化工原理课后习题答案第4章传热习题解答

习 题

1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。

设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。

已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4

＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0

求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δ

λ

T

q ?=

∴1δ＝m q T T 22.01200

900

11003.1211

=-?=-λ 又∵3

3

224

23

4

33

2

3

22

λδλδδλδλ+-=

-=-=T T T T T T q

∴

W K m q T T /579.093

.012.01200509002334222?=--=--=λδλδ 得：∴m 10.018.0579.0579.022=?==λδ

习题1附图 习题2附图

2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。

已知：T 2=300o C ，T 3=50o C

求： T 1=？ 解： ∵δ

λ

δ

λ

3

13

23

T T T T q -=-=

∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3）

T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C

3. 直径为?60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为–110o C ，绝热层外表面温度10o C 。已知软木和保

温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·o

C ），试求每米管长的冷量损失量。

解：圆筒壁的导热速率方程为

()2

3212131ln 1ln 12r r r r t t L

Q

λλπ+-=

其中 r 1=30mm ，r 2=60mm ，r 3=160mm 所以

()2560

160

ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL

Q W/m 负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。

4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？

解：设外层平均直径为d m,2，内层平均直径为d m,1，则 d m,2= 2d m,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 1

111112

2114522λππλπλλλb L

d t L

d b

L d b t

S b

S b t Q m m m m m ???=

+

?=

+

?=

两层互换位置后 1

1111122λππλπλb

L

d t L

d b

L d b t

Q m m m ??=

+

?=

'

所以

25.14

5

=='='q q Q Q

即 q q 25.1='

互换位置后，单位管长热损失量增加，说明在本题情况下，导热系数小的材料放在内层较适宜。

5. 在长为3m ，内径为53mm 的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/（s·m 2）。苯

在定性温度下的物性数据：μ=0.49mPa·s ；λ=0.14 W/（m·K ）；c p =1.8kJ/（kg·o

C ）。试求苯对

管壁的对流传热系数。

已知：L ＝3m ，d ＝53mm ，G=172 kg/（s·m 2），被加热苯物性，μ=0.49mPa·s ，λ=0.14 W/

（m·K ）；c p =1.8kJ/（kg·o C ）

求： α 解： Re ＝

43

1086.110

49.0172053.0?=??=

-μ

dG

> 4

10 3.614

.01049.0108.1Pr 33=???==-λμ

p c >0.7

6.56053

.03==d L >40 故可用N u =0.023Re 0.8Pr 0.4公式

4.08.044.08.03.6)1086.1(053

.014.0023.0Pr Re 023.0????==d

λα=330W/m 2·

o

C 6. 在常压下用列管换热器将空气由200 o C 冷却至120 o C ，空气以3kg/s 的流量在管外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm ，内径?25×2.5mm 钢管38根。求空气对管壁的对流传热系数。

已知：T 1=200 o C ，T 2=120 o C ，空气q m ＝3kg/s 走管外壳程，D=260mm ，n ＝38，d ＝25mm 求： α

解： 空气平均温度C T T t m ?=+=+=

1602

120

200221 查160 o C 空气：ρ＝0.815kg/m 3，μ＝2.45×10-5Pa·s ，Pr ＝0.682，λ＝0.0364W/m·K

m nd D nd D d n D d n D S A de 036.0025

.03826.0025.03826.0)

44(44222222=?+?-=+-=+-?==πππ

π s m kg A q G m ?=?-?==

222/1.87)

025.03826.0(785.03

33

1029.110

45.21.87036.0Re ?=??=

=

-μ

deG

>104

K m W d

?=????==24.08.034.08.0/254682.0)1029.1(036

.00364

.0023.0Pr Re 023.0λα

7. 油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度t m =20o C ，蒸汽管外壁温度t w =120o C ，管外径为60mm 。已知在定性温度70 o C 下重油的物性数据：ρ=900kg/m 3；c p =1.88kJ/

（kg·o C ）；λ=0.174 W/（m·o

C ）；运动黏度ν=2×10-3m 2/s ；β=3×10-41/ o C 。试问蒸汽对重油的

热传递速率为多少，（单位为kW/m 2 ）?

已知：水平管加热外部重油，d ＝60mm ， t m =20o C ，t w =120o C ，70o C 下，ρ=900kg/m 3；

c p =1.88kJ/（kg·o C ）；λ=0.174 W/（m·o

C ），ν=2×10-3m 2/s ；β=3×10-4/ o C 。

求： q=?

解： 属大容积自然对流，

9.15)

102(06.0)20120(81.91032

33

423=??-???=?=--νβtd g Gr 4331094.1174

.0900

1021088.1Pr ?=????==

=

-λ

ρ

λ

μ

v c c p p

5

4

1009.31094.19.15Pr ?=??=Gr 查教材可得：A ＝0.54，b ＝0.25

C m W Gr d

A b ?=???==225.05/9.36)1009.3(060

.0174.054.0Pr)(λα

2

3/1069.3)20120(9.36)(m W t t q m w ?=-?=-=α

8. 室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（GrPr ）=109。试问两管路单位时间、单位面积的热损失比值为多少？

解：∵3

Pr d Gr ∝?

∴129323

2

11101010Pr)()(

Pr)(=?=?=?Gr d d Gr 查表6-5，两者均在3区域，A=0.135，3

1=

b ∵b Gr d

q Pr)(1

?∝

∴1)10

10(10]Pr)(Pr)([31

91213121122121=?=??==-Gr Gr d d q q αα 9. 饱和温度为100o C 的水蒸气在长3m 、外径为0.03m 的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖直放置，管外壁的温度维持96 o C ，试求：（1）每小时冷凝的蒸汽量；（2）又若将管子水平放，冷凝的蒸汽量又为多少？

已知：t s ＝100o C ，t w ＝96 o C ，L ＝3m ，d ＝0.03m 求： （1）W 竖放；（2）W 水平 解： 查100o C ，水，r ＝2258kJ/kg C t t t w s m ?=+=+=

982

96

1002 查98 o C ，水，ρ=960kg/m 3，μ＝0.290cp ，λ＝0.682W/m·K

（1） 设凝液为层流，则竖放时

K m W t

L gr ??=???

?

?????=234

13

2/1042.713.1μλρα 验5441022581029.04

31042.744Re 3

33=???????=?=

-r t L μα<2000计算有效 s kg r t d L r Q q m /1072.310

2258403.014.331042.7333-?=??????=?==πα （2） 水平放，仍设层流

02.203.0364.064.04

141

=??

? ???=??? ??='d L αα ∴K m W ??=??='2

4

3

/1050.11042.702.2α

∵α∞m q

∴s kg q q m m /1051.71072.302.233--?=??='

='

αα 验5.341029.031051.744Re 3

3

=????=?'=--μL q m <2000计算有效

10. 在列管式换热器中用冷水冷却油。水的直径为?19×2mm 的列管内流动。已知管内

水侧对流传热系数为3490 W/（m 2·o C ），管外油侧对流传热系数为258 W/（m 2·o

C ）。换热器在使用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m 2·o C/ W ，油侧污垢

热阻为0.000176 m 2·o C/ W 。管壁导热系数λ为45 W/（m 2·o

C ），试求：（1）基于管外表面积

的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分数。

解：（1）总传热系数K 0

i

i i Si m S d d d d R d d b R K αλα000

01

1

++++=

15349019151900026.0171945002.0000176.025811

?+?+?++=

2080048

.01==W/（m 2·

o

C ） （2）产生污垢后热阻增加百分数为

%8.11%100151900028.0000176.00048.015

1900026.0000176.0=??

?? ?

?

?+-?

