外壁温度热层接触良好） * 答案 * Q=2 t1-t2/lnr2/r1 t2=t1-Q lnr2/r1/2 =t1-Q/ ln0.13/0.05/2 3.14 =t1-0.152Q/ 2. （ 14 分）某平壁炉的炉壁由耐火砖 , 绝热砖和一般砖组成 ,

14、它们的导热系数分别为1.163,0.233 和 0.582w.m .K , 为使炉内壁温度保持 1000, 每平方米炉壁的热缺失掌握在 930w以下 , 如一般砖厚度取为 10cm,炉外壁温度为 83, 求 : 耐火砖和绝热砖厚度各为多少 .绝热砖和一般砖交界面温度 t .（假设绝热砖与耐火砖交界面温度为 800） * 答案 * 设耐火砖厚度 b1, 绝热砖厚度 b2 跨过耐火砖的热通量为 : q=t1-t2/b1/ 1 b1= 1t1-t2/q=1.1631000-800/930=0.25m 名师归纳总结 跨过三层砖的热通量为: 第 8 页,共 16 页 q=t1-t4/b1/ 1+b2/

15、2+b3/ 3 b2=t1-t4/q-b1/ 1-b3/ 3 2 =1000-83/930-0.25/1.163-0.1/0.582 0.233 =0.14m,跨过一般砖的热通量:=t3-t4/b3/ 3, - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - t3=q.b3/学习必备欢迎下载 3+t4=930 0.1/0.582+83=2433.（15 分）在内管为 180 10mm的套管换热器中, 将流量为 3500kg.h 100冷却到 60,其平均比热为 2.38kJ.kg .K , 环隙走冷却水 , 其进出口温度分别为 40和50 , 平均比热为 4.174kJ

16、. kg K, 基于传热外面积的总传热系数 K=2000w.m K , 且保持不变 . 设热缺失可以忽视；试求 的平均温差及管长； * 答案 * 冷却水用量：: （1）冷却水用量； （2）运算两流体为逆流和并流情形下W T T W t t 3500 2.38 （ 10060） W 4.174 （ 5040） W 7982kg.h t 5020）/ （ 50/20 ） 32.75 t 6010）/ （ 60/10 ） 27.9 QKA t Q333200kJ.h A 逆 333200 10 / （2000 32.75 3600） 1.41m 1.41 3.14 0.18 1.41 2.5 m A

17、 并 333200 10 / （2000 27.9 3600） 1.66 m 3.14 0.18 1.66 2.93 m 4. （ 15 分）已知一外径为 75mm,内径为 55mm的金属管 , 输送某一热的物流 , 此时金属管内表面温度为 120 , 外表面温度为 115, 每米管长的散热速率为 4545w. m , 求该管材的导热系数；为削减该管的热缺失 , 外加一层石棉层（导热系数为 0.15w.m .K外表面温度为 10, 而每米管长的散热速率削减为原先的 3.87%, 求石棉层厚度及钢管和石棉层接触面处的温度； * 答案 * Q/L=2 120-115/1/ ln75/55=4545

18、 1/ ln75/55=2 3.14125-115/4545=0.00691 =44.9w.m .K 设外加石棉层厚度为 就:Q/L =2 3.14120 -10/1/44.9ln75/55+1/0.15ln75+2 /75 =4545 0.0387=175.9w.m 690.8=175.90.00691+1/0.15ln75+2 /75 解得 : =30mm 石棉层厚度 设钢管和石棉层接触面间的温度为 t2 就: 2 3.14120-t2/1/44.9ln75/55=175.9 解得 : t2=119.8, 其导热系数为0.07w.m.K5. （ 12 分） 120 5mm的蒸汽管外拟包一层

19、保温材料蒸汽管的内壁温度为110, 管壁导热系数为45w.m.K20 , 每米蒸汽管的热缺失掌握在 * 答案 * 按多层圆筒导热60w以下 , 试运算保温层的最小厚度；名师归纳总结 tt/ （/ / （2第 9 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - / / （2 学习必备欢迎下载将 0.06m, 0.055m, 0.06 0.07w/m K, 45w/mK, 60w/m t 110,t 20代入上式60=110-20/ln0.06/0.055/2 45+ln /0.06/2 0.07 =90/0.00031+ln +2.813/0.4398

20、 解得 0.116m, 0.116 0.06 0.056m56mm 注：此题可简化不计管壁热阻；6. （ 20 分）某列管换热器 , 用 100水蒸汽将物料由 20加热至 80, 传热系数 K100w.m.K , 由于污垢的影响 , 在相同操作条件下物料出口温度仅为 70, 现欲使物料出口温度仍维护 80, 问加热蒸汽温度应取何值 . * 答案 * 原： W 8020） KA t （ 1） t 8020）/ （ 80/20 ） 43.28 半年后： W 7020） K A t （ 2） t 80 30）/ （ 80/30 ） 50.98 （2）/ （1）得：（7020）/ （8020） K t

21、 / （K tK /100 50.98/43.28 K 70.75 w.m .K保持原生产才能 , 即 KA t K A t t K t /K 100 43.28/70.75 61.17 t T20） - （T80）/ （ T-20）/ （T-80） 61.17 60/61.17（ T20）/ （T 80）2.667 （ T20）/ （T80） T115.8 7.（16 分） 在一套管换热器中用水逆流冷却某种溶液 , 溶液量为 1.4kg.s , 比热为 2kJ. kg.K , 走内管 规格为 25 2.5mm, 从 150 冷却到 100 ；冷却水走套管环隙 , 从 25升温至 60, 水的比热为 4.18kJ.kg .K 1. 已知溶液一侧的对流传热系数为 1160w.m.K , 冷却水一侧的对流传热系数为 930 w. m .K , 忽视管壁和污垢的热阻及热缺失 , 求以传热外表面积为基准的总传热系数 K 和冷却水的用量 kg.h ； 2.