(完整版)化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版).pdf

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1、 1 目 录 第一章 流体流动与输送机械 （2）第二章 非均相物系分离 （32）第三章 传热 （42）第四章 蒸发 （69）第五章 气体吸收 （73）第六章 蒸馏 （95）第七章 固体干燥 （119）2 3 第三章 传热 1、某加热器外面包了一层厚为 300mm 的绝缘材料，该材料的导热系数为 0.16W/（m），已测得该绝缘层外缘温度为 30，距加热器外壁 250mm 处为 75，试求加热器外壁面温度为多少？解：22321121bttbttAQ C3007516.025.016.005.03075o21122321tbbttt 2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成；耐火砖 b1=230mm

2、，1=1.05 W/(m)绝热砖 b2=230mm，2=0.151W/(m)建筑砖 b3=240mm，3=0.93W/(m)已知耐火砖内侧温度为 1000，耐火砖与绝热砖界面处的温度为 940，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过 138，试求：（1）绝热层需几块绝热砖；（2）普通砖外侧温度为多少？解：（1）b2=?m442.09.273151.013894005.123.094010002222321121bbbttbttAQ 230mmb2=442mm2302mm 则：绝热层需两块绝热砖。校核 t2=?CCttoo1386.1059.273151.046.094022（2）t4=?4 C

3、9.3493.024.06.1059.273o443343ttbttAQ 3、505 的不锈钢管，导热系数 116（），外面包裹厚度为 30mm 导热系数 0.2W/（）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为 623，保温层外表面温度为 373，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。解：已知钢管的内半径mm20252501r 钢管的外半径mm252502r 保温层的外半径mm5530253r 根据式（3-12a），每米管长的热损失 W39794.3014.015702555ln2.012025ln161)373623(12ln1ln1)(223212131rrrrttLQ 由于是定态热传导，故各

4、层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度 t2。K6222025ln16112397623ln1212112rrlQtt 4、603 的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层 30mm 的石棉和 30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别为 0.16（）和 0.04（）（管外涂防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结）。（1）已知管内壁温度为-110，软木外侧温度为 10，求每米管长上损失的冷量；（2）计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数；（3）若将两层保温材料互换（各层厚度仍为 30mm），钢管内壁面温度仍为-110，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为

5、 10。求此时每米管长损失的冷量。提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。解：(1)t1110 t410 r10027.m r20030.m r30060.m r40090.m 145W/(m K)2016.W/(m K)3004.W/(m K)每米管长损失的冷量：习题 3-3 附图 5 W/m1.526090ln04.013060ln16.012730ln451101102ln1ln1ln1234323212141rrrrrrttq (2)RRRR123 R11453027000234ln.(mK)/W2 R2101660304332.ln.(mK)/W2 R3

6、1004906010137.ln.(mK)/W2 R00023443321013714 471.(mK)/W2 各层热阻在总热阻中所占的分数：RR100023414 4710016%钢.RR2433214 47129 94%石棉.RR31013714 4717005%软木.由以上计算可知钢管热阻很小，且RR软木石棉。(3)若将12和互换，厚度不变，且认为tt14和不变。q 211010145302710046030101690603794ln.ln.ln.W/m 以上计算可以看出，将保温性能好的材料放在里层，保温或保冷效果好。但此计算不严格，因为保冷好，则 t4应增大，即 t410。5、欲测某

7、绝缘材料的导热系数，将此材料装入附图所示的同心套管间隙内。已知管长 l=1.0m.r1=10mm,r2=13mm,r3=23mm,r4=27mm。在管内用热电偶加热，当电热功率为 1.0kW 时，测得内管的内壁温度为 900，外管的外壁温度为 100，金属管壁的导热系数为 50W/（），试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大的误差？解：按题意求得：习题 5 附图 6 mm4.111013ln1013ln12121rrrrrm mm5.171323ln1323ln23232rrrrrm mm9.242327ln2327ln34343rrrrrm 22311m1016.7104.11114

8、.322mmlrA 2322m11.0105.17114.322mmlrA 2333m156.0109.24114.322mmlrA 内管壁的热阻为：K/W1038.81016.75001.0013.04211121mArrR 外管壁的热阻为：K/W1013.5156.050023.0027.0433342mArrR 通过多层管壁的热流量为：W10001013.511.0013.0023.01038.810090042422223141RArrRttQm 则：2=0.114 W/（）。若忽略两侧金属壁的热阻，则 W100011.0013.0023.01009002222341mArrttQ 则