+

11. 热气体在套管换热器中用冷水冷却，内管为?25×2.5mm 钢管，热导率为45W/（m·K ）。冷水在管内湍流流动，对流传热系数α 1=2000 W/（m 2·K ）。热气在环隙中湍流流动，α 2=50 W/（m 2·K ）.不计垢层热阻，试求：（1）管壁热阻占总热阻的百分数；（2）内管中冷水流速提高一倍。总传热系数有何变化？（3）环隙中热气体流速提高一倍，总传热系数有何变化？

已知：内管为?25×2.5mm ，λ＝45W/（m·K ），管内冷水湍流α 1=2000 W/（m 2·K ），管内热气湍流α 2=50 W/（m 2·K ）

求：（1）管内热阻分率，（2）内管中冷水流速增倍，K ＇（3）管隙中冷水流速增倍，K”

解：（1）1

21221

211ln 21-???? ??++=αλαd d d d d K K m W ?=???

??+?+=-21

/3.4850102.0025.0ln 45

2025.002.0025.020001

总热阻

W K m K

/021.01

2= 管壁热阻

W K m d d d /102.602

.0025.0ln 452025.0ln 223122-?=?=λ 故管壁热阻分率为

%3.0021

.0102.63

=?-

（2）∵8

.0u

∞α

∴K m W 238.018.01/1048.3200022?=?=='

αα

K m W K 2

1

33

/0.49501102.602.0025.010

48.31=??? ??+?+??='-- 增加

%3.13

.483.480.49=-=-'K K K （3）8.022='

αK m W 28

.02/1.87502

=?=α

K m W K ?=??? ??+?+=''--2

1

5/1.821.871102.602

.0025.020001

增加

%9.693

.483

.481.82=-=-''K K K 由上可知，管壁热阻往往占分率很小，可忽略；提高K 值强化传热，应在α2上着手。 12. 在下列各种列管式换热器中，某种溶液在管内流动并由20o C 加热到50o C 。加热介质在壳方流动，其进、出口温度分别为100o C 和60o C ，试求下面各种情况下的平均温度差。

（1）壳方和管方均为单程的换热器。设两流体呈逆流流动。 （2）壳方和管方分别为单程和二程的换热器。 （3）壳方和管方分别为二程和四程的换热器。 解：（1）由对数平均温度差知

()()

8.444050

ln 206050100ln 1

2

12=---=???-?='?t t t t t m

o C （2）33.1205060

100=--=

R

375.020

10020

50=--=P

查温度差校正系数图，得9.0≈?t ?，所以

3.408.449.0=?='?=??m

t m t t ?o C （3）由R 、P 值查二壳程的温度差校正系数图，得 98.0≈?t ?

所以 9.438.4498.0=?='?=??m

t m t t ?o C

13. 在逆流换热器中，用初温为20o C 的水将1.25kg/s 的液体［比热容为1.9kJ/（kg·o

C ）、

密度为850kg/m 3］，由80o C 冷却到30o C 。换热器的列管直径为?25×2.5mm ，水走管方。水

侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 kW/（m 2·o C ）和1.70 kW/（m 2·o

C ），污垢热阻可忽

略。若水的出口温度不能高于50o C ，试求换热器的传热面积。

解：由传热速率方程知 m

t K Q

S ?=

00

其中 ()()11930809.125.121=-?=-=T T c W Q ph h kw ()()

2.181030

ln 20305080ln 1

2

12=---=???-?=

?t t t t t m o C 20

25

85015.2225450025.0170011

11

1

000++?+=

+++=

i i m d d d d b K αλα

47200212.01==

W/（m 2·

o

C ） 所以 9.132

.184********

0=??=S m 2

14. 在并流换热器中，用水冷却油。水的进、出口温度分别为15 o C 和40 o C ，油的进、出口温度分别为150 o C 和100 o C 。现因生产任务要求油的出口温度降至80 o C ，假设油和水的流量、进口温度及物性均不变，若原换热器的管长为1m ，试求此换热器的管长增至若干米才能满足要求。设换热器的热损失可忽略。

解：平均温度差为 ()()5.9260

135ln 4010015150=---=

?m t o C

由热量衡算得

5.0100

15015

402112=--=--=

T T t t c W c W pc

c ph h

当油的出口温度降至80 o C 时，由热量衡算得

()??

? ??-'

=-=15801502t c W c W Q pc c ph h

解得 '

2t =50 o C

()()7030

135ln 508015150=---='?m t o C

由传热速率方程可分别得

原换热器 ()5.92100150??=?=-dL n K t KS c W m ph h π 新换热器 ()7080150?'?='

?'=-L d n K t S K c W m ph h π

所以 85.1170

5.925070=??=

'L m 15. 重油和原油在单程套管换热器中呈并流流动，两种油的初温分别为243o C 和128o C ；终温分别为167o C 和157o C 。若维持两种油的流量和初温不变，而将两流体改为逆流，试求此时流体的平均温度差及它们的终温。假设在两种流动情况下，流体的物性和总传热系数均不变化，换热器的热损失可以忽略。

解：以上标“'”表示并流的情况。由传热速率和热量衡算式知：

??

? ??-'=??? ??'-='?='12210t t c W T T c W t K Q pc c ph h m

()()12210t t c W T T c W t K Q pc c ph h m -=-=?= 两式相除，得

1

21

22121t t t t T T T T t t m m --'=

-'-=?'? （a ）

将和比定律应用于上式，得

()()()()

1221122112211221t T t T t t T T t t T T t t T T t t m

m ---?

?? ??-'-??? ??'-=---??? ??-'-??? ??'-=?'

? ()()1

21

247

128157167243t t t t ?-?=

?-?---=

而 ()()4310115ln 157167128243=---='?m t o C

所以 43

147ln

12121

2

??-?=?-???t t t t t t

093.143

47

ln

12==??t t

98.2093.11

2

==??e t t ()()12898.224322-=-T t 或 ()24312898.222+--=T t

（b ）

由式a 得

128

128

15724316724322--=

--t T 即 ()12824338.022+-=T t

（c ）

联立式b 和式c 解得 t 2=161.3 o C T 2=155.4 o C 所以 ()()

7.49093.11284.1553.161243ln 1

2

12=---=???-?=

?t t t t t m o C 16. 在一传热面积为50m 2的单程列管换热器中，用水冷却某种溶液。两流体呈逆流流动。冷水的流量为33000kg/h ，温度由20o C 升至38o C 。溶液的温度由110o C 降至60o C 。若换热器清洗后，在两流体的流量和进口温度下，冷水出口温度增到45 o C 。试估算换热器清洗前传热面两侧的总污垢热阻。假设：（1）两种情况下，流体物性可视为不变，水的平均比

热容可取为4.187 kJ/（kg·o C ）；（2）可按平壁处理，两种工况下α i 和α o 分别相同；（3）忽

略管壁热阻和热损失。

解：先求清洗前总传热系数K ，由 ()()4.5420

6038

110ln 206038110=-----=

?m t o C

所以 ()2544

.54503600203810187.4330003=??-??=?=m t S Q K W/（m 2·o

C ） 再求清洗后总传热系数K 0，由热量衡算求溶液出口温度，即

()6.40204520

38601101101212=----

=??? ??-'-='t t c W c W T T ph h pc c o C

()()6.3820

6.4045110ln

206.4045110=-----='?m t o C

()497

6

.38503600204510187.4330003=??-??='K W/（m 2·o

C ） 传热面两侧总污垢热阻分别为

∑

=

++=254

11110S i

R K αα （a ）

497

1

1110=

+='i K αα

（b ）

式a 减式b ，得

310925.1497

12541-?=-=

∑

S R m 2·

o

C/W 17. 在一单程列管换热器中，用饱和蒸汽加热原料油。温度为160 o C 的饱和蒸汽在壳程冷凝（排出时为饱和液体），原料油在管程流动，并由20 o C 加热到106 o C 。列管换热器尺寸为：列管直径为?19×2mm ，管长为4m ，共有25根管子。若换热器的传热量为125kW ，蒸气

冷凝传热系数为7000W/（m 2·o C ），油侧污垢热阻可取为0.0005 m 2·o C /W ，管壁热阻和蒸汽

侧垢层热阻可忽略，试求管内油侧对流传热系数。

又若油的流速增加一倍，此时若换热器的总传热系数为原来总传热系数的1.75倍，试求油的出口温度。假设油的物性不变。

解：（1）管内油侧αi ： ()()

9010616020

160ln 10616020160ln 1

2

12=-----=???-?=

?t t t t t m o C 29590

4015.0251025.15=?????=?=πm i i t S Q K W/（m 2·o

C ）

01

1d d R K i si i i αα++= 即

19

700015

0005.012951?++=i α 解得 αi =360 W/（m 2·o

C ）

（2）油的出口温度'

2t ：

新条件下的物理量用“'”表示。由热量衡算得

??

