发布时间 : 星期日 文章化工原理第二版夏清贾绍义版上册课后习题答案天津大学更新完毕开始阅读3cdf021b4431b90d6c85c7d5
9.在逆流换热器中，用初温为20℃的水将1.25kg/s的液体（比热容为1.9kJ/kg?℃，密度为850kg/m），由80℃冷却到30℃。换热器的列管直径为ф252.5mm，水走管方。水侧和液体侧的对流传热系数分别为0.85 W/（m2?℃）和1.70 W/（m2?℃）。污垢热阻忽略。若水的出口温度不能高于50℃，试求换热器的传热面积。
解：热流体：T1=80℃ → T2=30℃ 冷流体：t2=50℃ ← t1=20℃ Δt1=30℃ Δt2=100℃
∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=18.205℃ Q =WhCph（T1 - T2 ）=1.9×103×1.25×50=118.75W
又Q= K0S0Δtm，其中 1/ K0 = d0/αidi+1/α0 解得K0=0.486×103m2?℃/W ∴0.486×103×18.205 S0=118.75×103 ∴S0=13.4m3
10.在列管式换热器中用冷水冷却油。水在直径为ф192mm的列管内流动。已知管内水侧对流传热系数为3490 W/（m2?℃），管外油侧对流传热系数为258 W/（m2?℃）。换热器用一段时间后，管壁两侧均有污垢形成，水侧污垢热阻为0.00026m2?℃/W，油侧污垢热阻0.000176m2?℃/W。管壁导热系数λ为45 W/（m?℃），试求：（1）基于管外表面的总传热系数；（2）产生污垢后热阻增加的百分比。
解：（1）1/K0 =d0/αidi+1/α0+Rsid0/di+Rs0+bd0/λdm
=19/（3490×15）+0.00026×19/15+0.000176+（0.002×19）/（45×16.9）+1/258
∴K0 =208 m2?℃/W
（2）产生污垢后增加的总热阻：
d0/αidi + Rs0=19/（3490×15）+0.000176=0.00050533 产生污垢前的总热阻：
d0/αidi+1/α0+ bd0/λdm=19/（3490×15）+（0.002×19）/（45×16.9）+1/258
=0.0043
∴增加的百分比为：0.00050533/0.00429=11.8%
11.在一传热面积为50m2的单程列管式换热器中，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20℃升至38℃。溶液的温度由110℃降至60℃。若换热器清洗后，在两流体的流量和进出口温度不变的情况下，冷水出口温度增至45℃。试估算换热器清洗前后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，水的比热容可取4.187kJ/（kg?℃）；（2）可按平壁处理，两种工况下αi和α0分别相同；（3）忽略管壁热阻和热损失。
解：换洗前：热流体：T1=110℃ → T2=60℃ 冷流体：t2=38℃ ← t1=20℃ Δt1=72℃ Δt2=40℃
∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=54.4℃ Q= WhCph（T1 - T2 ）=50WhCph
=WcCpc（t2-t1）=18WcCpc =K0S0Δtm =54.4K0S0
代入数据计算得K0=254 W/（m2?℃） 换洗后：：热流体：T1=110℃ → T2=60℃ 冷流体：t2=38℃ ← t1=20℃ Δt1=72℃ Δt2=40℃
∴Δtm =（Δt1- Δt2）/ln（Δt1/Δt2）=54.4℃ Q= WhCph（T1 - T2 ）=（100-T2）WhCph
=WcCpc（t2-t1）=25WcCpc
=K0，S0Δtm，
∴50/（100-T2）=18/25 →T2=40.56℃ ∴Δtm， =（Δt1，- Δt2，）/ln（Δt1，/Δt2，）=35℃ Q= =WcCpc（t2-t1）= K0，S0Δtm， 代入数据计算得K0，=548.3 W/（m2?℃） ∴总污垢热阻为：1/ K0-1/ K0，=1/245-1/548.3 =2.1×10-3 m2?℃/W
17.在套管换热器中，一定流量的水在管内流动，温度从25℃升高到75℃，并测得内管水侧的对流传热系数为2000 W/（m2?℃）。若相同体积流量的油品通过该换热器的内管而被加热，试求此时内管内油侧对流传热系数。假定两种情况下流体呈湍流流动。已知定性温度下物性如下：
ρ，kg/m3 μ，Pa?s cp，kJ/（kg?℃） λ，W/（m?℃）
水 1000 0.54×10-3
0.65
油品 810 5.1×10-3 2.01 0.15
解：∵水为低粘度流体 ∴α=（0.023λ/di）（diuρ/μ）0.8（cp
μ/λ）n
流体温度从25℃升到75℃取n=0.4 ∴α=258.47（diuρ/μ）0.8
4.17
∴（diuρ/μ）0.8=0.7879
油为高粘度液体，采用西德尔和塔特关联式
α，=（0.027λ/di）（diuρ/μ）0.8（cpμ/λ）1/3Ψn 取Ψn =1.05
∴α，=0.027×0.15（diuρ/μ）0.8[810/（5.1×10）]0.8（2.01×5.1/0.15）1/31.05
=203 W/（m2?℃）
20.温度为90℃ 甲苯以1500kg/h的流量通过蛇管而被冷却至30℃。蛇管直径为Ф57×3.5mm，弯曲半径为0.6m，试求甲苯对蛇管壁的对流传热系数。
解：查有关资料的甲苯在60℃时的有关物性常数
μ= 0.375×10-3Pa·s ，λ= 0.143 W/（m?℃），ρ= 830Kg/m ，Cp =1.8376 KJ/(Kg·℃)
Re = duρ/μ= dQ/Aμ = 0.05×1500×4/(3600×π×0.052
×0.4×10-3)
= 26539.3 > 104 属于湍流范围 Pr = CPμ/λ = 1.8376×0.375/0.1423 = 4.84 α= 0.023λ/di ×Re0.8·Prn ∵甲苯被冷却，取n = 0.3 计算α= 0.023×(0.1423/0.05)×(26539.3)0.8×(4.84)0.3 = 363.5 W/（m2?℃）
由于流体在弯管内作强制对其传热系数可由 α'= α(1 + 1.77di/r') 来计算
∴α'= α(1 + 1.77di/r') = 363.5×（1 + 1.77×0.05/0.6） = 417.14 W/（m2?℃）
23.流量为720kg/h的常压饱和水蒸气在直立的列管换热器的列管外冷凝。换热器内列管直径为φ25×2.5mm ，长为2m。列管外壁面温度为94℃。是按冷凝要求估算换热器的管数（设管内侧传热可满足要求）。换热器热损失可忽略。
解：查常压下水蒸气的有关物性数据：T=100℃ λ=68.27×10-2 W/（m?℃）
r=2258.4kJ/kg μ=0.282×10-3Pa?s ρ=958kg/m3 由汽化热计算传热速率 Q=w?r=720/3600×2258.4×103=451.68×103
根据对流传热速率方程 Q=αS（t s-tw） 传热面积S=Q/α（t s-tw）
∵Re=duρ/μ=dw/Aμ=36.139×103>1800 属于湍流 ∴α=0.0077（ρ2gλ3/μ2）Re0.4=16908.5
∴S=451.68×103/[16908.5×（100-94）]=4.4522m