9、：2=0.114 W/（）。由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻，在实验精度范围内，金属壁的热阻可以忽略。6、冷却水在252.5，长为 2m 的钢管中以 1m/s 的流速通过。冷却水的进、出口温度为 20和50，求管壁对水的对流传热系数？解：定性温度 C3525020o定t 查得水在 35时的物性参数：C)W/(m6257.0,sPa108.72,C)kJ/(kg17.4,kg/m994o5o3cp 管内径为：d=25-22.5=20mm=0.02m 7 445101073.2108.72994102.0duRe 湍流)160Pr7.0(82.46257.010174.4107225.033p

10、cPr 6010002.02dl 水被加热，k=0.4，得：C)W/(m4778)82.4()1073.2(02.06257.0023.0PrRe023.0o24.08.044.08.0d 7、一列管式换热器，由 38 根252.5 的无缝钢管组成，苯在管内以 8.32kg/s 的流速通过，从 80冷却至 20。求苯对管壁的对流传热系数；若流速增加一倍，其他条件不变，对流传热系数又有何变化？解：定性温度 C5028020o定t 查得苯在 50时的物性参数：C)W/(m14.0,smPa45.0,C)kJ/(kg80.1,kg/m860oo3cp 管内径为：d=25-22.5=20mm=0.2m

11、 m/s81.03802.0785.086032.82Amus 4431010096.31045.086081.002.0duRe 湍流)160Pr7.0(79.514.0108.11045.033pcPr 苯被冷却，k=0.3，则：C)W/(m1067)79.5()10096.3(02.014.0023.0PrRe023.0o23.08.043.08.0d（2）流速增加一倍，u=2u，其他条件不变 由于 8.00.8Rue 所以 C)W/(m185821067)(o28.08.011uu 8、质量分数为 98%，密度=1800kg/m3的硫酸，以 1m/s 的流速在套管换热器的内管中被冷却，

12、进、出口温度分别为 90和 50，内管直径为252.5。管内壁平均温度为 60。试求硫酸对管壁的对流传热系数。已知 70硫酸的物性参数如下：8 C)W/(m365.0,smPa4.6,C)kJ/(kg528.1oocp 壁温 60时的硫酸黏度smPa4.8w （1267 W/（m2）解：定性温度 C7029050o定t 查得硫酸在 70时的物性参数：CmW/365.0s,mPa4.6,CkJ/kg528.1oopc 壁温 60时的硫酸黏度smPa4.8w 因为黏度较大，故用式（3-16）计算 14.033.08.0)(027.0wPrRed 43105625104.61800102.0duRe

13、 过渡流 8.26365.010528.1104.633pcPr C)W/(m1418)104.8104.6()8.26()5625(02.0365.0027.0o214.03333.08.0 过渡流校正 8934.0)5625(1061Re10618.158.15f C)W/(m12678934.01418of过 9、原油在896 的管式炉对流段的管内以 0.5m/s 的流速流过而被加热，管长 6m。已知管内壁温度为 150，原油的平均温度为 40。试求原油在管内的对流传热系数。已知原油的物性参数为：)C/1(0011.0,C)W/(m13.0,smPa26C),kJ/(kg2,kg/m85

14、0ooo3pc原油 150时的黏度smPa0.3w 解：原油在管内流动的 Re 125910268505.0077.03duRe（层流）40013.0102102633pcPr（0.6Pr6700）1064626077.04001259ldPrRe 9 109.77077.06dl 所以原油在管内的对流传热系数用式（3-19）计算 14.031)()Pr(Re86.1wldd 353.1)326(14.0)(14.0w K)W/(m2.79353.1)6077.04001259(077.013.086.1231 由于 452323223105.210265.5)1026()40150(001.

