化工原理杨祖荣主编课后习题解答.pdf

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1、目 录第一章 流体流动与输送设备.(2)第二章 非均相物系分离.(2 6)第 三 章 传 热.(3 2)第 四 章 蒸 发.(4 4)第五章 气体吸收.(4 8)第 六 章 蒸 储.(6 8)第 七 章 干 燥.(8 4)第 八 章 萃 取.(9 2)第 一 章 流体流动与输送机械1.燃烧重油所得的燃烧气，经分析知其中含CO286%,027.5%,N276%,H2O8%（体 积%）,试求此混合气体在温度500、压 力 101.3kPa时的密度。解：混合气体平均摩尔质量Mm=功,M =0.0 8 5 X 4 4 +0.0 7 5 x 3 2 +0.7 6 x 2 8 +0.0 8 x 1 8 =

2、2 8.8 6 x 1 0-3 k g /m ol：.混合密度P M”,R T1 0 1.3 x l 03 x 2 8.8 6 x l Q-38.3 1 x(2 7 3 +5 0 0)=0.455k g /nP2.已知20下水和乙醇的密度分别为998.2 kg/n?和 789kg/n?,试计算50%（质量）乙醇水溶液的密度。又知其实测值为935 kg/m3,计算相对误差。解：乙醇水溶液的混合密度1 _ a a2 _ 0.5 0.5pm=8 8 1.3 6 Zr g/w3相对误差：P噂二PM X 1 0 0%=fl-88L36|X 1 0 0%=5.7 4%0.实 I 9 3 5 ）3.在大气压

3、力为101.3kPa的地区，某真空蒸微塔塔顶的真空表读数为85kPa。若在大气压力为90 kPa的地区，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时真空表的读数应为多少？解：P绝=Pa-P =P；-P其P%一（P 一 p真）=9 0 -（1 0 1.3 -8 5）=7 3.7 k&4.如附图所示，密闭容器中存有密度为900 kg/m3的液体。容器上方的压力表读数为42kPa,又在液面下装一压力表，表中心线在测压口以上0.55m,其读数为58 kPa。试计算液面到下方测压口的距离。解：液面下测压口处压力题 4附图P=Po+限M =px+p g h3区!邃-+。=丝鱼血+0.5 5 =2.3 6机PgP

4、g9 0 0 x 9.8 15.如附图所示，敞口容器内盛有不互溶的油和水，油层和水层的厚度分别为7 0 0 m m 和 6 0 0 m m。在容器底部开孔与玻璃管相连。已知油与水的密度分别为8 0 0 k g/n?和 l O O O k g/n A（1）计算玻璃管内水柱的高度；（2）判断A 与 B、C 与 D点的压力是否相等。解：（1）容器底部压力P=Pa+。油 g4+P 水 gh=Pa+。水的题 5附图二外A+2水）=31,+%=P水 P水理*0.7+0.6=1.16加1000 PA 手 PB PC=PD6.水平管道中两点间连接一U形压差计,算管内流体为（1）水；（2）压力为1 0 1.3

5、k P a指示液为汞。已知压差计的读数为3 0 m m,试分别计温度为2 0 的空气时压力差。解：Ap=(Po-P)Rg=(13600-1000)x 0.03x9.81 =3708.2Pa（2）空气密度pMPRT101.3X103 X29X10-38.31x(273+20)=1.206馆/加3p=o 一2)&g=(13600 1.206)x 0.03x9.81=4002.I P。空气密度较小，a p o R g7.用一复式U形压差计测量水流过管路中A、B两点的压力差。指示液为汞，两 U形管之间充满水，已知 i=1.2 m,2=0.4 m,h=Am,hy=Q.25m,试计算A、B两点的压力差。解

6、：图 中 1、2为等压面，即 P 1 =p2Pi=Px+咫乩 氏=凸+PogRip*+M=p+PogRi(i)又 Ps=P6=PB+pgh3 +PogR?Pi=2 4 =P承 也 卜。题 7附图=PB+痢 3 +P(gR2 -Pg(h4 -4 2 )(2)将Q）代入中:PA+PSA=pB+pghy+pogR2-pg(h4-h2)+pogRxPAB=PA-PB=咫3 +P o g%咫(儿一力2)+POgR Pg h、=咫(2 -I+-4)+P og(招+穴2)=(凡+火 2)(2 0-2 应5 AB=(1.2 1.4+1.4-0.2 5)X(1 3 6 0 0-1 0 0 0)x 9.8 1=2

