南京工業(yè)大學(xué)化工原理課后習(xí)題答案第2章.pdf

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1、第 四 章 習(xí) 題1） 用 平 板 法 測(cè) 定 材 料 的 導(dǎo) 熱 系 數(shù) ， 其 主 要 部 件 為 被 測(cè) 材 料 構(gòu) 成 的 平 板 ， 其 一 側(cè) 用 電 熱 器 加 熱 ， 另 一 側(cè) 用 冷 水 將 熱 量 移 走 ， 同 時(shí) 板 的 兩 側(cè) 用 熱 電 偶 測(cè) 量 其 表 面 溫 度 。 設(shè) 平 板 的 導(dǎo) 熱 面 積 為 0.03m2， 厚 度 為 0.01m。測(cè) 量 數(shù) 據(jù) 如 下 ： 電 熱 器 材 料 的 表 面 溫 度 ℃ 安 培 數(shù) A 伏 特 數(shù) V 高 溫 面 低 溫 面 2.82.3 140115 300200 10050 試 求 ： ① 該 材 料 的 平

2、均 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 。 ② 如 該 材 料 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 與 溫 度 的 關(guān) 系 為線 性 ： ， 則 λ 0和 a值 為 多 少 ？ 2） 通 過 三 層 平 壁 熱 傳 導(dǎo) 中 ， 若 測(cè) 得 各 面 的 溫 度 t1、 t2、 t3和 t4分 別 為 500℃ 、 400℃ 、 200℃ 和 100℃ ， 試 求 合 平 壁 層 熱 阻 之 比 ， 假 定 各 層 壁面 間 接 觸 良 好 。 3） 某 燃 燒 爐 的 平 壁 由 耐 火 磚 、 絕 熱 磚 和 普 通 磚 三 種 砌 成 ， 它 們 的 導(dǎo)熱 系 數(shù) 分 別 為 1.2W/(m

3、℃ )， 0.16 W/(m ℃ )和 0。 92 W/(m ℃ )， 耐 火 磚 和 絕 熱 轉(zhuǎn) 厚 度 都 是 0.5m， 普 通 磚 厚 度 為 0.25m。 已 知 爐 內(nèi) 壁 溫 為1000℃ ， 外 壁 溫 度 為 55℃ ， 設(shè) 各 層 磚 間 接 觸 良 好 ， 求 每 平 方 米 爐 壁 散 熱 速 率 。 4） 在 外 徑 100mm的 蒸 汽 管 道 外 包 絕 熱 層 。 絕 熱 層 的 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 0.08W/(m ℃ )， 已 知 蒸 汽 管 外 壁 150℃ ， 要 求 絕 熱 層 外 壁 溫 度 在 50℃ 以 下 ， 且 每 米 管 長(zhǎng) 的 熱 損 失

4、 不 應(yīng) 超 過 150W/m， 試 求 絕 熱 層 厚 度 。 5） Φ 38 2.5mm的 鋼 管 用 作 蒸 汽 管 。 為 了 減 少 熱 損 失 ， 在 管 外 保溫 。 50第 一 層 是 mm厚 的 氧 化 鋅 粉 ， 其 平 均 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 0.07 W/(m ℃ )； 第 二 層 是 10mm厚 的 石 棉 層 ， 其 平 均 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 0.15 W/(m ℃ )。若 管 內(nèi) 壁 溫 度 為 180℃ ， 石 棉 層 外 表 面 溫 度 為 35℃ ， 試 求 每 米 管 長(zhǎng) 的 熱 損 失 及 兩 保 溫 層 界 面 處 的 溫 度 ？解 ： ① r 0

5、= 1 6 .5 mm = 0 .0 1 6 5 m ， r1 =1 9 mm = 0 .0 1 9 mr 2 = r1 ＋ 1 = 0 .0 1 9 ＋ 0 .0 5 = 0 .0 6 9 mr 3 = r2 ＋ 2 = 0 .0 6 9 ＋ 0 .0 1 = 0 .0 7 9 m 0 = 4 5 W/(m℃ ) W/m② 即 ∴ t2 = 4 1 .8 ℃ 6） 通 過 空 心 球 壁 導(dǎo) 熱 的 熱 流 量 Q的 計(jì) 算 式 為 ： ， 其 中 ， A1、 A2分 別 為 球 壁 的 內(nèi) 、 外 表 面 積 ， 試 推 導(dǎo) 此 式 。 7） 有 一 外 徑 為 150mm的 鋼 管 ，

