化工原理王晓红版习题答案第二章

第2章1．锅炉钢板壁厚mm201，其导热系数KmW/5.461。若粘附在锅炉内壁上的水垢层厚度为1mm2，其导热系数Km162W/.12。已知锅炉钢板外表面温度为523K1t，水垢内表面温度为473K3t，求锅炉每平方米表面积的传热速率，并求钢板内表面的温度2t。（原题1）解：该题为圆筒壁的热传导问题，如果设锅炉的半径为r，则02.01rr，rr2，001.03rr，根据题意，可以得到321rrr，所以21mmSS由圆筒壁的导热速率方程：22211131111mmnimiiinSbSbttSbttQ其中，K5231t，K4733t，KmW/5.461，KmW/162.12，m02.01b，m001.02b，SSSmm21。所以22221131W/m874.3W/m162.1001.05.4602.0473523bbttSQq根据圆筒壁的导热速率方程：11121111mnimiiinSbttSbttQ可以得到：)K(3.5065.46002.0874.3523-1112qbtt2．在一φ60×3.5mm的钢管外包有两层绝热材料，里层为40mm的氧化镁粉，平均导热系数℃m07W/.0；外层为20mm的石棉层，平均导热系数℃m15W/.0。现用热电偶测得管内壁温度为500℃，最外层表面温度为80℃。已知钢管的平均导热系数℃mW/45，试求每米管长的热损失及两层保温层界面的温度。（原题2）解：根据圆筒壁的热传导传热速率计算公式：33322211141333222111411112mmmmmmnimiiinrbrbrbttπLSbSbSbttSbttQ式中：t1=500℃，t4=80℃，r1=60/2-3.5=26.5(mm)，r2=60/2=30(mm)，r3=30+40=70(mm)，r4=70+20=90(mm)，b1=3.5mm，b2=40mm，b3=30mm，λ1=45W/(m·℃)，λ2=0.07W/(m·℃)，λ3=0.15W/(m·℃)。)(3.282305.262211mmrrrm)(2.473070ln3070ln23232mmrrrrrm)(80290702433mmrrrm所以每米管长的热损失为：W/m6.191W/m8015.0202.4707.0403.28455.380500142.3142.32233322211141mmmrbrbrbttπLQ因为333433332221114111122mmmmnimiiinrbttπLrbrbrbttπLSbttQ所以8.1308015.0142.32206.19180233343mrπbLQtt（℃）33．有一列管式换热器，由38根φ25×2.5mm的无缝钢管组成，苯在管程流动，由20℃加热到80℃，苯的流量为10.2kg/s，饱和蒸汽在壳程冷凝。试求：（1）管壁对苯的对流传热系数？（2）若苯的流量提高一倍，对流传热系数将有何变化？（原题4）解：（1）苯的定性温度5028020℃，此状况下的物性为：smPa45.0，3/860mkg，℃kgkJcp/80.1，℃m/W14.0根据公式4.08.0PrRe023.0iddi=0.020m，s/0m.102.04388602.102ρAwus382221045.08600.1020.0Re3du(湍流)786.514.045.080.1PrpC℃℃224.08.04.08.0m/W1505m/W786.538222020.014.0023.0PrRe023.0iid（12）苯的流量增加1倍后，℃℃228.08.0'm/W2620m/W215052ii44．苯流过一套管换热器的环隙，自20℃升高至80℃，该换热器的内管规格为φ19mm×2.5mm,外管规格为φ38mm×3mm。苯的流量为1800kg/h，求苯对内管壁的对流传热系数。解：苯的定性温度5028020℃，此状况下的物性为：smPa45.0，3/860mkg，℃kgkJcp/80.1，℃m/W14.0苯的流速为：s/m21.1910.0320.048603600180022ρAwus套管的当量直径为：mmmmddddddde1319324421212221流体的雷诺数为：278261045.086012.1013.0Re3ude(湍流)79.514.045.080.1PrpC65.168.1193221dd由此可得对流传热系数为：℃℃2253.0318.053.021318.0m/W1832m/W193279.527826013.014.002.0PrRe02.0ddde与书上答案1794℃2m/W略有不同。55．常压下温度为120℃的甲烷以10m/s的平均速度在管壳式换热器的管间沿轴向流动。离开换热器时甲烷温度为30℃，换热器外壳内径为190mm，管束由37根φ19mm×2mm的钢管组成，试求甲烷对管壁的对流传热系数。