7、 41 0 3 1.7。2 41.0 X 为8.根据附图所示的双液体U 管压差计的读数，计算设备中气体的压力，并注明是表压还是绝压。已知压差计中的两种指示液为油和水，其密度分别为9 2 0 k g/n?和 9 9 8 k g/n?,压差计的读数R=3 0 0 mm。两扩大室的内径。为 6 0 mm,U 管的内径d为 6 m m。解：1.2 为等压面，px=p2Pi =P +Pg h 2=P“+(九 -R)+&l Ag+即 2 gP+Pg h =Pa +S 1 R +A Z)P|g +R p 2gP P a=H g(2 2 -A)+A Zpig又 R-d2=A Z-Z)24 4A Z =x R

8、=(9 x 0.3 =0.0 0 3 mD2 6 0：.p-pa=0.3 x 9.8 1 x (9 9 8 -9 2 0)+0.0 0 3 x 9 2 0 x 9.8 1=2 5 6.6 尸 a (表压)9.为了排出煤气管中的少量积水，用附图所示的水封装置,水由煤气管道中的垂直支管排出。己知煤气压力为1 0 k P a（表压）,试求水封管插入液面下的深度儿解：煤 气 表 压p =p g h题9附图p gI Q x lO31 03 X9.8 1=1.0 2 m1 0.绝对压力为5 40 k P a、温度为3 0 的空气，在。1 0 8 X 4 m m 的钢管内流动，流量为1 5 0 0 m3/h

9、（标准状况）。试求空气在管内的流速、质量流量和质量流速。解：标准状况下空气的密度：0。pM _ 101.3xlO3 x0.029RT0 8.31x273=1.29kg/m3，质 量 流 量：ms=Vpn=1500 x1.29=1935左g/0=0.5375左g/s质 量 流 速:ms0.785/19350.785 xO.l2=246497Ag7 -m2-68.47kg/s-nr操作条件下密度:PMP=RT540 xlO3x 0.0298.31x(273+30)=6.22kg/：.体积流速:G 68.47ll=一=-p 6.22=1 m!s11.硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为O76

10、X4mm和O57X3.5mm。已知硫酸的密度为1831 kg/m体积流量为9m3/h,试分别计算硫酸在大管和小管中的（1）质量流量；（2）平均流速；（3）质量流速。解：（1）大管：76 x4mm顼=匕-0=9x1831=16479彷/%匕0.78519/36000.785x0.0682=069mlsG=uxp=0.69x 1831=1263.4kg/m2 s小管：057x3.5加加质量流量不变 取2 =16479版/h町0.785虏9/36000.785 x0.052=s或/r ou22=w.()2=0.69()2=1.27m/s d2 50G2=w2/?=1.27x1831=2325 Akg

11、/m2-s1 2.如附图所示，用虹吸管从高位槽向反应器加料，高位槽与反应器均与大气相通，且高位槽中液面恒定。现要求料液以lm/s的流速在管内流动，设料液在管内流动时的能量损失为20J/kg（不包括出口），试确定高位槽中的液面应比虹吸管的出口高出的距离。解：以高 位 槽 液 面 为 1-r 面，管 出 口 内 侧 为 2-2 面，在1-1 2-2 间列柏努力方程:2+3；=2送+3 +；+2：匕题1 2附图简化：”=(g x l+2 0)+9.8 1 =2.0 9?1 3.用压缩空气将密闭容器（酸蛋）中的硫酸压送至敞口高位槽,如附图所示。输送量为01n?/m in,输送管路为。38义3m m 的

12、无缝钢管。酸蛋中的液面离压出管口的位差为10m,且在压送过程中不变。设管路的总压头损失为3.5m（不包括出口），硫酸的密度为1830 kg/m问酸蛋中应保持多大的压力？解：以酸蛋中液面为i-r 面，管出口内侧为2-2 面，且以1-11面为基准，在 1 T 2-2 间列柏努力方程:PiPg1 2 7+u+Z|2g=改P+Z2+Z”/简化:合 力+乙+口/其中：w2Vs _ 0.1/6 0却2-0.7 8 5 x 0.03 224=2.07 m/s代入：P1=咫(4公+Z?+Z /)=18 3 0 x 9.8 1x(1x 2.072+10+3.5)2x 9.8 1=24 6.3此(表压)1 4.如