? ??-'

='2022t Wc Q p

而 ()51025.120106?=-=p Wc Q

1450=p Wc W/（m 2·o

C ）

所以 ??

? ??-'='2029002t Q

（a ）

由总传热速率方程得

()'

--?

?? ?

?'---?

????=?'='2

216020160ln

160201604015.02529575.1t t t S K Q m i i π

?

?

? ??'

---'

?

=22160ln 942.4202433t t

（b ）

联合式a 和式b ，得

103.4160ln 2=??

? ??'

-t

1002≈'

t o C

18. 在一逆流套管换热器中，冷、热流进行热交换。两流体的进、出口温度分别为t 1=20

o

C 、t 2=85 o C ，T 1=100 o C 、T 2=70 o C 。当冷流体的流量增加一倍时，试求两流体的出口温度

和传热量的变化情况。假设两种情况下总传热系数可视为相同，换热器热损失可忽略。

解：原工况下： 由热量衡算得 ()2112T T c W c W t t pc

c ph h -=

-

（a ）

由传热速率方程得 ()()()()()1

22

112211

22

1122121ln ln t T t T t t T T KS t T t

T t T t T KS

T T c W ph h -----=-----=-

（b ）

将式a 代入式b ，得 ???

? ??-

=

--pc c ph h ph

h c W c W c W KS

t T t T 1ln

1221

17.270

10020

852112=--=--=

T T t t c W c W pc

c ph h

（c ）

新工况下：

???

? ??-=

-'

'-pc c ph h ph

h c W c W c W KS

t T t T 21ln 1221 （d ）

由式c 和式d ，得

093.017.2109.11207085100ln 121ln

ln 12211

221-=??

? ??----=?????

?

?

????

???-

---=-''-pc c ph h pc c ph h c W c W c W c W t T t T t T t T

91.01

22

1=-''

-t T t T 或'-='221.1130t T

（e ）

由热量衡算得

'-=??

? ??'-+=??? ??'-+

='

22211209.112910009.1202T T T T c W c W t t pc

c ph h

（f ）

联合式e 和式f ，得

8.632='t o C ， 8.592='

T o C 两种情况下传热量之比：

()34.170

1008.591002121=--=-??? ??'-=

'T T c W T T c W Q Q ph h ph h

用NTU-ε法，计算如下。 原工况下：81.020

10020

851112=--=--=

t T t t ε

46.020

8570

100=--=

ph

h pc c c W c W

查图，得NTU=2.23 新工况下：

92.02==

'ph

h pc c ph

h pc c c W c W c W c W （冷流体仍为最小值流体）

2.12

23

.22==ph h c W KS

查图，得 ε=0.54，即

20

10020

21112--'

=

--'=t t T t t ε 所以 2.63208054.02=+?='

t o C

()3.60202.6392.010021212=--=??? ?

?-'

-='

t t c W c W T T ph h pc c o C

两种计算方法结果相近，误差是由读图引起的。NTU 法简便，宜用于估算，但误差稍大。

19. 某冷凝器传热面积为20m 2，用来冷凝100 o C 的饱和水蒸气。冷液进口温度为40 o C ，

流量0.917㎏/s ，比热容为4000J/（㎏·o C ）。换热器的传热系数K ＝125W/（m 2·o

C ），试求水

蒸气冷凝量。

已知：A ＝20m 2，T=100 o C ，t 1＝40 o C ，q m2＝0.917㎏/s ，c p2＝4000J/（㎏·o

C ），K ＝125W/

（m 2·o

C ）

求：水蒸汽量q m

解：查100 o C 水蒸汽r ＝2258kJ/kg ∵()r q t T t T t t KA

t t c q m p m ?=---=-2

11

21222ln

∴506.04000917.020125exp exp 2212=??? ????-=???

? ??-=--p m c q KA t T t T ∴()()C t T T t ?=?--=?--=7.69506.040100100506.012

()

()s kg r

t t c q q p m m /0482.010*******.694000917.03

1222=?-??=

-=

20. 有一套管换热器，内径为?19×3mm ，管长为2m ，管隙的油与管内的水的流向相反。油的流量为270㎏/h ，进口温度为100 o C ，水的流量为360㎏/h ，入口温度为10 o C 。若忽略

热损失，且知以管外表面积为基准的传热系数K ＝374W/（m 2·o

C ），油的比热容c p =1.88kJ/(㎏·o C)，试求油和水的出口温度分别为多少?

已知：内管?19×3mm ，L=2m ，逆流，q m1＝270㎏/h ，T 1＝100 o C ，c p1=1.88kJ/(㎏·o

C)，

q m2＝360㎏/h ，t 1＝10 o C ，K ＝374W/（m 2·o

C ）

求：T 2，t 2

解：水的定性温度未知，先取水的比热c p2＝4.18KJ/kg o C

由热效率公式

[]()[]

111111ex p )1(ex p 1R NTU R R NTU ----=

ε 337.018

.436088

.12702

2111=??=

=

p m p m c q c q R

317.01088.136002702

019.014.33743

111=??÷???==

p m c q KA NTU

得

()[]()[]

26.0337.01317.0ex p 337.0337.01317.0ex p 111121=----==--εt T T T ∴

26.010

1001002

=--T C T ?=6.762

∵ ()()12222111t t c q T T c q p m p m -=- ∴ ()()C t T T c q c q t p m p m ?=+-?=+-=9.17106.76100337.01212

2112

查C t t t ?=+=+=

142

9

.1710221下水的C kg kJ c p ??=/188.4，偏差不大，计算有效。

21. 用热电偶温度计测量管道中的气体流速。温度计读数为300 o C ，黑度为0.3。气体与热电偶间的对流传热系数为60 W/（m 2·K ），管壁温度为230 o C 。试求：（1）气体的真实温度；（2）若要减少测温误差，应采用那些措施？

已知：热电偶t 1＝300 o C ，t w ＝230 o C ，ε＝0.3，α＝60 W/（m 2·K ），p ρ＝1500kg/m 3 求： t g ＝？及减少误差的措施 解： 与壁面相比，热电偶面积很小

故辐射

2

444410/74510050310057367.53.0100100m W T T C A Q w =???

???????? ??-??? ????=??????????? ??-??? ???=ε 对流

()1t t A

Q

g -=α，且定态时辐射与对流Q 相等

∵C t A Q t g ?=+=+?=

31230060

74511α 由计算过程可见，提高α，提高t w ，降低ε，均可减少误差。

22. 功率为1kW 的封闭式电炉，表面积为0.05 m 2，表面黑度0.90。电炉置于温度为20

o

C 的室内，炉壁与室内空气的自然对流对流传热系数为10 W/（m 2·K ）。求炉外壁温度。

已知：Q=1kW ，A=0.05 m 2，t ＝t w ＝20 o C ，ε＝0.90，α＝10 W/（m 2·K ） 求： T W ＝？

解： 定态时，发散量应等于辐射、对流传热之和

()t T t T C A Q

W W W -+???