15、0850077.081.9tgdGr 所以对流传热系数需校正 77.1)015.01(8.031Grf C)W/(m14077.12.79of 10、铜氨溶液在由四根453.5 钢管并联的蛇管中由 38冷却至 8，蛇管的平均曲率半径为0.285 m。已知铜氨溶液的流量为 2.7m3/h，黏度为 2.210-3Pas，密度为 1200km/m3，其余物性常数可按水的 0.9 倍选用，试求铜氨溶液的对流传热系数。解定性温度 C232838o定t 查得水在 23时的物性参数，并折算为铜氨液的物性：C)W/(m544.06045.09.0,C)kJ/(kg76.318.49.0oopc 四组蛇管并联的

16、横截面积：m/s166.000453.036007.2m00453.0038.014.3)4(4222AVudA管内流速 43103420102.21200166.0038.0duRe 过渡区 2.15544.01076.3102.233pcPr 铜氨液被冷却，k=0.3，则：10 C)W/(m4.500)2.15()3420(038.0544.0023.0023.0o23.08.03.08.0PrRed 过渡流需校正 7388.0)3420(1061Re10618.158.15f C)W/(m7.3697388.04.500of过 弯管校正 K)W/(m9.456)285.0038.077.

17、11(7.369)77.11(2Rd过弯 11、有一列管式换热器，外壳内径为 190mm，内含 37 根192 的钢管。温度为 12，压力为101.3kPa 的空气，以 10m/s 的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为 30。试求空气对管壁的对流传热系数。解：定性温度 C2123012o定t 查得空气在 21时的物性参数：C)W/(m10591.2,sPa1081.1,C)kJ/(kg005.1,kg/m205.1o25o3cpm02547.0019.03719.0019.03719.022212221nddnddde 4451010696.11081.1205.110025

18、47.0udRee 湍流 702.010591.210005.11081.1235pcPr 空气被加热，k=0.4，则：C)W/(m1.49)702.0()10696.1(02547.010591.2023.0PrRe023.0o23.08.0424.08.0d 12、在接触氧化法生产硫酸的过程中，用反应后高温的 SO3混合气预热反应前气体。常压 SO3混合气在一由383 钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形排列，中心距为 51mm，挡板间距为 1.45m，换热器壳径为2800；又 SO3混合气的流量为 4104m3/h，其平均温度为 145.若混合气的物性可近似

19、按同温度下的空气查取，试求混合气的对流传热系数（考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为 0.8）解：本题为列管式换热器管外强制对流传热，对流传热系数按式 3-25 计算 11 14.03155.0)(PrRe36.0wuN 管子正三角形排列时，mm5.3738)3845123(4)423(4220202ddtde 管外流体流过的最大截面积 Smax计算：20maxm035.1)51381(8.245.1)1(StdhD 管外流体的流速m/s7.10035.136001044SVu 定性温度 C145o定t下查得空气的物性参数：3kg/m845.0,C)W/(m10527.3,sPa1039

20、.2,C)kJ/(kg014.1o25opc4510415.11039.2845.07.100375.0udRee 687.010527.310014.11039.2235pcPr 因气体黏度变化较小，故1w，由因部分流体在单板与壳体之间隙短路，取实际对流传热系数为计算值的 0.8 倍 K)W/(m46)687.0()14150(0375.003527.036.08.036.08.023155.03155.0PrRede 13、在油罐中装有水平放置的水蒸气管，以加热罐中的重油。重油的平均温度为 20，水蒸气管外壁的平均温度为 120，管外径为 60mm。已知 70时的重油物性数据如下：=900

21、kg/m3 =0.175W/(m)cp=1.88kJ/(kg)=210-3m2/s=310-4 -1 试求水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量 kJ/（m2h）?解：sPa8.11029003 则 9.15)102(06.0)20120(10381.9)(233423dttgGrw 4310934.1175.01088.18.1pcPr 541008.310934.19.15PrGr 12 查表 3-4，得 C=0.54，n=1/4，于是 K)W/(m1.37)1008.3(06.0175.054.0Pr)(54.024/154/10Grd 所以水蒸气管对重油每小时每平方米的传热量 h)kJ/

22、(m10336.13600)20120(1.37)(24ttAQw 14、压强为 4.76105Pa 的饱和水蒸气，在外径为 100mm，长度为 0.75m 的单根直立圆管外冷凝。管外壁温度为 110。试求（1）圆管垂直放置时的对流传热系数；（2）管子水平放置时的对流传热系数；（3）若管长增加一倍，其他条件均不变，圆管垂直放置时的平均对流传热系数。解：压强为 4.76105Pa 的饱和蒸汽温度为 150，此时水蒸气的汽化潜热 r=2119kJ/kg 冷凝液定性温度膜温C1302110150ot，查 130时水的物性参数 35kg/m8.934,K)W/(m6862.0,sPa1077.21 (