6、 為 減 少 熱 損 失 ， 今 在 管 外 包 以 兩 層 絕熱 層 。 已 知 兩 種 絕 熱 材 料 的 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 之 比 1， 兩 層 絕 熱 層 厚 度 相 等 皆 為 30mm。 試 問 應(yīng) 把 哪 一 種 材 料 包 在 里 層時(shí) ， 管 壁 熱 損 失 小 。 設(shè) 兩 種 情 況 下 兩 絕 熱 層 的 總 溫 差 不 變 。 8） 試 用 因 次 分 析 法 推 導(dǎo) 壁 面 和 流 體 間 強(qiáng) 制 對(duì) 流 給 熱 系 數(shù) α 的 準(zhǔn) 數(shù) 關(guān)聯(lián) 式 。 已 知 α 為 下 列 變 量 的 函 數(shù) ： 。 式 中 λ 、 CP、 ρ 、 μ 分 別 為 流 體 的 導(dǎo) 熱

7、系 數(shù) 、 等 壓 熱 容 、 密 度 、 粘 度 ， u為 流 體 流 速 ， l為 傳 熱 設(shè) 備 定 型 尺 寸 。 9） 水 流 過 φ 60 3.5mm的 鋼 管 ， 由 20℃ 被 加 熱 至 60℃ 。 已 知 ， 水 流 速 為 1.8m/s， 試 求 水 對(duì) 管 內(nèi) 壁 的 給 熱 系 數(shù) 。 10） 空 氣 流 過 φ 36 2mm的 蛇 管 ， 流 速 為 15m/s， 從 120℃ 降 至 20℃ ， 空 氣 壓 強(qiáng) 4 105Pa（ 絕 壓 ） 。 已 知 蛇 管 的 曲 率 半 徑 為 400mm， ， 試 求 空 氣 對(duì) 管 壁 的 給 熱 系 數(shù) 。 空 氣 的

8、 密 度 可 按 理 想 氣 體 計(jì) 算 ， 其余 物 性 可 按 常 壓 處 理 。 11） 苯 流 過 一 套 管 換 熱 器 的 環(huán) 隙 ， 自 20℃ 升 至 80℃ ， 該 換 熱 器 的 內(nèi) 管 規(guī) 格 為 φ 19 2.5mm， 外 管 規(guī) 格 為 φ 38 3mm。 苯 的 流 量 為 1800kg/h。試 求 苯 對(duì) 內(nèi) 管 壁 的 給 熱 系 數(shù) 。 12） 冷 凍 鹽 水 （ 25%的 氯 化 鈣 溶 液 ） 從 φ 25 2.5mm、 長(zhǎng) 度 為 3m的 管內(nèi) 流 過 ， 流 速 為 0.3m/s， 溫 度 自 -5℃ 升 至 15℃ 。 假 設(shè) 管 壁 平 均 溫 度

9、 為 20℃ ， 試 計(jì) 算 管 壁 與 流 體 之 間 的 平 均 對(duì) 流 給 熱 系 數(shù) 。 已 知 定 性 溫 度 下 冷 凍 鹽 水 的 物 性 數(shù) 據(jù) 如 下 ： 密 度 為 1230kg/m3， 粘 度 為 4 10-3Pa s， 導(dǎo) 熱系 數(shù) 為 0.57 W/(m ℃ )， 比 熱 為 2.85kJ/(kg ℃ )。 壁 溫 下 的 粘 度 為 2.5 10-3Pa s。解 ： d = 0 .0 2 5 － 0 .0 0 2 5 2 = 0 .0 2 m ∴ 5 0 ∵ u = 0 .3 m/s ∴ ＜ 2 0 0 0 ∴ 層 流 ＞ 1 0 0 = 3 5 4 .7 W/(

10、m2 ℃ )13） 室 內(nèi) 分 別 水 平 放 置 兩 根 長(zhǎng) 度 相 同 ， 表 面 溫 度 相 同 的 蒸 汽 管 ， 由 于 自 然 對(duì) 流 兩 管 都 向 周 圍 散 失 熱 量 ， 已 知 小 管 的 ， 大 管 直 徑 為 小 管 的 8倍 ， 試 求 兩 管 散 失 熱 量 的 比 值 為 多 少 ？ 解 ： ∵ 小 管 GrPr = 1 0 8 ∴ b = 1 /3 又 因 Gr∝ d 0 3 ， 故 大 管 GrPr ＞ 1 0 8 則 14） 某 烘 房 用 水 蒸 汽 通 過 管 內(nèi) 對(duì) 外 散 熱 以 烘 干 濕 紗 布 。 已 知 水 蒸 汽絕 壓 為 476.2