解：甲烷的平均温度75230120℃，此状况下的物性为smPa012.0，3/562.0mkg，℃kgkJcp/48.2，℃m/W04.0列管换热器的当量直径为：mmmmddddddddde47.2519371901937190373737374422212221212221流体的雷诺数为：1192810012.0562.01002547.0Re3ude(湍流)由此可得甲烷对管的对流传热系数为：℃℃223.08.03.08.0m/W3.60m/W04.0012.048.21192802547.004.0023.0PrRe023.0ed66．温度为90℃的甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至30℃。蛇管的直径为φ57mm×3.5mm，弯曲半径为0.6m，试求甲苯对蛇管的对流传热系数。解：甲苯的平均温度6023090℃，此状况下的物性为：smPa3864.0，3/8.831mkg，℃kgkJcp/853.1，℃m/W1238.0流体的流速为：smsmdmdVuss/255.0/8.831050.0142.341360015004141222流体的雷诺数为：27447103864.08.831255.005.0Re3du(湍流)湍流时甲苯对直管的对流传热系数为：℃℃223.08.03.08.0m/W3.2162m/W1238.03864.0853.127447050.01238.0023.0PrRe023.0d过渡流的校正系数：612.07.27441061Re10618.158.15圆形弯管的校正系数为：1475.16.0050.077.1177.11Rdi甲苯对蛇管的对流传热系数为：℃℃22m/W7.240m/W1475.1612.07.3421475.1612.0'77．120℃的饱和水蒸气在一根5mm.252、长1m的管外冷凝，已知管外壁温度为80℃。分别求该管垂直和水平放置时的蒸气冷凝传热系数。解：（1）当管垂直放置时，冷凝传热系数的计算方法取决于冷凝液在管外沿壁面向下流动时的流动型态。采用试差法，假定冷凝液为层流流动，则：413213.1tlgr垂直液膜温度为100280120℃，该温度下水的物性为smPa283.0，3/4.958mkg，℃m/W683.0冷凝温度为120℃，此温度下水的相变焓为：kgkJr/2.2205。所以可以计算℃℃垂直224133234132m/W3.5495m/W80120110283.0683.081.94.958102.220513.113.1tlgr根据此计算结果校核冷凝液膜的流动是否为层流。冷凝液膜流动雷诺数为：rtldrtQlddrQSqdSGdudooomooo垂直垂直4/4/4//4Re代入相关数据后可以求得140910283.0102.22058012013.549544Re33rtl垂直层流假定成立，以上计算有效。（2）当管水平放置时，直接用如下公式计算蒸汽冷凝传热系数：℃℃水平224133234132m/W7.8866m/W80120025.010283.0683.081.94.958102.2205725.0725.0tdgro88．实验室内有一高为1m，宽为0.5m的铸铁炉门，其表面温度为600℃，室温为20℃。试计算每小时通过炉门辐射而散失的热量。如果在炉门前50mm处放置一块同等大小同样材料的平板作为隔热板，则散热量为多少？如果将隔热板更换为同等大小材料为已经氧化了的铝板，则散热量有何变化？解：（1）不加隔热板时，铸铁炉门被四壁所包围，铸铁黑度为78.01，0121CC，角系数121，根据WWSCQ12664100273.1530100273.156005.011669.578.0100T100T444241212121（2）加隔热板后，辐射传热过程可以表示为：炉门1→隔热板3→墙壁2。炉门辐射散热量就是它对隔热板的辐射传热量（1→3）：4341313131100T100TSCQ炉门与隔热板相距很近，其辐射可以看作是在两极大的平面间进行，于是：62.3178.0178.01669.511131031CC，其角系数131。隔热板对周围墙壁的辐射传热量（3→2）：4243232323100T100TSCQ其中42.4669.578.00323CC，123。过程达到稳态时，2331QQ4243232343413131100T100T100T100TSCSC将已知数据代入上述公式，可以得到443434100273.15301005.01142.4100100273.156005.01162.3TT求出℃24.44339.7183KT所以热损失为：WWSCQQ5700100718.39100273.156005.01162.3100T100T444341313131（3）如果将隔热板换为氧化的铝板，其黑度为15.03，则