23、1)管垂直放置时 假设液膜中的液体作层流流动，由式 3-31 计算平均对流传热系数 K)W/(m6187110)-(15075.01077.216862.081.9934.810211913.113.124/153234/132tlgr 验证 Re：180016091077.21102119)110150(75.061874444)(4(53rtlrdtldrdQSmbSReooos 所以假设层流是正确的。（3）管水平放置 由式（3-29）和式（3-31）可得单管水平放置和垂直放置时的对流传热系数和的比值为 062.1)1.075.0(642.0)(13.1725.04/14/1odl 所以单

24、根管水平放置时的对流传热系数为：K)W/(m65736187062.12 13（3）管长为 0.75m 时，液膜流动的 Re=1608，故管长增加一倍后，液膜成湍流状态。此时的对流传热系数为：4.03/12320077.0Reg 所以 K)W/(m5.8639)1077.21102119405.14()1077.21(6862.081.98.9340077.0)4(0077.024.0533/125324.03/1232rtlg 因此当液膜从层流转变为湍流时，冷凝对流传热系数急剧增加。15、载热体流量为 1500kg/h，试计算以下各过程中载热体放出或得到的热量。（1）100的饱和水蒸气冷凝成

25、 100的水；（2）110的苯胺降温至 10；（3）比热为 3.77kJ/(kgK)的 NaOH 溶液从 370K 冷却到 290K；（4）常压下 150的空气冷却至 20；（5）压力为 147.1kPa 的饱和水蒸气冷凝后并降温至 50。解：（1）查饱和水蒸气,100 Ctos 汽化潜热 r=2258kJ/kg kW941kJ/h1039.3225815006rmQs（2）定性温度C60210110ot，查 60时苯胺的物性参数）（CkgkJ/198.2opc kW6.91kJ/h103.3)10110(198.21500)(521ttcmQps（3）kW7.125kJ/h1052.4)29

26、0370(77.31500)(521ttcmQps（4）定性温度C85220150ot，查 85时空气的物性参数 C)kJ/(kg009.1opc kW7.54kJ/h1097.1)20150(009.11500)(521ttcmQps 14（5）压力为 147.1kPa 的水的饱和温度为,C7.110ost 汽化潜热 r=2230.1kJ/kg 定性温度Cto4.802507.110，查 80.4时水的物性参数 C)kJ/(kg195.4opc kW2.1035kJ/h1073.3)507.110(195.41.2230(1500)(621ttcmrmQpss 16、每小时 8000m3（标

27、准状况）的空气在蒸汽加热器中从 12被加热到 42，压强为 400kPa 的饱和水蒸气在管外冷凝。若设备的热损失估计为热负荷的 5%，试求该换热器的热负荷和蒸气用量。解：热量衡算：)(05.105.11222ttcmQQps冷 查得标准状况下的空气物性参数 kJ/kg5.2138kPa400C)kJ/(kg005.1kg/m293.1o3rcp饱和水蒸气的潜热 kW91)1242(005.13600293.1800005.105.1冷QQ 蒸汽用量：kg/s0426.05.2138911rQms 17、在一套管式换热器中，用冷却水将 1.25kg/s 的苯由 350K 冷却至 300K，冷却水

28、进出口温度分别为 290K 和 320K。试求冷却水消耗量。解：由苯的定性温度K3252300350t，查苯的物性参数）（CkgkJ/84.1opc 由苯计算热负荷kW115)300350(84.125.1)(2111TTcmQps 由冷却水的定性温度K3052320290t，查水的物性参数）（CkgkJ/18.4opc kg/s916.0)290320(18.4115)()(12221222ttcQmttcmQpsps 18、在一列管式换热器中，将某溶液自 15加热至 40，载热体从 120降至 60。试计算换热器逆流和并流时的冷、热流体平均温度差。解：（1）逆流时平均温度差为 120 60

29、 40 15 80 45 15 C83.60)4580ln(4580)ln(o2121tttttm逆 并流：C3.51)20105ln(20105)ln(o2121tttttm并 19、在一单壳程、四管程的列管式换热器中，用水冷却油。冷却水在壳程流动，进出口温度分别为15和 32。油的进、出口温度分别为 100和 40。试求两流体间的温度差。解：先按逆流时计算，逆流时平均温度差为 C0.43)2568ln(2568)ln(o2121tttttm逆 折流时的对数平均温度差为 逆mmtt 其中),(PRf 53.31532401001221ttTTR 2.01510015321122tTttP 由