13、附图所示，某鼓风机吸入管内径为200m m,在喇叭形进口处测得U 形压差计读数R=15mm（指示液为水）,空气的密度为1.2 kg/m3,忽略能量损失。试求管道内空气的流量。解：如图，在 I T 2-2 间列柏努力方程:Zg+邑 +彳：=Z,g+u+Z%p 2 p 2其中：Z1=Z2,w,0,P(表)=0,Z%=0简化：o=21+_L“；P 2-而:p2=-PnRg=-1000 x9.81 x 0.015=-147.15,1 2 147.15/=-2 1.2u2=15.66/w/s流量：r =工/=0.785 X 0.22 x15.66=0.492m 3/s=1771机3/。4 21 5.甲烷

14、在附图所示的管路中流动。管子的规格分别为0219X6mm和 0159X 4.5m m,在操作条件下甲烷的平均密度为1.43 k g/m 流量为1700m3/ho在截面1和截面2 之 间 连 接-U 形压差计，指示液为水，若忽略两截面间的能量损失，问 U 形压差计的读数R 为多少？解：在 1,2 截面间列柏努力方程：Zjg+0.0 812 x 82 0解得 u =a.95m/sn d u p 0.0 81 x 0.95x 82 0Re=V=1 2 1 X 1 0-=52 1.5(2 0 0 0假设正确K =-d2u =0.785X0.0 812 X0.95=4.89x 1 O-3/M3/.s =

15、1 7.61/42 9.2 0 苯由高位槽流入贮槽中，两槽均为敞口，两槽液面恒定且相差5m。输送管为0 3 8X3mm的 钢 管（e=0.0 5 m m）总长为1 0 0 m （包括所有局部阻力的当量长度），求苯的流量。解：在两槽间列柏努力方程，并简化：0n A 7 3l +Xle u2即：A Z g.2-y代入数据:5 x 9.8 1 =/l x-0.0 3 2 2化简得：急，2 =0.0 3 1 3 90.0 5 i 2=0.0 0 1 5 6查完全湍流区 2 =0.0 2 2设 2 =0.0 2 1,由式得 u =.22m/s由附录查得2 0 苯物性：p =876k g i m 3 =0

16、.7 3 7 7 K sRedpii _ 0.032x879x1.22丁 一 0.737x10 3=4.66xl04查图，2=0.026再设 4=0.026,由(1)得=1.10/M/S0.032x879x1.100.737x10-3=4.20 x104查得4=0.26 假设正确u=I.I O/M/5流量：K=-d2u=0.785 x 0.0322 x 1.1=8.84 x 10-4 4=3183喝3 0.如附图所示，密度为P的流体以一定的流量在一等径倾斜管道中流过。在A、B两截面间连接一U形压差计，指示液的密度为P。，读数为R。已知A、B两截面间的位差为，试求:（1）AB间的压力差及能量损失

17、；（2）若将管路水平放置而流量保持不变，则压差计读数及AB间的压力差为多少?解：（1）在A-A与B-B间柏努利方程:+ZAS=+；琮+ZBg+WfAp 2 p 2其中“LB zB-zA=h 亚 展=乙/一 馆对于U形差压计PA+ZAP-g=PB+Z”(Zg-R)g+即 gPA-PB =(ZA-ZB)p-g+R(p0-p Y gPAB =hp-g+R(Po-P)-g伊Bhpg+Rpo-p)g -Rkpo-p)g-hg=-P P（2）水平放置时V流 量 不 变.管路总能量损失Z%“不变。而U形差压计读数R实际反映了阻力的大小，所以R不变。此时，PAB=夕2力 =R（P Rec：.假设正确，以上计算

18、有效。3 3.用离心泵将20水从水池送至敞口高位槽中，流程如附图所示，两槽液面差为12限 输 送 管 为057X3.5mm的钢管,总 长 为220m（包括所有局部阻力的当量长度）。用孔板流量计测量水流量，孔径为20mm,流量系数为0.61,U形压差计的读数为400nlmHg。摩擦系数可取为0.02。试求：（1）水流量，n?/h；（2）每kg水经过泵所获得的机械能。解：（1）匕=c/产%八八 u i2 2x0.4x9.81x(13600-998.2)=0.61x 0.785 x 0.0 2-V 998.2=1.91x10-3?/=6.88%(2)以水池液面为1-1面，高位槽液面为2-2面，在1-

