化工原理第四章作业

第一部分概念题3-2保温瓶在设计和使用过程中采取了哪些防止热损失的措施？3-4换热器的热负荷与传热速率有何不同？3-6何谓换热器的控制热阻?3-10工业上常使用饱和蒸汽做为加热介质而不用过热蒸汽，为什么？3-11“为了节省冷却介质的用量，在设计换热器的过程中，应尽量提高冷却介质的出口温度。”这种说法是否正确？第二部分计算题3-77某流体通过内径为100mm圆管时的流传热系数为120W/(Cm02),流体流动的雷诺数5102.1Re,此时的对流传热系数关联式为4.08.0PrRe023.0Nu。今拟改用周长与圆管相同、高与宽之比为1：3的矩形扁管，而保持流速不变，试问对流传热系数有何变化？3-84某固体壁厚b=500mm,其导热系数mW/(0.1℃)。已知壁的一侧流体温度Ｔ＝230C,其对流传热系数a1=50W/(m.℃);另一侧流体温度t=30℃,对流传热系数/(1002Wm2℃).若忽略污垢热阻，试求：（1）热通量q;（2）距热壁面２５mm处的壁温tx。解：方法一先求热通量，然后以（Ｔ－tx）为传热推动力，?xt（ba11）为对应热阻，求出xt。即将热流体与壁b面对流传热与xb厚壁面的导热综合考虑。（1）热通量q图3-33-84附图3-85一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为φ5.225mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却2CS饱和蒸气，使之从饱和温度46℃降至10℃，走管外，其流量W=0.07kg/s，其冷凝潜热为356kJ/kg，比热容为1.05kW/(kg℃)。水走管内，且与2CS呈逆流流动。冷却水进出口温度为5℃和30℃。已知冷凝和冷却段基于换热管外表面的总传热系数分别为/2001wK(2m℃)和/1002wK(2m℃)。问此换热器是否合用？T2a1a3-92废热锅炉由25mm2。5mm的锅炉钢管组成。管外为水沸腾，绝对压强为2.8Mpa，管内走合成转化气，温度由550℃降至450℃。已知转化气一侧，21/(250mW℃）水侧20/(10000mW℃）。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温wT及wt。3-96平均温度为270℃的机油从一φ108mm×6mm的钢管中流过。已知油对管壁的对流传热系数为340W/(m2·℃)，大气温度为12℃。试求：(1)每米管长的热损失：(2)若管外包以导热系数为0.045W/(m·℃)，厚度为20mm的玻璃棉作保护层，此时的热损失又为多少？假设管壁及污垢热阻可以忽略不计，外壁对空气的对流－辐射联合传热系数可用aT=8+0.05tW来计算。其中tW表示壁温，℃；αT的单位为W/(m2·℃)。3-98在管道中心装有热电偶以测量管内空气的温度。由于热电偶温度上升后对管壁进行辐射传热，测温元件的温度t1低于空气的真实温度ta。(1)试推导计算测量误差的关系式。(2)已知热偶的指示温度t1=220℃，管道内壁温度tW=120℃，热偶的黑度为0.8，空气对流传热系数α=40W/(m2·℃)·。试求真实的空气温度。3-100拟在列管式换热器中用120C的饱和蒸气将存放在常压贮槽中的温度为20C﹑比热容为2.09kJ/(kg·C)﹑质量为kJ4102的重油进行加热。采用输油能力为6000kg/h的油泵将油从贮槽送往换热器，经加热后再返回，油循环流动。若要求经4h后油温升至80C，试计算所需换热器的传热面积。假定整个加热过程中0K均可取作350W/（2m℃），而且任一瞬间槽内温度总是均匀的。3-101将一铜球投入T=350C的恒温油槽中。已知铜球的初始温1t=20C，质量m=1kg，表面积01.0A2m，比热容c=0.406CkgkJ/,油与球外表面的对流传热系数=60W/(2m)C。设可忽略铜球内部的导热热阻，求6min后铜球的温度2t。分析：铜球投入油中后，随即开始吸热升温过程。由于油温不变，随着球温上升，传热推动力即温差减小，传热速率下降。而传热速率下降反过来又影响铜球的吸热，使得球温上升速度渐减。所以铜球与油品之间的传热为一非定态传热过程。3-102用传热面积1A=21m的蛇管加热器加热容器中的某油品，拟将油温从201tC升至Ct802。已知加热器的总传热系数)/(2002CmWK，油品质量kgm500，比热容)/(2.2CkgkJcp。容器外表面散热面积2212mS,空气温度20t℃,空气与器壁的对流传热系数)/(102CmW，加热蒸汽的压强为kPa250。试求：（1）所需加热时间；（2）油品能否升至C90。不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。