30、图 3-27（a）查得9.0，故C7.380.439.0omt 20、在一内管为18010mm 的套管式换热器中，管程中热水流量为 3000kg/h，进、出口温度分别为为 90和 60。壳程中冷却水的进、出口温度分别为 20和 50，总传热系数为 2000W/(m2)。试求：（1）冷却水用量；（2）逆流流动时的平均温度差及管子的长度；（3）并流流动时的平均温度差及管子的长度；解：（1）水的比热C)kJ/(kg186.4opc kg/h3000)2050(186.4)6090(186.43000)()()()(1222111212222111ttcTTcmmttcmTTcmppsspsps（2）

31、逆流时平均温度差为 4024040mt 120 60 15 40 105 20 100 40 32 15 68 25 90 60 50 20 40 40 16 m32.218.014.331.1m31.14020003600)6090(10186.43000)()(2321112111dAltKTTcmAtKATTcmQmpsmps （3）并流时平均温度差为 C8.30)1070ln(1070)ln(o2121tttttm逆 m03.318.014.371.1m71.16.3020003600)6090(10186.43000)()(2321112111dAltKTTcmAtKATTcmQmp

32、smps 21、在一内管为252.5mm 的套管式换热器中，CO2气体在管程流动，对流传热系数为 40 W/(m2)。壳程中冷却水的对流传热系数为 3000W/(m2)。试求：（1）总传热系数；（2）若管内 CO2气体的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，总传热系数增加多少；（以外表面积计）解：m0025.0,m0225.0,m025.0,m02.012bdddm K)W/(m3000,K)W/(m402122 查得碳钢的导热系数K)W/(m45 取管内 CO2侧污垢热阻 Rs2=0.5310-3(m2K/W)管外水侧热阻 Rs1=0.2110-3(

33、m2K/W)(1)总传热系数（以外表面积计）K)W/(m7.30K/Wm1025.302.0025.040102.0025.01053.00225.0025.0450025.01021.0300011112122332122121111KddddRddbRKsms（2）管内 CO2气体的对流传热系数增大一倍，即2=80W/(m2K)90 60 20 50 70 10 17 K)W/(m2.59K)/W(m1069.102.0025.080102.0025.01053.00225.0025.0450025.01021.0300011112122332122121111KddddRddbRKsms

34、%8.92%1007.307.302.59111KKK 总传热系数增加 92.8%（3）若管外水的对流传热系数增大一倍，1=6000W/(m2K)K)W/(m9.30K)/W(m1023.302.0025.040102.0025.01053.00225.0025.0450025.01021.0600011112122332122121111KddddRddbRKsms 总传热系数增加 0.7%22、在一内管为252.5mm 的套管式换热器中，用水冷却苯，冷却水在管程流动，入口温度为 290K，对流传热系数为 850W/(m2)。壳程中流量为 1.25kg/s 的苯与冷却水逆流换热，苯的进、出口

35、温度为 350K、300K，苯的对流传热系数为 1700W/(m2)。已知管壁的导热系数为 45W/(m)，苯的比热为 cp=1.9kJ/(kg)，密度为=880kg/m3。忽略污垢热阻。试求：在水温不超过 320K 的最少冷却水用量下，所需总管长为多少？（以外表面积计）解：冷却水的平均温度K3052320290mt，查得 305K 时水的比热容为C)kJ/(kg174.4opc 热负荷 kW8.118)300350(109.125.1)(32111TTcmQps 冷却水用量：kg/s949.0)290320(10174.4108.118)(331222ttcQmps 平均温度差为 C2.18

36、)1030ln(1030)ln(o2121tttttm逆 基于外表面积的总传热系数 K1 350 300 320 290 30 10 18 K)W/(m6.471K)/W(m1012.202.0025.085010225.0025.0450025.0170011112123212111KddddbKmm3.176025.014.384.13m84.132.186.471108.11823dAltKQAm总管长：总传热面积：23、一套管式换热器，用饱和水蒸气加热管内湍流的空气，此时的总传热系数近似等于空气的对流传热系数。若要求空气量增加一倍，而空气的进出口温度仍然不变，问该换热器的长度应增加多少