19、1 2-2 面间列柏努利方程:+u+Zg+K =隹+:公 +z?g+Z%p 2 p 2简化：匕=公 在+工%.而吟 二 之/+X d 2其中:匕 _ 1.91x10-30.785/-0.785x0.052=0.973%十山 C M 2 2 0 0.9 7 32-一 1/./Wf 0.0 2 x-x-=4 1.6 56 ,10-6）2 x（2650-998）x9Sl8 18x1.01x10-=8.02xl0-4m/s校核流型30 x10 x8.02x10-4 x9981.01x10-3=2.38x10-2（107-2）假设成立，尸 8.02X10-4m A为所求(2)20常压空气=1.81X10

20、-5Pas设沉降在滞流区P=1.21kg/m3r（P,P）g=（30、W X&650.1 2）X9.81 E l Of/s18 18x1.81x10-校核流型:Re,du,p30X106 x 7.18 x I O-*1.211.81x10-5=0.144 e（104 2）假设成立,为=7.18义lO rn/s为所求。2、密度为2150kg/n?的烟灰球形颗粒在20空气中在层流沉降的最大颗粒直径是多少？解：已知 0 s=2150kg/n?查 20 空气 z/=1.81X10-5Pa.s P=1.21kg/m3当R e,=包 史=2 时是颗粒在空气中滞流沉降的最大粒径，根 据 式(2-1 5)并整

21、理d(pp)gp=皿二2 所以182 、36 2 _ 3 36x(1.81x10-)2(Ps-P)SP V (2150-1.21)x9.81x1.21=7.73xl0-5m=77.3gm3、直 径 为 l Ou r n 的石英颗粒随20的水作旋转运动，在旋转半径7?=O.O5m 处的切向速度为12m/s,，求该处的离心沉降速度和离心分离因数。解：已知 cMO um、7?=O.O5m、z/,=12m/s设沉降在滞流区，根 据 式(2-15)g 改为/R 即18uj _ I O_10 x(2650-998)122-R-=-1-8-x-1-.0-1-x-1-0-7i-X-0-.-0-5-=0.026

22、2m/s=2.62cm/s校核流型Re,durpA10-sx 0.0262x998l.OlxlO-3=0.259 6(10 2)wr=0.026 2m/s 为所求。所以K )=4 00mm=0.4 m,根据标准旋风分离器h=D/2、B=，4故该分离器进口截面积 A=h B=D2/S所以Vs 1000 x8A-3600 x0.42%=13.89m/s根 据 式(2-26)取标准旋风分离器N=5 则I 9x3.6xl0-5 xO.4/4V3.14x5x2300 x13.89=0.8x10 5m=8Hm根 据 式(2-30)取 f=8.0/2 2=520Pa6、有一过滤面积为0.09 31 7 的小

23、型板框压滤机，恒压过滤含有碳酸钙颗粒的水悬浮液。过滤时间为50秒时,共得到2.27 X 1 0-3 的滤液;过滤时间为1 00秒时。共得到3.35X 1(T3 m 3的滤液。试求当过滤时间为200秒时，可得到多少滤液？解：已知/=0.09 3m2、h=50s、K,=2.27 X 1 03m3、Z2=1 00s、=3.35X 1 03m3、/3=200s由 于 7,匕 _ 2.27 x1 0-37 -0.093=24.4 1 x1 0-3%3.35x10-3A 0.093=36.02x10-3根 据 式(2-38 a)端+2qM=K/J(24.4 1X1 0-3)2+2x24.41x10%,=5

24、()K+2%/=K4 1(36.02X1 0)2+2x36.02x10-3 随=IOK联立解之:*=4.1 4 X 1 0-3K=1.59 6 X 1 0-5因此 q；+2x4.14x10%=200 x 1.596 x 10-5夕 3=0.0525所以 匕=3=0.0525 X 0.093=4.88 X 10-m37、某生产过程每年须生产滤液3800 n A 年工作时间5000h,采用间歇式过滤机，在恒压下每一操作周期为2.5h,其中过滤时间为1.5h,将悬浮液在同样操作条件下测得过滤常数为K=4X 10-6m2/s；e=2.5X 10-2m3/m2o 滤饼不洗涤，试求：(1)所需过滤面积，(

25、2)今有过滤面积8m2的过滤机，需要几台？解：已知生产能力为3800m3滤液/年，年工作日5000h,T=2.5h,/=1.5h,K=4X 106m2/s,9e=2.5X102m3/m2,(1)因为 0=38OO/5OOO=O.76m3 滤液/h由 式(2-42)c”3600K V0.76=-=T 2.5所以 V=2.5X 0.76=1.9 0?由 式(2-38a)5+2%()=K/19 o 1 9 6()2+2x2.5xl 0-2()=4X106 X1.5X 3600A A2.16x10-21=3.61+9.5x10-2/解之 A=14.7 m215 m2(2)因为过滤机为8 m2/台，所以