???????? ??-??? ???=αε440100100 ∴

()

()t T T W W -+-??=-102931067.59.005

.01044

83 整理上式得：

023*******.54

9=-+?-W W T T 试差得：T W ＝746K ＝473℃

23. 盛水2.3kg 的热水瓶，瓶胆由两层玻璃壁组成，其间抽空以免空气对流和传导散热。玻璃壁镀银，黑度0.02。壁面面积为0.12 m 2，外壁温度20 o C ，内壁温度99 o C 。问水温下降1 o C 需要多少时间？

已知：G=2.3kg ，==21εε0.02，A ＝0.12 m 2，t 2＝20 o C ，t 1＝99 o C 。塞子处热损不计 求： 水降1 o C 时，τ＝？ 解：

12

1

=A A 112=? 拟定态处理 辐射热：()

W T T AC Q 81.0102

.01293.272.367.512.0111100100442142410=-?-??=-+??

????????? ??-??? ??=

εε 查99 o C 水，c p ＝4.22×103J/kg·K ∵t C G Q p ??=?τ ∴h s Q t C G p 3.3102.181

.011022.43.243=?=???=??=

τ

24. 有一单壳程双管程列管换热器，管外用120 o C 饱和蒸汽加热，常压干空气以12m/s 的流速在管内流过，管径为?38×2.5mm ，总管数为200根，已知空气进口温度为26 o C ，要求空气出口温度为86 o C ，试求：（1）该换热器的管长应为多少？（2）若气体处理量、进口温度、管长均保持不变，而将管径增大为?54×2mm ，总管数减少20％，此时的出口温度为多少？(不计出口温度变化对物性的影响，忽略热损失)。

已知：单壳程双管程, 管外饱和蒸T=120o C ，管内干空气u ＝12m/s ，管子?38×2.5mm ，n ＝200，t 1＝26 o C ，t 2＝86 o C

求： （1）L （2）n n %80='，管子?54×2mm ，q m2不变，?2='

t 解： C t t t ?=+=+=

562

86

26221 查56o C 干空气，c p ＝1.0kJ/kg o C ，3

/07.1m kg =ρ，Pa 5

1099.1-?=μ，

mK W /0286.0=λ，P r ＝0.697

（1）s kg u d n q m /1.107.112033.0785.01004

222

2=????=??=

ρπ ()()W t t c q Q p m 4

3

1222106.62686101.1?=-??=-= 43

1013.210

99.107

.112033.0Re ?=???=

=

-μρ

du >104

()K m W d

?=????==24.08.044.08.02/50697.01013.2033

.00286

.0023.0Pr Re 023.0λα

由管外蒸汽冷凝1α?2α ∴2α=K m m t dL n K t KA Q ???=?=π C t T t T t t t m ?=---=---=

?5986

12026120ln 26

86ln 2112 ∴m t d n K Q L m 08.159

033.014.320050106.64

=?????=???=π

(2) ∵q m2不变，∴u 2

1nd ∞

8.18.02.08.021

d

n d u K ∞∞=α

∵566.055338.018

.18.08

.18.0=??

? ????? ??=?

?

? ??'??? ??'='d d n n K K

21.133

508.0=?=''='nd d n A A ∵()2

1121222ln

t T t T t t KA t t c q p m ---=- ∴????

??=--2221

exp p m c q KA t T t T ∴

686

.021*******.121.1566.0exp exp ???

?

??--=???? ???=????

? ??'''='--t T t T c q KA c q A K t T t T p m p m

即C t t ?='??

?

? ??--='--2.738612026120120260120686

.02

25. 试估计一列管式冷凝器，用水来冷凝常压下的乙醇蒸气。乙醇的流量为3000kg/h ，冷水进口温度为30 o C ，出口温度为40 o C 。在常压下乙醇的饱和温度为78 o C ，汽化潜热为

925kJ/kg 。乙醇蒸气冷凝对流传热系数估计为1660 W/（m 2·o

C ）。设计内容：（1）程数、总

管数、管长；（2）管子在花板上排列；（3）壳体内径。 解：热负荷kW r W Q 7719253600

3000

=?=

?= 由于乙醇无腐蚀性可走壳程，水走管程， 水的定性温度C t t t ?=+=+=

'352

40

30331 查35 o C 水，C kg J c p ??=/41742，3

/994m kg =ρ，K m W ?=/625.0λ

s Pa ??=-5

107.72μ Pr ＝4.87

()()

s kg t t c Q W P /5.1830404174107713

1222=-??=-=

选用?25×2.5mm 的钢管，选水的流速s m u /1≈ ∵p u d N n W p ???=

2

24

π

2.59994

102.014.35.18442

22=????=??=p u d W N n p π 取

57=p

N n

，2=p N ，∴11457=?=p N n 根

采用三角形排列，设等边六角形层数为a ，则交点数 ()()

2

31...2161a a a n ++=++++=

现取a 为6层，则(

)1276

6312

=++= n ，除去中间双管的隔板位置13个交点，即可

安置127-13＝114根管子，取管中心间距t ＝32mm （取t ＝1.25 a 后园整得） 外壳内经D 的计算：

取外层管中心间与壳壁的最小距离为距38mm （取t ＝1.25 a 后园整得） ∴m at D 46.0038.02032.062038.022=?+??=?+= 管子长度计算： s m N n d W u p

/04.19945702.014.35

.18442

2

2=????=??=

ρ

π 4

5

1084.210

7.7299404.102.0Re ?=???=

=

-μ

ρ

du >104 ()

K m W d

a ??=????

==334.08

.04

4.08.02/109

5.487.41084.202

.0625

.0023.0Pr Re 023

.0λ

考虑水的垢层热阻，查教材，取W K m R /1021.02

32??=-（取河水的） 考虑乙醇蒸汽垢层热阻，查得W K m R /1014.02

3

1-?=

W K m d d

a R R a K /100.12520166011014.01021.01095.411112

3333

1122---?=???? ?

?+?+?+?=

????? ??+++=

∴ K m W K 2

/1000=（以内表面为基准） C t T t T t t t m ?=---=---=

?8.4240

783078ln 30

40ln 2112 ∵ m m t dL n K t KA Q ???=?=π

m t d n K Q L m 51.28

.4202.014.3114101077133

=?????=???=π计

2.1A =计

实

A ，∴m L L 0.351.22.12.1=?==计实 设计结果：

（1）采用双管程，管子总数114根，长度3m ，管子?25×2.5； （2）管子按等边三角形排列，t ＝32mm ，管子为六层； （3）外壳的内径为460mm

化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

下册第一章蒸馏 解： 总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0 A p x A ＋0 B p x B =P 所以 x A = 000B A B p p p p --；y A =p p A 00 00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下： t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0. 2. 承接第一题，利用各组数据计算 （1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。 （2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解： （1）对理想物系，有 α＝00B A p p 。所以可得出

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326 算术平均值α= 9 ∑i α=1.318。α对i α的最大相对误差＝ %6.0%100)(max =?-α ααi 。 （2）由x x x x y 318.01318.1)1(1+=-+= αα得出如下数据： t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差= =?i y y m ax )(0.3%。 3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算: 95.5947 .32790195.16ln 0 -- =T p A 72 .6357.33280195.16ln 0 --=T p B 式中 0 p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。 问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解： 由题意知 T A ==-- 0195.1660ln 47 .327995.59334.95K ＝61.8℃ T B ==--0195 .1660ln 57 .332872.63342.84K=69.69℃ 65℃时，算得0 A p ＝68.81mmHg ；0 B p =48.93 mmHg 。由0 A p x A ＋0 B p （1－x A ）=60得 x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0 A p x A /60=0.64; y B =1-0.64=0.36。 4 无

