化工原理课后习题.docx

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