26、需2 台过滤机。8、BMS50/810-25型板框压滤机,滤框尺寸为810X810X25mm,共 3 6 个框,现用来恒压过滤某悬浮液。操作条件下的过滤常数为K=2.72X10-5n/s；=3.45 X 10-3m3/m2 每滤出I n?滤液的同时，生成0.148 m3的滤渣。求滤框充满滤渣所需时间。若洗涤时间为过滤时间的2 倍，辅助时间15min,其生产能力为多少？解：滤框总容积 Ko=O.812X 0.025X36=0.590 m3过滤面积 4=0.812x2X36=47.2 n?q =V =V-.=-0-.-5-9-0-=A0.A0O8.4C5 m 3/m2A v A 0.1 4 8 x

27、4 7.2_ q2+2qeq _ 0.08 4 52+2 x 3.4 5x 1 0 3 x 0.08 4 5K2.7 2x1 0-28 3s生产总周期为 6 28 3+2X 28 3+1 5X 6 0=1 7 4 9 s由 匕=上 得一个周期滤液量为P =%=3.9 9 n?A v A v 0.1 48寸一山 匕上旺八 3 6 00K 3 6 00 x 3.9 9 3、由才“所以生产能力为0 =-=-=8.2 1 m 滤 液/hT 1 7 499、有一直径为1 3 5m,长0.9 m的转筒真空过滤机过滤水悬浮液。操作条件下浸没度为1 2 6,转速 为l r/m i n,滤布阻力可以忽略，过滤常

28、数K为5.1 5X 求其生产能力。解：因为过滤面积 A=J i DL=3A4X 1.7 5X 0.9=4.9 5m2浸没度甲=126/3 6 0 =0.3 5由 式(2-45a)Q =60A60ni yK=6 0 x 4.9 5 x 7 6 0 x 1 x 0.3 5x 5.1 5 x 1 06=3.09 n?滤 液/h1 0、某转筒真空过滤机每分钟转2转，每小时可得滤液4 若过滤介质阻力可以忽略，每小时获得6 m 3滤液时转鼓转速应为多少？此时转鼓表面滤饼的厚度为原来的多少倍？操作中所用的真空度维持不变。解：已知 i=4m3/h ,i=2 r/m i n ,02=6 n?/h ,/=0由 式

29、(2-45a)两边平方，得Q：-(60A)2 x 6 0冰；=(6 0 2 *6 0冰2 /-所以 n.,-()2 x 2-4.5r/m i n勺4A由 式（2-3 5）得 匕=2 1 匕L2Av,=而 v 尸也 又/不 变，以 1 小时为计算基准，则。产匕。2=%故4 =七匕匕=1.5,第 三 章 传 热1.红砖平壁墙，厚度为500mm，内侧温度为200,外侧温度为30,设红砖的平均导热系数为0.57 W/(m C)。试求：单位时间、单位面积导出的热量；(2)距离内侧350mm处的温度。解：(1)q=-(tl-t2)=(200-30)=193.8W/m2b 0.5 q=4 伉-r)=M(20

30、0Y)=193.8 解得：F=81Cb 0.352.在外径100mm的蒸汽管道外包一层导热系数为0.08 W/(m，C)的绝热材料已知蒸汽管外壁150,要求绝热层外壁温度在50以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m,试求绝热层厚度。翻 _。_ 2兀(。-2)_ 2x3.14x0.08x(150-50)_:q =13UL 加 红2 勺 50解得：r2=69.9mm；壁厚：尸 2-门=19.9mm3.某燃烧炉炉墙由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m aC),0.16W/(m )和 0.92 W/(m),耐火砖和绝热转厚度都是0.5m,普通砖厚度为0.25m。已

31、知炉内壁温为1000,外壁温度为55,设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。解：q =-2丈4瓦+瓦+%4 丸2%I。*=247.81W/M0.5 0.5 0.25-F H-1.2 0.16 0.924.燃烧炉炉墙的内层为460mm厚的耐火砖，外层为230mm厚的绝热砖。若炉墙的内表面温度 人 为 1400,外表面温度，3为 100。试求导热的热通量及两种砖之间的界面温度。设两种不专接触良好，已知耐火砖的导热系数为九=0.9+0.00073绝热砖的导热系数为&=0.3+0.0003，。两式中/可分别取为各层材料的平均温度，单位为,2 单位为W/(m C)。解：g=01-2)=02=3 2