11、4kPa， 設(shè) 管 外 壁 溫 度 等 于 蒸 汽 溫 度 現(xiàn) 室 溫 及 濕 紗 布 溫 度 均 為 20℃ ， 試 作 如 下 計(jì) 算 ： ① 使 用 一 根 2m長(zhǎng) 、 外 徑 50mm水 煤 氣 管 ， 管 子 豎直 放 于 水 平 放 置 單 位 時(shí) 間 散 熱 量 為 多 少 ？ ② 若 管 子 水 平 放 置 ， 試 對(duì) 比 直 徑 25mm和 50mm水 煤 氣 管 的 單 位 時(shí) 間 單 位 面 積 散 熱 之 比 。 （ 管 外 只 考 慮 自然 對(duì) 流 給 熱 ） 。 15） 油 罐 中 裝 有 水 平 蒸 汽 管 以 加 熱 管 內(nèi) 重 油 ， 重 油 溫 度 為 20

12、℃ ， 蒸汽 管 外 壁 溫 為 120℃ ， 在 定 性 溫 度 下 重 油 物 性 數(shù) 據(jù) 如 下 ： 密 度 為 900kg/m3， 比 熱 1.88 103J/(kg ℃ )， 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 0.175W/(m ℃ )， 運(yùn) 動(dòng) 粘 度 為 2 10-6m2/s， 體 積 膨 脹 系 數(shù) 為 3 10-4 l/℃ ， 管 外 徑 為 68mm， 試 計(jì) 算 蒸 汽 對(duì) 重 油 的 傳 熱 速 度 W/m2。 16） 有 一 雙 程 列 管 換 熱 器 ， 煤 油 走 殼 程 ， 其 溫 度 由 230℃ 降 至120℃ ， 流 量 為 25000kg/h， 內(nèi) 有 φ 25 2.

13、5mm的 鋼 管 70根 ， 每 根 管 長(zhǎng) 6m， 管 中 心 距 為 32mm， 正 方 形 排 列 。 用 圓 缺 型 擋 板 （ 切 去 高 度 為 直 徑 的25%） ， 試 求 煤 油 的 給 熱 系 數(shù) 。 已 知 定 性 溫 度 下 煤 油 的 物 性 數(shù) 據(jù) 為 ： 比 熱 為 2.6 103J/(kg ℃ )， 密 度 為 710 kg/m3， 粘 度 為 3.2 10-4Pa s，導(dǎo) 熱 系 數(shù) 為 0.131 W/(m ℃ )。 擋 板 間 距 ， 殼 體 內(nèi) 徑 。 17） 飽 和 溫 度 為 100℃ 的 水 蒸 汽 在 長(zhǎng) 為 2.5m， 外 徑 為 38mm的

14、豎 直 圓 管外 冷 凝 。 管 外 壁 溫 度 為 92℃ 。 試 求 每 小 時(shí) 蒸 汽 冷 凝 量 。 又 若 將 管 子 水 平 放 置 每 小 時(shí) 蒸 汽 冷 凝 量 又 為 多 少 。 18） 由 φ 25 2.5mm、 225根 長(zhǎng) 2米 的 管 子 按 正 方 形 直 列 組 成 的 換 熱 器 ， 用 1.5 105Pa的 飽 和 蒸 汽 加 熱 某 液 體 ， 換 熱 器 水 平 放 置 。 管 外 壁 溫度 為 88℃ ， 試 求 蒸 汽 冷 凝 量 。 19） 設(shè) 有 A、 B兩 平 行 固 體 平 面 ， 溫 度 分 別 為 TA和 TB（ TA>TB） 。 為 減

