化工原理课后习题(第四章)

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,KmW05.111厚度mm230b；绝热砖的热导率为11KmW151.0；普通砖的热导率为11KmW93.0。若耐火砖内侧温度为C10000,耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C9400,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C1300(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：mm230mm113mm65;(2)普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm240mm1200mm5。(答：⑴m460.02b；⑵C6.344t)解：⑴第一层：1121bttAQ第二层：2232bttAQ32222111ttbttb130940151.0940100023.005.12bm446.02b因为绝热砖尺寸厚度为mm230，故绝热砖层厚度2b取m460.0，校核：3940460.0151.0940100023.005.1tC3.1053t；⑵43332111ttbttbC6.344t。4-2、某工厂用mm5mm170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mm30的矿渣棉，其热导率为11Km0.065W;第二层为厚mm30的石棉灰，其热导率为11Km0.21W。管内壁温度为C3000，保温层外表面温度为C400。管道长m50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为11Km45W（答：kW2.14Q）解：已知：11棉Km0.065W，11灰Km0.21W查表得：11KmW54钢34323212141ln1ln1ln12ddddddttlQ其中：0606.016.017.0lnln12dd，302.017.023.0lnln23dd，231.023.029.0lnln34dd1mW28421.0231.0065.0302.0450606.0403002lQ，kW2.14W1042.1502844Q。4-3、冷却水在mm1mm19，长为m0.2的钢管中以1s1m的流速通过。水温由88K2升至K298。求管壁对水的对流传热系数。(答：12Km4260W)解：设为湍流水的定性温度K2932298288t，查表得：11CkgkJ183.4pc，11KmW5985.0，sPa10004.13，3mkg2.998，m2l，m017.0d，507.117017.02dl，446101069.110004.12.9981017.0Redu与假设相符，01.75985.010004.110183.4Pr33pc，4.08.0PrRe023.0d124.08.04KmW426001.71069.1017.05985.0023.0。4-4、空气以1s4m的流速通过一mm75.3mm5.75的钢管，管长20m。空气入口温度为C320，出口为C680。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：12Km18.3W，12KmW7.31）解：设为湍流空气的定性温度C5026832t，查表得：11CkgkJ005.1pc，112KmW1083.2，sPa1096.15，3mkg093.1，m20l，mm6875.325.75d，50294068.020dl，4451010517.11083.2093.14068.0Redu与假设相符，698.01083.21096.110005.1Pr253pc，4.08.0PrRe023.0d124.08.042KmW3.18698.010517.1068.01083.2023.0，当uu2时128.08.04.08.0KmW7.3123.182PreR023.0d。1214.031KmW1990555.0302.020097602.0293.086.1。4-5、有一套管式换热器，外管尺寸为mm5.2mm38，内管为mm5.2mm25的钢管，冷水在管内以1s0.3m的流速流动。水进口温度为C200，出口为C400。试求管壁对水的对流传热系数。（答：12Km1640W）解：设为湍流水的定性温度C3024020t，查表得：11CkgkJ174.4pc，11KmW618.0，sPa105.8016，3mkg7.995，46107456105.8017.9953.002.0Redu与假设不符，为过度流，41.5618.0105.80110174.4Pr63pc，4.08.0PrRe023.0d湍124.08.0KmW175341.5745602.0618.0023.0，9358.074561061Re10618.058.05f，12KmW164017539358.0湍过f。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1h5000kg，进口温度为C800，出口温度为C500；水在环隙中流动，进口温度为C150，出口为C300。逆流流动。冷却面积为2m5.2。问所测得得总传热系数为若干？（答：12Km737W）解：甲苯的定性温度C6525080t，查表得：11CkgkJ88.1pc，kW3.7850801088.136005000321ttGcQp，C50308021Tt，C35155012Tt，23550，C5.4223550mt，123KmW7375.425.2103.78mtAQK。4-7、在一套管式换热器中，内管为mm10mm180的钢管，内管中热水被冷却，热水流量为1h3000kg，进口温度为C900，出口为C600。环隙中冷却水进口温度为C200，出口温度为C500，总传热系数12Km2000WK。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）1h3000kg；（2）C30.6，3.4m；（3）C40，.6m2）解：⑴11CkgkJ186.4pc，122211TTcGttcGQpp12hkg30002050186.46090186.43000G；⑵C70209011Tt，C10506022Tt，C6.301070ln5070mt，23m71.16.3020003600609010186.43000mtKQA，m4.316.014.371.1dAL；⑶C40509021Tt，C40206012Tt，24040，C4024040mt，23m31.14020003600609010186.43000mtKQA，m6.216.014.331.1dAL4-8、一套管式换热器内流体的对流传热系数121KmW200，管外流体的对流传热系数122KmW350。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）37.1倍；（2）27.1倍）解：121KmW200，122KmW350122121KmW127350200350200K；⑴管内流速增加一倍，即，因为是湍流情况下的换热，故：74.128.08.01111uu，1211KmW34820074.174.1，122121KmW5.174350348350348K，倍37.11275.174KK；⑵管外流速增加一倍，即223uu，因为是湍流情况下的换热，故：408.238.08.02222uu，1222KmW8.84235041.241.2，122121KmW6.1618.8422008.842200K，倍27.11276.161KK。4-9、有一套管式换热器，内管为mm2mm54，外管为mm4mm116的钢管。内管中苯被加热，苯进口温度为C500，出口为C800。流量为1h4000kg。套管中为kPa1.196p的饱和水蒸气冷凝，冷凝的对流传热系数为12Km10000W。已知管内壁的垢阻为12WK0.0004m，管壁及管外侧热阻均可不计。苯的密度为3m880kg。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）1h100kg；（2）12KmW985；（3）10.6m)解：苯的定性温度C6525080t，查表得：11CkgkJ86.1pc，11KmW145.0，sPa1039.03，3mkg880，kPa1.196p下：饱和水蒸气的饱和温度C6.119st，汽化热1kgkJ2205r；⑴12ttcGrGQp苯蒸气112hkg1002205508086.14000rttcGGp苯蒸气；⑵设为湍流112uu12sm645.088005.0360040004Aqum，44310103.71039.0880645.005.0Redu与假设相符，5145.01039.01086.1Pr33pc，4.08.0PrRe023.0d124.08.04KmW9855103.705.0145.0023.0；⑶C6.69506.11911Tt，C6.39806.11922Tt，26.396.69，C6.5426.696.39mt，1222111KmW684108.01000005.00004.09851111ddRK23m66.16.54684360050801086.14000mtKQA，m6.1005.066.1dAL4-10、空气在预热器内从C020加热至C080，C0161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%20，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K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955.0倍；管长增加为原来管长的037.1倍；将加热蒸气的温度升为C1.118）解：WccW2.1故QttccWQcp2.1)(12，根据mtK