32、 T 3)(a)*1b2%=0.9+0.0007 f|+,2 2,=().3+0.0003 5 7x 3.5 m m、长度为3m的换热管内,被加热升温至8 0 ,试求管内壁对空气的对流传热系数。解：空气的定性温度“等=5。3在此温度查得空气的物性数据如下:cp=1.0 0 5 W/k g K,2 =0.0 283 W/m-K ,x 7=1.96 x l 0-5P a-s p=0.85 4 k g/m3U =为24_ _ _ _ _ _ _ _6 0/3 6 0 00.785 x（5 7-2X3.5）2X10-6=8.5 0 m/s_ dup 0.0 5 x 8.5 x 0.85 4Re =-4

33、 1.96 x 1 0 7=1 85 1 8 1 0 0 0 0c C p M 1.O O 5 X 1 O3 X 1.96 X 1 0-5r r =-=-2 0.0 283=0.6 96l/d=3/0.0 5=6 0a =0.0 23-R e0-8 P r0 4=0.0 23 x 0 02 8 3 x 1 85 1 80 8 x O.6 960 4=2 9.2 W/m2-Kd 0.0 59.9 6%的硫酸在套管换热器中从90 冷却至3 0。硫酸在直径为 25 x 2.5 m m、长度为3m的内管中流过，流 率 为80 0 k g/ho 一知在管内壁平均温度下流体的粘度为9.3 c P o试求硫

34、酸对管壁的传热 膜 系 数。已 知 硫 酸 在 定 性 温 度 下 的 物 性 如 下：cp=1.6 A-J/k g K ,2 =0.3 6 W/m.K =8.0 x 1 0-3 p a y p =1 83 6 k g/m3解：w =-.=0.3 85 m/s3 6 0 0 x：（0.0 2）2 xl8 36 dupRe=0.0 2x 0.3 85 x 1 83 68x 1 0-3=1 76 7（层流）c CpR 1.6 x l 03 x 8x l 0-3Pr=-=-2 0.3 6=3 5.6由于管子很细，液体黏度较大，故可忽略自然对流的影响，a可用下式计算:a =1.86&（检 尸,）%（上

35、d/w=1.8 6 x（1 7 6 7 x3 5.6 x/（0 2 4 5 W/,K10.98%的硫酸以0.6m/s的流速在套管换热器的环隙间流动。硫酸的平均温度为70,换热器内管直径为0 2 5 X2.5 m m,外管直径是。51 X3 m m。试求：硫酸的对流传热系数。已知定性温度下硫酸的物性为：C p =1.584J/k g-K ,A =0.36W/m -K x z =6.4x l 03P a s p =1836k g/m3；壁温60下硫酸黏度”,=7.6cP解：以&及4分别代表内管外径和外管内径，则当量直径4为二曷 片de=4 -=4 -a =0 045-0.025=0.02 mnd+

36、nd?k 6=幺 吆=W吆誉=3442(过渡区)6.4x 10-3方 Cp R 1.58x 103 x 6.4x l O-3 r r =-=-=2 o.l湍流时的对流传热系数：a=0.027 7?e-8P r ()014=0.027 x(3442)0 8(28.l)()0 14=9 74 W/m2Kde 卬 0.02 7.6校正系数:6x l Q5 1 6x l Q5R e18(3442严=0.742过渡区时对流传热膜系数：a=%=0.742x 9 73=722.5 W/m2-K1 1水在一定流量下流过某套管换热器的内管，温度可从20升 至8 0 C,此时测得其对流传热系数为l O O O W

37、/aN-K)。试求同样体积流量的苯通过换热器内管时的对流传热系数为多少？已知两种情况下流动皆为湍流，苯进、出口的平均温度为60。解：由 Q ；8 )=5(T C 查 得 水 物 性:cp=4.174k J/(k g-K),2=0.6473W/(m.K),p =9 88.1k g/m3,M =54.9 2x l 0-5p a.s。查得60 时，苯的物性：c p=1.851k J/(k g K),T=0.136W/(m-K),=836k g/m3,A=0.4x l 0-3P asp r_ p A _ 4.174x 1()3 x 54.9 2x io-5-7 F-0.6473=3.541a=0.02