化工原理传热习题及答案汇总

化工原理习题及答案 第五章传热 姓名____________班级____________学号_____________成绩______________ 一、填空题： 1.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为240mm,λ=0.57w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1140w 2.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料,其厚度为120mm, λ=0.25w.m.K,此时单位面积的热损失为_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 1000w 3.（6分）某大型化工容器的外层包上隔热层,以减少热损失,若容器外表温度为150℃, 而环境温度为20℃,要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料,其导热系数λ=0.35w.m.K,则其厚度不低于_______。(注:大型容器可视为平壁) ***答案*** 91mm 4.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为___________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s,此时传热系数α=_____________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=3.81(kw.m.K) 5.（6分）某间壁换热器中,流体被加热时,圆形管内湍流的传热系数表达式为_____________________.当管内水的流速为0.5m.s,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61(kw.m.K).若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为1.2m.s,此时传热系数α=________________. ***答案*** α=0.023(λ/d)Re Pr α=5.26(kw.m.K) 6.（3分）牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。 ***答案*** q=αA△t w.m.K 7.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 27.9K 8.（4分）某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=_________. ***答案*** 41.6K 9.（2分）热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________. ***答案*** 热传导热对流热辐射 10.（6分）圆筒壁总传热系数K与间壁两侧对流传热系数α.αλ的关系为_________.当间壁管规格为φ108×4mm,导热系数为45(w. m.K)时,管内外两侧给热系数分别为8000 (w.m.K)和1200(w.m.K)时,总传热系数K__________. ***答案*** 1/K=1/α+bd/λd+1d/αd 946(w.m.K) 11.（4分）某逆流操作的间壁式换热器中,热流体的进.出口温度为80℃和50℃,冷流体的

化工原理课后答案

3．在大气压力为101.3kPa 的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少？ 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=0.8m,R=0.45m 。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378 .081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×3.5mm 。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/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: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 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1m/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1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

化工原理传热题库

第四章《传热》练习题 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； 答案：C 2、揭示了物体辐射能力与吸收率之间关系的定律是（）。 A、斯蒂芬-波尔兹曼定律；C、折射定律； B、克希霍夫定律；D、普郎克定律； 答案：B 3、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； 答案：A、C、D；B、E、F 4、影响对流传热系数的因素有( )。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况； C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； 答案:A、B、C、D、E 5、某套管换热器，管间用饱和水蒸气将湍流流动的空气加热至指定温度，若需进一步提高空气出口温度，拟将加热管管径 增加一倍（管长、流动状态及其他条件均不变），你认为此措施是( )。 A、不可行的； B、可行的； C、可能行，也可能不行； D、视具体情况而定； 答案：A 解：原因是：流量不变 2 d u=常数 当管径增大时，a. 2 / u l d ∝ ， 0.80.2 1.8 /1/ u d d α∝=

b. d 增大时，α增大，d α∝ 综合以上结果， 1.81/A d α∝，管径增加，A α下降 根据 ()21p mc t t KA -=m Δt 对于该系统K α≈∴2112ln m t t KA t A T t T t α-?≈-- 即 121ln p mc A T t T t α=-- ∵A α↓ 则 12ln T t T t -↓-∴2t ↓ ? 本题在于灵活应用管强制湍流表面传热系数经验关联式：0.80.023Re Pr n u N =，即物性一定时，0.80.2/u d α∝。 根据连续性方程，流量不变时，24V d u π ==常数，所以管径变化，管流速也发生变化。管间用饱和水蒸气加热，热阻小， 可以忽略不计，总热阻近似等于管传热热阻，即K α≈ 6、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K 值从大到小正确的排列顺序应是（ ）。 A 、②>④>③>①； B 、③>④>②>①； C 、③>②>①>④； D 、②>③>④>①； 冷流体 热流体 ① 水 气 体 ②水沸腾 水蒸气冷凝 ③ 水 水 ④ 水 轻油 答案：D 7、为了在某固定空间造成充分的自然对流，有下面两种说法： ①加热器应置于该空间的上部；②冷凝器应置于该空间的下部； 正确的结论应该是（ ）。 A 、这两种说法都对； C 、第一种说法对，第二种说法错； B 、这两种说法都不对； D 、第二种说法对，第一种说法错； 答案：B

化工原理课后答案

3．在大气压力为的地区，一操作中的吸收塔内表压为130 kPa 。若在大气压力为75 kPa 的高原地区操作吸收塔，仍使该塔塔顶在相同的绝压下操作，则此时表压的读数应为多少 解：KPa .1563753.231KPa 3.2311303.101=-=-==+=+=a a p p p p p p 绝表表绝 1-6 为测得某容器内的压力，采用如图所示的U 形压差计，指示液为水银。已知该液体密度为900kg/m 3,h=,R=。试计算容器中液面上方的表压。 解： kPa Pa gm ρgR ρp gh ρgh ρp 53529742.70632.600378.081.990045.081.9106.133 00==-=??-???=-==+ 1-10．硫酸流经由大小管组成的串联管路，其尺寸分别为φ76×4mm 和φ57×。已知硫酸的密度为1831 kg/m 3，体积流量为9m 3/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: mm 476?φ (2) 小管: mm 5.357?φ 质量流量不变 h kg m s /164792= 或: s m d d u u /27.1)50 68 (69.0)( 222112=== 1-11． 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1m/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1-1’面,管出口内侧为2-2’面,在1-1’～

化工原理传热练习题(DOC)

传热 概念： 1、传热的三种基本方式 2、如何测定及如何提高对流传热的总传热系数K 4、如何强化传热 计算公式 （1）热量衡算（有相变、无相变）K的计算、平均温度差、总传热速率方程、传热面积的计算（判别是否合用）（例4－8） （2）流体在圆形管内作强制湍流流动时α计算式（公式、条件），粘度μ对α的影响。（3）实验测K (例4－9) （4）换热器操作型问题（求流体出口温度，例4－10） 二实验题（10） 1．利用过热蒸汽进行传热实验的过程中，若运行一段时间后，传热膜系数下降，可能的原因是什么？如何解决？ 2.蒸汽冷凝传热时，为什么要排放不凝性气体？内管壁温接近于哪一侧流体的温度？ 3.为了提高换热器的总传热系数K，应提高空气侧，还是水侧的 和S？为什么？ 换热器中冷热流体的流动方向有几种，当选择流向时应如何考虑？ 4．阐述液体沸腾曲线的基本形状，一般沸腾应处于什么状态才能达到较好的换热效果？ 1、（4分）换热器中冷热流体的流动方向有：逆流，并流，折流和错流。（1分） 当采用逆流时，在传热量和总换热系数一定的情况下，换热器的传热面积较小，另外，采用逆流还可以节省加热介质或冷却介质的用量。通常，换热器尽可能采用逆流操作。（1分）当某些特殊工艺要求时，对流体的温度有所限制，如冷流体被加热时不能超过某一温度，或热流体被冷却时不能低于某一温度时，可采用并流。（1分）采用折流或错流时，主要是为了满足换热器的结构要求，或提高总传热系数。（1分） 2、（6分）液体沸腾曲线主要包括自然对流、泡状沸腾和膜状沸腾。（3分） 一般沸腾应处于泡状沸腾状态才能达到较好的效果，此时传热系数和热通量都较大。 （3分）5．灰体的定义及特点 6、设计一套实验装置要求既可以测量总传热系数，又可同时测量对流传热系数，标注仪表、 仪器名称。并简要说明试验步骤，需要测量那些参数。？ 三计算题（60分） 3 （20分）在一列管式换热器内用水冷却苯。苯走管程，流量为 1.5kg/s，由80o C 被冷却至30o C。冷却水在壳程内呈湍流流动，且与苯逆流流动，其进口温

化工原理课后习题解答

化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.） 第一章流体流动 1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。 解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到： 设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa =8.54×103 Pa 设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa 2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/?的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ， 问至少需要几个螺钉？ 分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即 P油≤σ螺 解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762 150.307×103 N σ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×n P油≤σ螺得 n ≥ 6.23 取 n min= 7

