发布时间 : 星期六 文章化工原理第四章作业更新完毕开始阅读f90c985ab84ae45c3b358c55
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/(m?C),流体流动的雷诺数
20Re?1.2?105,此时的对流传热系数关联式为Nu?0.023Re0.8Pr0.4。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??1.0W/(m?℃)。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?2?100W/(m℃).若忽
2
略污垢热阻，试求：
（1） 热通量q; （2）距热壁面２５mm处的壁温tx。
T
解：方法一
a1
先求热通量，然后以（Ｔ－tx）为传热推动力， tx?? （
a2
1b?）为对应热阻，求出tx。即将热流体与壁 a1? b 面对流传热与bx厚壁面的导热综合考虑。
（1）热通量q 图3-3 3-84附图
3-85 一立式换热器规格如下：管长3m，管数30根，管径为 φ25?2.5 mm，管程为1。现拟选用此换热器冷凝、冷却 CS2 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CS2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K1?200w/(m?℃) 和K2?100w/(m?℃)。问此换热器是否合用？
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3-92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，?1?250W/(m?℃）水侧
2?0?10000W/(m2?℃）。若忽略污垢热阻，求换热管的壁温Tw及tw。
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
2
数为340W/(m·℃)，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
2
来计算。其中tW表示壁温，℃；αT的单位为W/(m·℃)。
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
2
热系数α=40W/(m·℃)·。试求真实的空气温度。
3-100拟在列管式换热器中用120?C的饱和蒸气将存放在常压贮槽中的温度为20?C﹑比热容为2.09kJ/(kg·?C)﹑质量为2?10kJ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80?C，试计算所需换热器的传热面积。
假定整个加热过程中K0均可取作350W/（m?℃），而且任一瞬间槽内温度总是均匀的。 3-101将一铜球投入T=350?C的恒温油槽中。已知铜球的初始温t1=20?C，质量m =1kg，表面积A?0.01m，比热容c=0.406kJ/?kg??C?,油与球外表面的对流传热系数?=60W/(m??C)。
2224设可忽略铜球内部的导热热阻，求6min后铜球的温度t2。
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A1=1m的蛇管加热器加热容器中的某油品，拟将油温从t1?20?C升至
2t2?80?C。已知加热器的总传热系数K?200W/(m2??C)，油品质量m?500kg，比热容cp?2.2kJ/(kg??C)。容器外表面散热面积S2?12m2 ,空气温度t??20℃,空气与器壁的对流
传热系数??10W/(m??C)，加热蒸汽的压强为250kPa。试求：
（1） 所需加热时间；
（2） 油品能否升至90?C。
不考虑管壁热阻及油与壁面的对流传热热阻。
2
?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?0.9，周围反射器的温度为15℃，电热器的功耗为0.4kw。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
4走空气，空气流量为2.5?10Kg/h，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CP?1005J/Kg.K，假设空气的物性保持不变。
3-107一列管式换热器，由?25?2mm的136根不锈钢管组成。平均比热为4187J/Kg.℃的某溶液在管内作湍流流动，其流量为15000kg/h，并由15℃加热到100℃。温度为110℃的饱
2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?i为 520W/m℃，蒸汽对管壁的给热42系数?0为1.16?10W/m.℃,不锈钢管的导热系数??17W/m.℃，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?54?2mm，套管为?116?4mm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4000Kg/h。环隙为133.3℃的饱和水蒸气冷凝，其汽化热为2168.1KJ/Kg，冷凝传热膜系数为11630W/m?K。苯在50℃~80℃之间的物性参
3?32数平均值为密度??880KJ/m，比热cp?1.86KJ/Kg℃，粘度??0.39?10Ns/m，导热
2系数??0.134W/m?K，管内壁垢阻为0.000265cm/W，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n1，管径为d1，管长为l1，而新换热器管数为n2(n2?2n1)，管径为d2(d2?0.5d1)。试问新换热器管长l2为原换热器管长l1的几倍。
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3-121在一传热面积为90m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0.5m/s（质量流量1.26?10Kg/h）。出口水温75 ℃，再沸器中列管管径?25?2.5mm。
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1.5m/s，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：??968.6kg/m,??3.3?103?425Ns/m2，
CP?4.2KJ/Kg?K,??0.677W/m?K,Pr?2.08
2污垢热阻：Rs1?Rs2?0.2m?K/KW,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810kg/h的甲流体（CP?0.8Kcal/kg?℃）从120℃冷却至70℃，管壁的对流膜系数
?1?2000Kcal/m2?h?℃，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0.15m/s，管内壁对乙流体的对流传热膜系数?2?627Kcal/m?h??℃，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3?P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（Re?10）
3的水溶液(?m?1050kg/m,Cp?4.1kJ/kg℃），当溶液流量为0.637m/h时，可从20℃加热
342至102℃，而当流量增加到1.2m/h时，只能从20℃加热至97℃，试求换热器传热面积s0和流量为1.2m/h时的传热系数k0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8kw/(m?℃）。
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