38、3,_CPP _ 51x 1()3x 0.4x 10-3r A 0.136=5.444又=二(应 7生V _ 0.136(836x 0.549 2丫7 5.4 4 4 0 2四a A )(P r J 0.64731 9 88.1x 0.4)(3.541Ja,=0.2814x l 000=281.4W/(m2-K)12 150的饱和水蒸汽在一根外径为100mm、长0.75m的管外冷凝，已知管外壁温度为110。分别求该管垂直和水平放置时的蒸汽冷凝传热系数。解：（1）假定冷凝液为层流流动，则门I /,，1/4a垂 直=1/3膜温为(150+110)/2=130,此温度下水的物性为：片9 34.8k

39、g/n?；/0.218mP as：2=0.686W/(mK)1 5 0 C时水的相变焰为：尸2119 k J/k g。所以a垂 直=l/3 x2119 x l 03 x 9 34.82 x 9.81x 0.6863、0.218X10-3 X0.75X(150-110)1/4=6183.5W/(m2-K)校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数计算如下:4 a垂直心R e=-%将相关数据代入上式可得：R e=6 1 8 3.5 x 0.7 5 x(1 5 0-?。)=1606 18002119X103X0.218X10-3层流假定成立，以上计算有效。（2）当管水平放置时，直接用如下公式计

40、算蒸汽冷凝传热系数:a水平 0.725a垂直G o 0Q.T750.25=1.062a水 平=1.062a垂 直=1.062x 6183.5=6566.9 W/m2K13.竖直放置的蒸汽管，管外径为1 0 0 m m,管长3.5m。若管外壁温度1 1 0 ,周围空气温度为30,试计算单位时间内散失于周围空气中的热量。解：定 性 温 度 粤2 =7。七下，空气的物理性质沏cP=1.009 k J/(k g-),X=0.029 7W/(m-),n=2.06x l 0-5P a-s,p=1.029 k g/m3体积膨胀系数/7=-=-5-=2.9 1 x 10一3-IT(70+273.15)格拉斯霍

41、夫准数Gr =侬 3。2 2.9 1x 10-3 x 9.8 1x(110-30)x 3.5 3 x 1.02 92(2.06 x 1 O-5)22-=2.44x 10普 朗 特 准 数Pr =Cp 1.009 x 103x 2.06 x lO-5 八-=-=0.7 U 0A0.02 9 7贝 l j Gr-Pr =2.44x l08 x 0.7 00=1.7 08 x l0a =0.135 y(Gr-Pr)-=0.135 x .(1.7 08 x 10)：；=6.36 W/m2 Q=a A t=6.3 6 X n X 0.1 X 3.5 X (110-30)=5 5 9.2 W1 4在一套管

42、式换热中用的冷却水将流量为1.2 5 k g/s的苯由8 0冷却至40。冷却水进口温度为 2 5 ,其出口温度选定为35。试求冷却水的用量。解：苯的平均温度为6 0,查得该温度下其比热为：L 8 6 0k J/k g，C水的平均温度为30,查得该温度下其比热为：4.17 4k J/k g-热平衡方程：Q=q”1C -丁2）=q m2cp4 12-6）冷却水用量3 严 一）J 2 5 x L 8 6 0 x l 0：x（8 0 U 0）=2 2 3k g/s=8 02 1k g/h喙（，2-，1）4.17 4X103 X（35-2 5）1 5 流 量 为 lO O O O m V h （标准状况

43、）的空气在换热器中被饱和水蒸汽从2 0加热至6 0,所用水蒸汽的压强为400k Pa （绝压）。若设备热损失为该换热器热负荷的6%,试求该换热器的热负荷及加热蒸汽用量。解：查得空气在平均温度40下的比热容为：cp 2=l.O O 5 k J/k g-r 400k P下水的相变焰为2 138 k J/k g o空气的质量流量：2 9 =12 9 46 k g/h热负荷：Q=qm lcp 2（t2-/1）=12 9 46 x 1.005 x l03x（6 0-2 0）/36 00=144.6 k W考虑热损失的热平衡方程：（1+6%月=心/加热蒸汽用量：J。，。=0.07 17%g/s =2 5

44、8.14g/1 6在一套管换热器中用饱和水蒸汽加热某溶液。水蒸汽通入环隙，其对流传热系数为10000W/m2-；溶液在 2 5 x 2.5 m m 的管内流动，其对流传热系数为8 00 W/n F C。换热管内污垢热阻为1.2 x l0-3m2./W,管外污垢热阻和管壁忽略不计。试求该换热器以换热管的外表面为基准的总热系数及各部分热阻在总热阻中所占的百分数。解&a ：1一 =1 +-1 -d-+RDsK 臼 a2 d2包=+X +1.2 x l0-3x =3.16 3x l0-3 m2./Wd2 10000 8 00 2 02 0K=316.2 W/m2-蒸汽侧热阻/总热阻=100=3.16%