3-104：求电热器中电热丝的表面温度。已知电热丝直径0.5mm，全长2.5m，表面黑度9.0，周围反射器的温度为15℃，电热器的功耗为kw4.0。不计对流传热。（导热油、石英电加热器加热塔釜溶液的稳定时间及电热丝的表面最高温度）3-106有一列管式热换器，列管由薄壁钢管制成。壳方通入温度为720℃的饱和水蒸汽。管内走空气，空气流量为hKg/105.24，呈湍流流动，进口温度为30℃，出口温度为80℃。现加大空气流量为原来的1.5倍，进口温度不变。问此时的换热量为多少？（若保持出口温度不变，怎样处理？若载热体为导热油且保持出空气口温度不变，并已知导热油侧及空气侧的传热分系数，忽略污垢热阻，能否完成任务？）空气比热KKgJCP./1005，假设空气的物性保持不变。3-107一列管式换热器，由mm225的136根不锈钢管组成。平均比热为./4187KgJ℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为hkg/15000，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱和水蒸气在壳方冷凝。已知单管程时管壁对溶液的给热系数2/520mWi为℃，蒸汽对管壁的给热系数./1016.1240mW为℃,不锈钢管的导热系数./17mW℃，忽略垢层热阻和热损失。试求：A）管程为单程时的列管长度（有效长度，下同）；B）管程为4程时的列管长度（总管数不变，仍为136根）。3-112有一套管换热器，内管为mm254，套管为mm4116的钢管，内管中苯被加热，苯进口温度为50℃，出口温度为80℃，流量为hKg/4000。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为KgKJ/1.2168，冷凝传热膜系数为KmW2/11630。苯在50℃~80℃之间的物性参数平均值为密度3/880mKJ，比热KgKJcp/86.1℃，粘度23/1039.0mNs，导热系数KmW/134.0，管内壁垢阻为Wcm/000265.02，管壁及管外侧热阻不计。试求：（A）加热蒸汽消耗量；（B）所需的传热面积（以内管外表面计）。（C）当苯的流量增加50%，要求苯的进出口温度不变，加热蒸汽的温度应为多少？3-117某一列管式换热器，将一定量的空气加热。空气在管内作湍流流动，饱和水蒸气在管外冷凝。今因生产任务加大一倍，除用原换热器外，尚需加一台新换热器。如果使新旧两台换热器并联使用，且使二台换热器在空气流量、进、出口温度及饱和蒸汽温度都相同的条件下操作。原换热器列管数为1n，管径为1d，管长为1l，而新换热器管数为2n21(2)nn，管径为)5.0(122ddd。试问新换热器管长2l为原换热器管长1l的几倍。3-121在一传热面积为290m的再沸器中，用95℃热水加热某有机液体，使之沸腾以产生一定量的蒸汽。有机液体沸点45℃，已知热水在管程流速sm/5.0（质量流量hKg/1026.15）。出口水温75℃，再沸器中列管管径mm5.225。A.计算该再沸器在上述操作情况下的传热系数K，热水侧给热系数2，沸腾侧给热系数1。B.若管程中热水流速增为sm/5.1，热水入口温度不变，试估算上升蒸汽量增大的百分率。（假定热水物性与沸腾侧给热系数可视为不变）以上计算，热水物性：243/103.3,/6.968mNsmkg，08.2Pr,/677.0,/2.4KmWKKgKJCP污垢热阻：,/2.0221KWKmRRss管壁热阻可忽略不计并不考虑热损失。3-123有一套管式换热器，甲流体（走管间）和乙流体（走管内）在其中逆流换热。生产要求将流量为810hkg/的甲流体（0.8/PCKcalkg℃）从120℃冷却至70℃，管壁的对流膜系数hmKcal21/2000℃，并可视作不变。乙流体由20℃被加热至50℃。乙流体35℃时的粘度为0.72Cp，已知内管内径为0.0508m，乙流体的平均流速为0.15sm/，管内壁对乙流体的对流传热膜系数hmKcal22/627℃，内管两端压强差为P。如果管壁及污垢热阻不计，流体的物性常数及摩擦力系数均可视为常数。求当此换热器内管两端压强差经调节增至3P时，完成这一传热过程所需的传热面积。3-133在套管换热器中，用117℃的饱和水蒸汽在环隙间冷凝，加热管内湍流流动（410Re）的水溶液kgkJCmkgpm/1.4,/1050(3℃），当溶液流量为hm/637.03时，可从20℃加热至102℃，而当流量增加到hm/2.13时，只能从20℃加热至97℃，试求换热器传热面积0s和流量为hm/2.13时的传热系数0k值。计算时可忽略管壁热阻，污垢热阻，并可当平壁处理，两种情况下，蒸汽冷凝系数0均可取82/(mkw℃）。