37、？解：总传热量：dltKtKAQmm 空气量增加一倍后：QQ2 此时总传热系数KK74.174.12228.02 空气的进出口温度不变，mmtt 149.174.12KQKQll 则管长要增加 15%。24、有一单管程列管式换热器，该换热器管径为 252.5mm，管子数 37 根，管长 3 米。今拟采用此换热器冷凝并冷却 CS2饱和蒸汽，自饱和温度 46冷却到 10。CS2在壳程冷凝，其流量为 300kg/h，冷凝潜热为 351.6kJ/kg。冷却水在管程流动，进口温度为 5，出口温度为 32，逆流流动。已知 CS2在冷凝和冷却时的传热系数分别为K)291W/(m=21K及K)174W/(m=

38、22K。问此换热器是否适用？（传热面积 A 及传热系数均以外表面积计）解：已知列管尺寸2525.mm；l 3m；n 37 题中所给的两个 K 值均以外表面积为基准。现有传热面积：19 21m71.8373025.014.3nldA实 总传热量QQQ12(式中 Q1为冷凝段热负荷，Q2为冷却段热负荷)已知kJ/kg6.351r 查得4610228时 CS2的比热cp10963.kJ/(kg K)Qm rm cps1s1kW1461029 32893219.其中Q129 3.kW；Q2289.kW 为求 A1、A2就应求出两段交界处冷却水温度 t m cQps22325 mQcps2kg/s232

39、532194187270285.对于冷凝段 Qm ctp1232s2 tQm cp323229 34187028574512s2.则 tm13855143855142424.ln.tm238555385551643.ln.233m222m11121m17.501.116.443.161741089.224.24291103.29tKQtKQAAA需需需 AA实需 此换热器可满足生产要求。传热面积富裕871 517517685%.25、由252.5mm 的锅炉钢管组成的废热锅炉，壳程为压力 2570kPa（表压）的沸腾水。管内为合成转化气，温度由 575下降到 472。已知转化气侧2=300 W

40、/(m2)，水侧1=104 W/(m2)。忽 46 46 32 7.45 14 38.55 46 10 7.45 5 38.55 5 A t/Q1,A1 Q2,A2 K1 K2 t 46 32 10 5 20 略污垢热阻，试求平均壁温 TW和 tW。解：以外表面积为基准的总传热系数 K)W/(m231K)/W(m1033.402.0025.030010225.0025.0450025.01000011112123212111KddddbKm 平均温度差：压力 2570kPa（表压）下水的饱和温度为：226.4 C1.29726.2456.3482o21tttm逆 传热量 1111686301.

41、297231AAtAKQm 管内壁壁温（T 取热流体进出口平均温度C5.5232472575oT）C5.23702.0300025.0686305.523300686305.523o2122ldldAQTTW 管外壁壁温 C3.2335.222568630450025.05.23768630450025.05.237o1mmWWAAAbQTt 26、有一单壳程、双管程列管式换热器。壳程为 120饱和水蒸气冷凝，常压空气以 12m/s 的流速在管程内流过。列管为3825.mm钢管，总管数为 200 根。已知空气进口温度为 26，要求被加热到 86。又已知蒸汽侧对流传热系数为10 W/(mK)42

42、，壁阻及垢阻可忽略不计。试求：(1)换热器列管每根管长为多少米？(2)由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器，其列管尺寸改为542 mm，总管数减少 20%，但每根管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气的出口温度。解：(1)由热量衡算式和传热速率方程计算完成任务所需的传热面积，然后在计算出管长。查t定2686256时，空气的物性 K)kJ/(kg005.12pc，K)W/(m10861.222 1076.kg/m3，1985105.Pa s kg/s104.12200076.112033.0785.02785.02222222nudVms 575 472 226.4 226.4 34

43、8.6 245.6 21 kW57.662686005.1104.11222ttcmQps Re.du0033 1210761985 10215 1010544(湍流)Pr.cp1005 101985 10002861069735 K)W/(m46.50697.01015.2033.002861.0023.0PrRe023.024.08.044.08.02d 033.046.50038.010111422111ddK 解得：K)W/(m63.4321K tm9434943459ln 23m11m86.255963.431057.66tKQA nldA11 m084.1200038.014.38