至少需要7个螺钉 3．某流化床反应器上装有两个U 型管压差计，如本题附 图所示。测得R1 = 400 mm ， R2 = 50 mm，指示液为水 银。为防止水银蒸汽向空气中扩散，于右侧的U 型管与大气 连通的玻璃管内灌入一段水，其高度R3= 50 mm。试求A﹑B 两处的表压强。 分析：根据静力学基本原则，对于右边的Ｕ管压差计，a– a′为等压面，对于左边的压差计，b–b′为另一等压面，分 别列出两个等压面处的静力学基本方程求解。 解：设空气的密度为ρg，其他数据如图所示 a–a′处 P A + ρg gh1 = ρ水gR3 + ρ水银ɡR2 由于空气的密度相对于水和水银来说很小可以忽略不记 即：P A = 1.0 ×103×9.81×0.05 + 13.6×103×9.81×0.05 = 7.16×103 Pa b-b′处 P B + ρg gh3 = P A + ρg gh2 + ρ水银gR1 P B = 13.6×103×9.81×0.4 + 7.16×103 =6.05×103Pa 4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测 定分相槽内煤油和水的两相界面位置。已知两 吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示 液为水银，煤油的密度为820Kg／?。试求当 压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气 管出口距离ｈ。 分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1′和4－4′为等压面，2－2′和3－3′为等压面，且1－1′和2－2′的压强相等。根据静力学基本方程列出一个方程组求解 解：设插入油层气管的管口距油面高Δh 在1－1′与2－2′截面之间

化工原理课后答案

第一章 3.答案：p= 30.04kPa =0.296atm=3.06mH2O 该压力为表压 常见错误：答成绝压 5.答案：图和推算过程略Δp=(ρHg - ρH2O) g (R1+R2)=228.4kPa 7.已知n=121 d=0.02m u=9 m/s T=313K p = 248.7 × 103 Pa M=29 g/mol 答案：(1) ρ = pM/RT = 2.77 kg/m3 q m =q vρ= n 0.785d2 u ρ =0.942 kg/s (2) q v = n 0.785d2 u = 0.343 m3/s (2) V0/V =(T0p)/(Tp0) = 2.14 q v0 =2.14 q v = 0.734 m3/s 常见错误： （1）n没有计入 （2）p0按照98.7 × 103 pa计算 8. 已知d1=0.05m d2=0.068m q v=3.33×10-3 m3/s （1）q m1= q m2 =q vρ =6.09 kg/s (2) u1= q v1/(0.785d12) =1.70 m/s u2 = q v2/(0.785d22) =0.92 m/s (3) G1 = q m1/(0.785d12) =3105 kg/m2?s G2 = q m2/(0.785d22) =1679 kg/m2?s 常见错误：直径d算错 9. 图略 q v= 0.0167 m3/s d1= 0.2m d2= 0.1m u1= 0.532m/s u2= 2.127m/s (1) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 7.02×103 Pa p A-p B=0.5gρH2O +(ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m (2) 在A、B面之间立柏努利方程，得到p A-p B= 2.13×103 Pa p A-p B= (ρCCl4-ρH2O)gR R=0.343m 所以R没有变化 12. 图略 取高位储槽液面为1-1液面，管路出口为2-2截面，以出口为基准水平面 已知q v= 0.00139 m3/s u1= 0 m/s u2 = 1.626 m/s p1= 0(表压) p2= 9.807×103 Pa(表压) 在1-1面和2-2面之间立柏努利方程Δz = 4.37m 注意：答题时出口侧的选择： 为了便于统一，建议选择出口侧为2-2面，u2为管路中流体的流速，不为0，压力为出口容器的压力，不是管路内流体压力

化工原理课后习题答案详解第四章.doc

第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。 解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。 解：质量分数的定义为

4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于 和之间时，溶液的总体积 。求： （1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。 解：根据定义

当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。 解：质量分数与摩尔分数的关系为 求得甲醇的摩尔分数为

根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，

化工原理上册课后习题及答案

第一章：流体流动 二、本章思考题 1-1 何谓理想流体？实际流体与理想流体有何区别？如何体现在伯努利方程上？ 1-2 何谓绝对压力、表压和真空度？表压与绝对压力、大气压力之间有什么关系？真空度与绝对压力、大气压力有什么关系？ 1-3 流体静力学方程式有几种表达形式？它们都能说明什么问题？应用静力学方程分析问题时如何确定等压面？ 1-4 如何利用柏努利方程测量等直径管的机械能损失？测量什么量？如何计算？在机械能损失时，直管水平安装与垂直安装所得结果是否相同？ 1-5 如何判断管路系统中流体流动的方向？ 1-6何谓流体的层流流动与湍流流动？如何判断流体的流动是层流还是湍流？ 1-7 一定质量流量的水在一定内径的圆管中稳定流动，当水温升高时，Re 将如何变化？ 1-8 何谓牛顿粘性定律？流体粘性的本质是什么？ 1-9 何谓层流底层？其厚度与哪些因素有关？ 1-10摩擦系数λ与雷诺数Re 及相对粗糙度d / 的关联图分为4个区域。每个区域中，λ与哪些因素有关？哪个区域的流体摩擦损失f h 与流速u 的一次方成正比？哪个区域的 f h 与2 u 成正比？光 滑管流动时的摩擦损失 f h 与u 的几次方成正比？ 1-11管壁粗糙度对湍流流动时的摩擦阻力损失有何影响？何谓流体的光滑管流动？ 1-12 在用皮托测速管测量管内流体的平均流速时，需要测量管中哪一点的流体流速，然后如何计算平均流速？ 三、本章例题 例1-1 如本题附图所示，用开口液柱压差计测量敞口贮槽中油品排放量。已知贮槽直径D 为3m ，油品密度为900kg/m3。压差计右侧水银面上灌有槽内的油品，其高度为h1。已测得当压差计上指示剂读数为R1时，贮槽内油面与左侧水银面间的垂直距离为H1。试计算当右侧支管内油面向下移动30mm 后，贮槽中排放出油品的质量。 解：本题只要求出压差计油面向下移动30mm 时，贮槽内油面相应下移的高度，即可求出 排放量。 首先应了解槽内液面下降后压差计中指示剂读数的变化情况，然后再寻求压差计中油面下移高度与槽内油面下移高度间的关系。 设压差计中油面下移h 高度，槽内油面相应 下移H 高度。不管槽内油面如何变化，压差计右侧支管中油品及整个管内水银体积没有变化。 故当 1-1附图

