化工原理杨祖荣1-7章习题答案(完美排版)

q?2??t1?t4?2???110?10????52.1W/m

1301601901r21r31r4ln?ln?lnln?ln?ln?1r1?2r2?3r345270.16300.0460 (2)

?R?RR1?R2?1?R2?R3

130ln?0.00234(m2?K)/W 4527160ln?4.332(m2?K)/W 016.30R3?190ln?10137.(m2?K)/W 0.04602.?14.471(m?R?0.00234?4.332?10137?K)/W

各层热阻在总热阻中所占的分数:

R1?R钢?0.00234?0.016%

14.4714.332?29.94% 14.47110137.?70.05% 14.471R2?R石棉?R3?R软木?由以上计算可知钢管热阻很小,且R软木?R石棉。 (3) 若将?1和?2互换,厚度不变,且认为t1和t4不变。

q?2???110?10???37.94W/m

130160190ln?ln?ln45270.0430016.60以上计算可以看出,将保温性能好的材料放在里层,保温或保冷效果好。但此计算不严格,因为保冷好,则t4应增大,即t4??10℃。

5、欲测某绝缘材料的导热系数,将此材料装入附图所示的同心套管间隙内。已知管长l=1.0m. r1=10mm, r2=13mm, r3=23mm, r4=27mm。在管内用热电偶加热,当电热功率为1.0kW时,测得内管的内壁温度为900℃,外管的外壁温度为100℃,金属管壁的导热系数为50W/(m·K),试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻,会引起多大的误差?

习题5附图

解:按题意求得:

5

rm1?r2?r113?10??11.4mm r213lnln10r1r3?r223?13??17.5mm r323lnln13r2r4?r327?23??24.9mm r427lnln23r3rm2?rm3?Am1?2?lrm1?2?3.14?1?11.4?10?3?7.16?10?2m2 Am2?2?lrm2?2?3.14?1?17.5?10?3?0.11m2 Am3?2?lrm3?2?3.14?1?24.9?10?3?0.156m2

内管壁的热阻为:R1?外管壁的热阻为:R2?r2?r10.013?0.01??8.38?10?4K/W ?2?1Am150?7.16?10r4?r30.027?0.023??5.13?10?4K/W ?3Am350?0.156通过多层管壁的热流量为: Q?t1?t4900?100??1000W

r3?r20.023?0.013?4?4?5.13?10R1??R28.38?10??2?0.11?2?Am2则:?2=0.114 W/(m·K)。 若忽略两侧金属壁的热阻,则 Q?t1?t4900?100??1000W

r3?r20.023?0.013?2?0.11?2?Am2则:??2=0.114 W/(m·K)。

由于金属壁的热阻远小于绝缘材料的热阻,在实验精度范围内,金属壁的热阻可以忽略。

6、冷却水在Φ25×2.5㎜,长为2m的钢管中以1m/s的流速通过。冷却水的进、出口温度为20℃和50℃,求管壁对水的对流传热系数? 解:定性温度 t定?20?50?35oC 2查得水在35℃时的物性参数:

ρ?994kg/m3,cp?4.17kJ/(kg?oC),μ?72.8?10?5Pa?s,λ?0.6257W/(m?oC)

管内径为:d=25-2?2.5=20mm=0.02m

6

du?0.02?1?99444 湍流 ??2.73?10?10?72.8?10?5??cp0.7225?10?3?4.174?103Pr???4.82(0.7?Pr?160)

?0.6257Re?l2??100?60 d0.02水被加热,k=0.4,得: α?0.023?0.80.40.6257RePr?0.023??(2.73?104)0.8?(4.82)0.4?4778W/(m2?oC) d0.02

7、一列管式换热器,由38根Φ25×2.5㎜的无缝钢管组成,苯在管内以8.32kg/s的流速通过,从80℃冷却至20℃。求苯对管壁的对流传热系数;若流速增加一倍,其他条件不变,对流传热系数又有何变化?

解:定性温度 t定?20?80?50oC 2查得苯在50℃时的物性参数:

ρ?860kg/m3,cp?1.80kJ/(kg?oC),μ?0.45mPa?s,λ?0.14W/(m?oC)

管内径为:d=25-2?2.5=20mm=0.2m u?ms8.32??0.81m/s ??A860?0.785?0.022?38Re?du?0.02?0.81?860??3.096?104?104 湍流 ?3?0.45?10??cp0.45?10?3?1.8?103Pr???5.79(0.7?Pr?160)

?0.14苯被冷却,k=0.3,则: ??0.023?0.80.30.14RePr?0.023??(3.096?104)0.8?(5.79)0.3?1067W/(m2?oC) d0.02(2)流速增加一倍,u?=2u,其他条件不变

由于 ??Re所以 α1?α(0.8?u0.8

u10.8)?1067?20.8?1858W/(m2?oC) u8、质量分数为98%,密度?=1800kg/m3的硫酸,以1m/s的流速在套管换热器的内管中被冷却,进、出口温度分别为90℃和50℃,内管直径为Φ25×2.5㎜。管内壁平均温度为60℃。试求硫酸对管壁的对流传热系数。

已知70℃硫酸的物性参数如下:

7

cp?1.528kJ/(kg?oC),μ?6.4mPa?s,λ?0.365W/(m?oC)

壁温60℃时的硫酸黏度μw?8.4mPa?s

(1267 W/(m2·℃)) 解:定性温度 t定?50?90?70oC 2查得硫酸在70℃时的物性参数:

cp?1.528kJ/kg?oC,??6.4mPa?s,??0.365W/m?oC

??壁温60℃时的硫酸黏度μw?8.4mPa?s 因为黏度较大,故用式(3-16)计算

??0.027?0.80.33?0.14RePr() d?wRe?du?0.02?1?1800??5625?104 过渡流 ?3?6.4?10??cp6.4?10?3?1.528?103Pr???26.8

?0.3650.3656.4?10?30.140.80.33α?0.027??(5625)?(26.8)?()?1418W/(m2?oC) ?30.028.4?10过渡流校正

6?1056?105f?1??1??0.8934

Re1.8(5625)1.8?过???f?1418?0.8934?1267W/(m?oC)

9、原油在Φ89×6㎜的管式炉对流段的管内以0.5m/s的流速流过而被加热,管长6m。已知管内壁温度为150℃,原油的平均温度为40℃。试求原油在管内的对流传热系数。 已知原油的物性参数为:

ρ?850kg/m3,cp?2kJ/(kg?oC),??26mPa?s,??0.13W/(m?oC),??0.0011(1/oC)原油150℃时的黏度

μw?3.0mPa?s

解:原油在管内流动的Re

du?0.077?0.5?850??1259 (层流) ?3?26?10??cp26?10?3?2?103Pr???400 (0.6

?0.13Re?Re?Pr?d0.077?1259?400??6462?10 l6 8

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