44、6.2511ndAl 解法 2 21 K)W/(m46.50222K 23m22m36.225946.501057.66tKQA m079.1200033.014.336.2222 ndAl 可见这种近似是允许的。(2)改为542 mm列管，m05.02d nn0808200160.l108.m 令空气出口温度为 t2 120 120 26 86 94 34 22 热量衡算：6026)2686()26(222222tcmtcmQQpsps (1)速率方程：mm2222mm2222ttAAttAAKKQQ (2)式中 tm 59 tttm226094120ln 212.1200033.01600

45、5.0222222 ndndnldnldAA 566.08.0105.0033.0ReeR8.08.18.08.1228.02228.022228.08.022228.02222nnddnndddddduudddddd 将以上各值代入(2)后再与(1)式联立 ttt222266005661212269412059.ln 解得：t273 27、试计算一外径为 50mm，长为 10m 的氧化钢管，其外壁温度为 250时的辐射热损失。若将此管附设在：（）与管径相比很大的车间内，车间内为石灰粉刷的壁面，壁面温度为 27，壁面黑度为 0.91；（）截面为 200mm200mm 的红砖砌的通道，通道壁温为

46、 20。解：由表 3-8 查的氧化钢管黑度为 1=0.8，石灰粉刷壁面的黑度 2=0.15（1）由于炉门被极大的四壁包围，由表 3-9 知=1，A=A1=3.140.0510=1.57m2，C1-2=1C0=0.85.669=4.535W/（m2K4）所以 4241212121)100()100(TTACQ 120 120 26 t2 94 1202 t 23 kW75.4)10027327()100273250(57.11535.444（2）查红砖2=0.93，=1，196.0102.041005.014.3421aldlAA，此为表 3-9 中的第五种情况 48.4)193.01(196.

47、08.01669.5)11(12211021AACC，所以 kW74.4W4744)10020273()100250273(57.1148.4)100()100(444241212121TTACQ 28、在一大车间内有一圆柱形焙烧炉，炉高 6m，外径 6m，炉壁内层为 300mm 的耐火砖，外层包有20mm 的钢板，已测得炉内壁温度为 320，车间内温度为 23，假设由炉内传出的热量全部从炉外壁以辐射的方式散失。试求此炉每小时由炉壁散失的热量为若干？已知耐火砖105.W/(m K)，炉壁黑度=0.8，钢板热阻可以不计。提示：Tw4可用试差法求解，炉外壁温度在 110-120之间。解：辐射面积：

48、222141.3m=6785.066785.0外外dLdA 8.761002736418.761002733.141669.58.01002961002734w4w44w01tttACQ辐射 （1)QQQ传导12 耐火砖圆柱热传导：24 ww12w1132037368.20.3ln05.1132062ln12ttrrttlQ 耐火砖顶部热传导：ww2w12320993203.005.16785.0ttttbAQ Qt传导472 320w (2)联立(1)与(2)式 w4w3204728.76100273641tt w4w320736.08.76100273tt 试差解得：tw115 Q损失64

49、1 388768964.kW 或 Q损失472 320115968.kW 29、平均温度为 150的机器油在1086mm 的钢管中流动，大气温度为 10。设油对管壁的对流传热系数为 350 W/(m2)，管壁热阻和污垢热阻忽略不计。试求此时每米管长的热损失。又若管外包一层厚 20mm，导热系数为 0.058 W/(m2)的玻璃布层，热损失将减少多少？对流辐射联合传热系数)(052.04.9ttwtW/(m)。解：在定态条件下，各串联热阻11/Rt相等（1）不保温时的热损失 因管壁热阻忽略不计，可认为管内、外壁温度均为 tW。108.014.3)10(052.04.9(110)096.014.3

50、350(1)150(wwwtttlQ 令 tw-10=25)01764.019.3(11047.9)140(3 于是 014003.110671.124 求解得：C0.143C0.133oowt 按管外壁散热得：W/m736133)13301764.019.3(lQ（2）若加了 20mm 厚的保温层后，管壁温度为 tW1，保温层外壁温度为 tW2。则：)0242.037.4(1874.0)140(10148.014.3)10(052.04.9(110865.01047.9)150(148.014.3)10(052.04.9(110)108148ln(058.0211047.9)150(2222