化工原理传热试题

一填空 (1) 在传热实验中用饱和水蒸汽加热空气，总传热系数K接近于侧的对流传热系数，而壁温接近于侧流体的温度值。 (2) 热传导的基本定律是。间壁换热器中总传热系数K的数值接近于热阻（大、小）一侧的α值。间壁换热器管壁温度t W接近于α值（大、小）一侧的流体温度。由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈小，则该壁面的热阻愈（大、小），其两侧的温差愈（大、小）。 (3)由多层等厚平壁构成的导热壁面中，所用材料的导热系数愈大，则该壁面的热阻愈，其两侧的温差愈。 (4)在无相变的对流传热过程中，热阻主要集中在，减少热阻的最有效措施是。 (5) 消除列管式换热器温差应力常用的方法有三种，即在壳体上加、或；翅片管换热器安装翅片的目的是。 (6) 厚度不同的三种材料构成三层平壁，各层接触良好，已知b1>b2>b3，导热系数λ1<λ2<λ3，在稳定传热过程中，各层的热阻，各层导热速率。 (7) 物体辐射能力的大小与成正比，还与成正比。 (8) 写出三种循环型蒸发器的名称、、。 (9) 在大容积沸腾时液体沸腾曲线包括、和三个阶段。实际操作应控制在。在这一阶段内，传热系数随着温度差的增加而。 (10) 传热的基本方式有、和三种。热传导的基本定律是其表达式为??????。 (11) 水在管内作湍流流动，若使流速提高到原来的2倍，则其对流传热系数约为原来的____倍；管径改为原来的1/2而流量相同，则其对流传热系数约为原来的倍。（设条件改变后仍在湍流范围） (12) 导热系数的单位为，对流传热系数的单位为，总传热系数的单位为。 二、选择 1 已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度＿＿耐火砖的黑度。 A 大于 B 等于 C 不能确定 D 小于 2 某一套管换热器，管间用饱和水蒸气加热管内空气（空气在管内作湍流流动），使空气温度由20℃升至80℃，现需空气流量增加为原来的2倍，若要保持空气进出口温度不变，则此时的传热温差应为原来的倍。 A 1.149 B 1.74 C 2 D 不定 3 一定流量的液体在一φ25×2.5mm的直管内作湍流流动，其对流传热系数αi=1000W/m2·℃；如流量与物性都不变，改用一φ19×2mm的直管，则其α将变为。 A 1259 B 1496 C 1585 D 1678 4 对流传热系数关联式中普兰特准数是表示的准数。 A 对流传热 B 流动状态 C 物性影响 D 自然对流影响 5 在蒸气—空气间壁换热过程中，为强化传热，下列方案中的______在工程上可行。 A 提高蒸气流速 B 提高空气流速 C 采用过热蒸气以提高蒸气温度 D 在蒸气一侧管壁加装翅片，增加冷凝面积

化工原理课后习题答案

化工原理课后习题答案 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

第七章 吸收 1,解：（1）008.0=* y 1047.018 100017101710=+=x （2）KPa P 9.301= H,E 不变，则2563.010 9.3011074.73 4 ??==P E m (3)0195.010 9.301109.53 3=??=* y 01047.0=x 2，解：09.0=y 05.0=x x y 97.0=* 同理也可用液相浓度进行判断 3，解：HCl 在空气中的扩散系数需估算。现atm P 1=，,293k T = 故()( ) s m D G 2 52 17571071.11 .205.2112915.361293102 1212 1 --?=+?+?= HCl 在水中的扩散系数L D .水的缔和参数,6.2=α分子量,18=s M 粘度(),005.1293CP K =μ 分子体积mol cm V A 33.286.247.3=+= 4，解:吸收速率方程()()()12A A BM A P P P P RTx D N --= 1和2表示气膜的水侧和气侧，A 和B 表示氨和空气 ()24.986.1002.962 1 m kN P BM =+=代入式 x=0.000044m 得气膜厚度为0.44mm. 5，解：查s cm D C 2256.025=为水汽在空气中扩散系数 下C 80，s cm s cm T T D D 2 5275 .175 .112121044.3344.029*******.0-?==??? ???=??? ? ??= C 80水的蒸汽压为kPa P 38.471=，02=P 时间s NA M t 21693 .041025.718224=???==-π 6,解：画图 7,解：塔低：6110315-?=y s m kg G 234.0=' 塔顶：621031-?=y 02=x 的NaOH 液含3100405.2m kgNaOH l g =? 的NaOH 液的比重＝液体的平均分子量： 通过塔的物料衡算，得到()()ZA L y y P K A y y G m G m -=-21 如果NaOH 溶液相当浓，可设溶液面上2CO 蒸汽压可以忽略，即气相阻力控制传递过 程。 ∴在塔顶的推动力6210310-?=-=y 在塔底的推动力61103150-?=-=y 对数平均推动力()()66 105.12231 3151031315--?=?-= -In L y y m 由上式得：()2351093.8m kN s m kmol a K G -?=

完整版化工原理试题库答案2

、选择题 1 ?当流体在密闭管路中稳定流动时，通过管路任意两截面不变的物理量是（ A ） A. 质量流量 B.体积流量 2. 孔板流量计是（C ）。 A. 变压差流量计，垂直安装。 C.变压差流量计，水平安装。 3. 下列几种流体输送机械中，宜采 用改变出口阀门的开度调节流量的是（ C ） A .齿轮泵 B.旋涡泵 C.离心泵 D.往复泵 4. 下列操作中，容易使离心泵产生气蚀现象的是（ B ）o A .增加离心泵的排液高度。 B.增加离心泵的吸液高度。 C.启动前，泵内没有充满被输送的液体。 D.启动前，没有关闭岀口阀门。 5?水在规格为 ①38 x 2.5mm 勺圆管中以0.1m/s 的流速流动，已知水的粘度为 1mPa-s 则其流动的型态为 （C ）o A. 层流 B.湍流 C.可能是层流也可能是湍流 D.既 不是层流也不是湍流 6?下列流体所具有的能量中，不属于流体流动的机械能的是（ D ）o A. 位能 B.动能 C.静压能 D.热能 7?在相同进、出口温度条件下，换热器采用（ A ）操作，其对数平均温度差最大。 A. 逆流 B.并流 C.错流 D.折流 &当离心泵输送液体密度增加时，离心泵的（ C ）也增大。 A .流量 B.扬程 C.轴功率 D.效率 9?下列换热器中，需要热补偿装置的是（ A ）o A ?固定板式换热器 B.浮头式换热器 C.U 型管换热器 D.填料函式换热器 10. 流体将热量传递给固体壁面或者由壁面将热量传递给流体的过程称为（ D ） A. 热传导 B.对流 C.热辐射 D.对流传热 11. 流体在管内呈湍流流动时 _____ B ____ o A. R e > 2000 B. Re>4000 C. 2000

天津大学化工原理(第二版)上册课后习题答案

天津大学化工原理（第二版）上册课后习题答案 -大学课后习题解答之 化工原理(上)-天津大学化工学院-柴诚敬主编 09化工2班制作 QQ972289312 绪论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI单位。水的黏度μ= g/(cm·s) 密度ρ= kgf ?s2/m4 某物质的比热容CP= BTU/(lb·℉) 传质系数KG= kmol/(m2?h?atm) 表面张力σ=74 dyn/cm 导热系数λ=1 kcal/(m?h?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 水的黏度基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g，1 m=100 cm ??10?4kg?m?s???10?4Pa?s ?????则????cm?s??1000g??1m?密度基本物理量的换算关系为 1 kgf= N，1 N=1 kg?m/s2 ?g??1kg??100cm??kgf?s2????1kg?ms2?3???1350kgm??????4则 ?m??1kgf??1N?从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ，l b= kg 1oF?5oC

9 1 则 ?BTU????1lb??1?F?cp????1BTU????59?C???kg??C? lb?F????????传质系数基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s，1 atm= kPa 则 ?kmol??1h??1atm?KG??2??10?5kmol?m2?s?kPa? ??????m?h?atm??3600s???表面张力基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 ?dyn??1?10N??100cm???74???10?2Nm ??????cm??1dyn??1m?导热系数基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J，1 h=3600 s 则 3?kcall???10J??1h???1?2???????m?s??C???m??C? 1kcal3600s?m?h??C??????52．乱堆25cm拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 HE???10?4G?????BC13??L?L 式中 HE—等板高度，ft； G—气相质量速度，lb/(ft2?h)； D—塔径，ft； Z0—每段填料层高度，ft；α—相对挥发度，量纲为一；μL —液相黏度，cP；ρL—液相密度，lb/ft3