45、3.16 3x 107溶液侧污垢热阻/总热阻=（1 /80卜25/2。=49 4%3.16 3x 10-3管内污垢热阻/总热阻=!2 1 x 2Q=4 7 4%3.16 3x 10-317.以三种不同的水流速度对某台列管式换热器进行试验。第一次试验在新购进时进行；第二次试验在使用了一段时间之后进行。试验时水在管内流动，且为湍 流，管外为饱和水蒸气冷凝。管子直径为。2 5 X 2.5 m m 的钢管，其材料导热系数为45 W/（m C）。两次试验结果如下实验次数第次第二次水流速度(m/s)1.01.51.0总传热系数(W/nFK)211526601770试计算：(1)第一次试验中蒸汽冷凝传热系数

46、；(2)第二次实验时水侧的污垢热阻(蒸汽侧污垢热阻忽略不计)。解：第一次试验时没有污垢生成，则可用下面方法求得蒸汽冷凝的传热系数必(以下标1.0、1.5 及3分别代表三种不同流速下的情况)。(a)K 0 Adtn(2)1,0 2I 二 I I 她 I 4K 5 4&(。2)1.542(b)1 _(2),.5 在两次试验中管壁热阻及a 1相同，上二式相减得:1 _曳/_!_Ki.o&5 d2(。2腐.o因为水在管内是湍流，所以(。2)1.0与(。2)“存在如下关系(C)区)5=(也 严 卜。=(L 5 严 解=l-38 3(a2)10(d)W1.0式(c)与(d)联立求解可得：)。=357 3.

47、3 W/(m 2.),a,5=49 42 W/(m2.)由式(a)：J _ _ _ b d d _ 1a Ki o(a2)l 0d2 2115-0-.-0-0-2-5-x-2-5-2-5-=6.r 13x 1,0n_545x 22.5 357 3.3x 20m2.r/Wa,=16313 W/(m2-)(2)在同一水流速度L O m/s 下，两次试验中总传热系数不同是山于在管壁表面上产生污垢。第二次实验时:水侧污垢热阻:1 _ 1 H 或 小K1.0 a 皿”(&2)1.()2 4 2X 型=7.37 x 10-5 m2./W251 8 在一石油热裂装置中，所得热裂物的温度为30 0。今拟设计一

48、列管式换热器，用来将热石油 山 25预 热 到 1 8 0 C,要求热裂物的终温低于20 0 ,试分别计算热裂物与石油在换热器中采用逆流与并流时的平均温差。天、平、右 U+A 但-f 2)-(T 2 F)(20 0-25)-30 0-18 0)，人人门解：在逆流时：A/,“逆=L=-=146.0 C/一/1).ZU U Z.JI n -I n-T2Tl 30 0-18 0在并流时：刈=（七优-，2）=（3。-25）二（2,-1 8。）=9 7.3。,7 1 /1 .30 0 25I n L I n-T 2 T 2 20 0-18 01 9拟在列管式换热器中用初温为2 0C的水将流量为1.25k

49、 g/s的溶液（比热容为1.9 k J/k g，C、密度为8 50 k g/n?）由8 0 冷却到30。换热直径为 25义2.5m m。水走管程、溶液走壳程，两流体逆流流动。水侧和溶液侧的对流传热系数分别为0.8 5k W /（m 2/C）和1.7 0 k W /（m2-）,污垢热阻和管壁热阻可忽略。若水的出口温度不能高于50 ,试求换热器的传热面积。解：热负荷：Q =qm icp i(Ti-r2)=1.25x l.9 x l 03x(8 0-30)=1.19 x l 05W平均2Tt 30-20总传热系数：=-+=-+!T-=2.06X10-3 m2-r/WK a 2d l%0.85X103

50、X20 1.7X103解得：=48 5.44W/(m2-)由总传热速率方程可得：A=上 一皿“1.19 x 1Q548 5.44x 18.2=13.5 m22 0在列管式换热器中用水冷却油，并流操作。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10 0。现因生产任务要求油的出口温度降至8 0 ,假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，原换热器的管长为1 m,试求在换热管根数不变的条件下其长度增至多少才能满足要求。设换热瑞的热损失可忽略。解：原工况：g m i C M（7 i-7 2）=%”2c p 2 2-八）4m l。p l，2-1 40 -15 八 .-=-=U.j