化工原理课后习题解答

化工原理课后习题解答

6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管 路中气体的表压强ｐ。压差计中 以油和水为指示液，其密度分别为920㎏／ｍ 3 ,998㎏／ｍ3,Ｕ管中油﹑水交接面高度差R = 300 ｍｍ，两扩大室的内径D 均为60 ｍｍ， Ｕ管内径ｄ为 6 ｍｍ。当管路内气体压强等 于大气压时，两扩大室液面平齐。 分析：此题的关键是找准等压面，根据扩大室一端与大气相通，另一端与管路相通，可以列出两个方程，联立求解 解：由静力学基本原则，选取1－1‘为等压面， 对于Ｕ管左边ｐ表 + ρ油g(h1+R) = Ｐ1 对于Ｕ管右边Ｐ2 = ρ水gR + ρ油gh2 ｐ表 =ρ水gR + ρ油gh2 -ρ油g(h1+R) =ρ水gR - ρ油gR +ρ油g（h2-h1） 当ｐ表= 0时，扩大室液面平齐 即π（D/2）2（h2-h1）= π（d/2）2R h2-h1 = 3 mm ｐ表= 2.57×102Pa

10.用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定， 各部分相对位置如本题附图所示。管路的直径均为Ф76×2.5mm，在 操作条件下，泵入口处真空表的读数为24.66×103Pa,水流经吸入管 与排处管（不包括喷头）的能量损失可分别按∑ｈf,1=2u2，∑h f,2=10u2 计算，由于管径不变，故式中u为吸入或排出管的流速ｍ/s。排水管 与喷头连接处的压强为98.07×103Pa（表压）。试求泵的有效功率。 分析：此题考察的是运用柏努力方程求算管路系统所要求的有效功率把整个系统分成两部分来处理，从槽面到真空表段的吸入管和从真空表到排出口段的排出管，在两段分别列柏努力方程。 解：总能量损失∑hf=∑hf+，1∑hf，2 u1=u2=u=2u2+10u2=12u2 在截面与真空表处取截面作方程： z0g+u02/2+P0/ρ=z1g+u2/2+P1/ρ+∑hf，1 （ P0-P1）/ρ= z1g+u2/2 +∑hf，1 ∴u=2m/s ∴ w s=uAρ=7.9kg/s

化工原理—传热复习题及答案

化工原理—传热复习题及答案 一、选择题 1、关于传热系数K，下述说法中错误的是（） A、传热过程中总传热系数K实际是个平均值； B、总传热系数K随着所取的传热面不同而异； C、总传热系数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关； D、要提高K值，应从降低最大热阻着手； C 2、在确定换热介质的流程时，通常走管程的有（），走壳程的有（）。 A、高压流体； B、蒸汽； C、易结垢的流体； D、腐蚀性流体； E、粘度大的流体； F、被冷却的流体； A、C、D； B、E、F 3、影响对流传热系数的因素有()。 A、产生对流的原因； B、流体的流动状况；

C、流体的物性； D、流体有无相变； E、壁面的几何因素； A、B、C、D、E 4、对下述几组换热介质，通常在列管式换热器中K值从大到小正确的排列顺序应是（）。 A、②>④>③>①； B、③>④>②>①； C、③>②>①>④； D、②>③>④>①； 冷流体热流体 ①水气体 ②水沸腾水蒸气冷凝 ③水水 ④水轻油 D 5、下述各种情况下对流传热系数由大到小的正确顺序应该是（）。 A、③>④>①>②； B、④>③>②>①； C、③>④>②>①； D、③>②>④>①； ①空气流速为30m/S时的a；②水的流速为1.5m/s时的a；

③蒸汽滴状冷凝时的a；④水沸腾时的a； C 6、传热过程中当两侧流体的对流传热系数都较大时，影响传热过程的将是（）。 A、管避热阻； B、污垢热阻； C、管内对流传热热阻； D、管外对流传热热阻； B 7、关于辐射传热，下述几种说法中错误的是（）。 A、除真空和大多数固体外，热射线可完全透过； B、热辐射和光辐射的本质完全相同，不同的仅仅是波长的范围； C、热射线和可见光一样，都服从折射定律； D、物体的温度不变，其发射的辐射能也不变； A 8、冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90?C，出口温度为50?C，冷水进口温度为15?C，出口温度为53?C，冷热水的流量相同，且假定冷热水的物性为相同，则热损失占传热量的（）。 A、5%； B、6%； C、7%； D、8%；

化工原理-吸收课后答案

第二章 吸收习题解答 1从手册中查得101.33KPa 、25℃时,若100g 水中含氨1g,则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987KPa 。已知在此组成范围内溶液服从亨利定律,试求溶解度系数H(kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。 解: (1) 求H 由33NH NH C P H * = .求算. 已知:30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出: 以100g 水为基准,因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为 31000/kg m .则: 3333 3 1 170.582/1001 1000 0.5820.590/()0.987 NH NH a NH C kmol m C H kmol m kP P * ==+∴===? (2).求m .由333 333330.987 0.00974 101.33 1 170.0105 11001718 0.009740.928 0.0105 NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x y m x ** * *== = ===+=== 2: 101.33kpa 、1O ℃时,氧气在水中的溶解度可用p o2=3.31×106x 表示。式中:P o2为氧在气相中的分压,kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。试求在此温度及压强下与

空气充分接触后的水中,每立方米溶有多少克氧. 解:氧在空气中的摩尔分数为0.21.故 222 26 6 101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110 O O a O O P Py kP P x -==?====??? 因2O x 值甚小,故可以认为X x ≈ 即:2266.4310O O X x -≈=? 所以:溶解度6522322()()6.431032 1.141011.4118()()kg O g O kg H O m H O --????==?=????? 3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2,其余为空气。混合气体的温度为30℃,总压强为506.6kPa 。从手册中查得30℃时C02在水中的亨利系数E=1.88x105KPa,试求溶解度系数H(kmol/（m 3·kPa 、）)及相平衡常数m,并计算每100克与该气体相平衡的水中溶有多少克CO 2。 解:(1).求H 由2H O H EM ρ = 求算 2435 1000 2.95510/()1.881018 a H O H kmol m kP EM ρ -= = =???? (2)求m 5 1.8810371506.6 E m ρ?=== (2) 当0.02y =时.100g 水溶解的2CO (3) 2255 506.60.0210.1310.13 5.3910 1.8810CO a CO P kP P x E ** -=?====?? 因x 很小,故可近似认为X x ≈

天津大学化工原理上册课后习题答案

大学课后习题解答 绪 论 1. 从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。 （1）水的黏度μ= g/(cm ·s) （2）密度ρ= kgf ?s 2/m 4 （3）某物质的比热容C P = BTU/(lb ·℉) （4）传质系数K G = kmol/(m 2 ?h ?atm) （5）表面张力σ=74 dyn/cm （6）导热系数λ=1 kcal/(m ?h ?℃) 解：本题为物理量的单位换算。 （1）水的黏度 基本物理量的换算关系为 1 kg=1000 g ，1 m=100 cm 则 )s Pa 1056.8s m kg 1056.81m 100cm 1000g 1kg s cm g 00856.044??=??=? ? ? ????????????? ???=--μ （2）密度 基本物理量的换算关系为 1 kgf= N ，1 N=1 kg ?m/s 2 则 3 242m kg 13501N s m 1kg 1kgf N 81.9m s kgf 6.138=?? ??????????????????=ρ （3）从附录二查出有关基本物理量的换算关系为 1 BTU= kJ ，l b= kg o o 51F C 9 = 则 ()C kg kJ 005.1C 5F 10.4536kg 1lb 1BTU kJ 055.1F lb BTU 24.0??=?? ? ????????????????????????=p c （4）传质系数 基本物理量的换算关系为 1 h=3600 s ，1 atm= kPa 则 ()kPa s m kmol 10378.9101.33kPa 1atm 3600s h 1atm h m kmol 2.342 52G ???=? ? ??????????????????=-K （5）表面张力 基本物理量的换算关系为 1 dyn=1×10–5 N 1 m=100 cm 则 m N 104.71m 100cm 1dyn N 101cm dyn 742 5 --?=????? ??????????????=σ （6）导热系数 基本物理量的换算关系为 1 kcal=×103 J ，1 h=3600 s 则