15、少 輻 射 散 熱 ， 在 這 兩 平 面 間 設(shè) 置 n片 很 薄 的 平 行 遮 熱 板 ， 設(shè) A所 有 平 面 的表 面 積 相 同 ， 黑 度 相 等 ， 平 板 間 距 很 小 ， 試 證 明 設(shè) 置 遮 熱 板 后 A平 面 的 散 熱 速 率 為 不 裝 遮 熱 板 時(shí) 的 倍 。 20） 用 熱 電 偶 測(cè) 量 管 內(nèi) 空 氣 溫 度 ， 測(cè) 得 熱 電 偶 溫 度 為 420℃ ， 熱 電 偶黑 度 為 0.6， 空 氣 對(duì) 熱 電 偶 的 給 熱 系 數(shù) 為 35 W/(m ℃ )， 管 內(nèi) 壁 溫 度 為 300℃ ， 試 求 空 氣 溫 度 。 21） 外 徑 為 6

16、0mm的 管 子 ， 其 外 包 有 20mm厚 的 絕 熱 層 ， 絕 熱 層 材 料 導(dǎo)熱 系 數(shù) 為 0.1 W/(m ℃ )， 管 外 壁 溫 度 為 350℃ ， 外 界 溫 度 為 15℃ ， 試 計(jì) 算 絕 熱 層 外 壁 溫 度 。 若 欲 使 絕 熱 層 外 壁 溫 度 再 下 降 5℃ ， 絕 熱 層 厚 度 再增 加 多 少 。 22） 設(shè) 計(jì) 一 燃 燒 爐 ， 擬 用 三 層 磚 ， 即 耐 火 磚 、 絕 熱 磚 和 普 通 磚 。 耐火 磚 和 普 通 磚 的 厚 度 為 0.5m和 0.25m。 三 種 磚 的 系 數(shù) 分 別 為 1.02 W/(m ℃ )、

17、0.14 W/(m ℃ )和 0.92 W/(m ℃ )， 已 知 耐 火 磚 內(nèi) 側(cè) 為 1000℃ ，外 壁 溫 度 為 35℃ 。 試 問 絕 熱 磚 厚 度 至 少 為 多 少 才 能 保 證 絕 熱 磚 溫 度 不 超 過 940℃ ， 普 通 磚 不 超 過 138℃ 。 23） 為 保 證 原 油 管 道 的 輸 送 ， 在 管 外 設(shè) 置 蒸 汽 夾 。 對(duì) 一 段 管 路 來 說 ， 設(shè) 原 油 的 給 熱 系 數(shù) 為 420 W/(m ℃ )， 水 蒸 氣 冷 凝 給 熱 系 數(shù) 為 104W/(m ℃ )。 管 子 規(guī) 格 為 φ 35 2mm鋼 管 。 試 分 別 計(jì)

18、算 K i和 K0， 并 計(jì) 算 各項(xiàng) 熱 阻 占 總 熱 阻 的 分 率 。 24） 某 列 管 換 熱 器 ， 用 飽 和 水 蒸 汽 加 熱 某 溶 液 ， 溶 液 在 管 內(nèi) 呈 湍 流 。 已 知 蒸 汽 冷 凝 給 熱 系 數(shù) 為 104 W/(m ℃ )， 單 管 程 溶 液 給 熱 系 數(shù) 為400W/(m ℃ )， 管 壁 導(dǎo) 熱 及 污 垢 熱 阻 忽 略 不 計(jì) ， 試 求 傳 熱 系 數(shù) 。 若 把 單 管 程 改 為 雙 管 程 ， 其 它 條 件 不 變 ， 此 時(shí) 總 傳 熱 系 數(shù) 又 為 多 少 ？ 25） 一 列 管 換 熱 器 ， 管 子 規(guī) 格 為 φ

19、25 2.5mm， 管 內(nèi) 流 體 的 對(duì) 流 給 熱系 數(shù) 為 100 W/(m ℃ )， 管 外 流 體 的 對(duì) 流 給 熱 系 數(shù) 為 2000 W/(m ℃ )， 已 知 兩 流 體 均 為 湍 流 流 動(dòng) ， 管 內(nèi) 外 兩 側(cè) 污 垢 熱 阻 均 為 0.0018 m ℃ /W。試 求 ： ① 傳 熱 系 數(shù) K及 各 部 分 熱 阻 的 分 配 ； ② 若 管 內(nèi) 流 體 流 量 提 高 一 倍 ， 傳 熱 系 數(shù) 有 何 變 化 ？ ③ 若 管 外 流 體 流 量 提 高 一 倍 ， 傳 熱 系 數(shù) 有 何 變化 ？ 解 ： ① Ri = R0 = 0 .0 0 1 1 8 m

20、2 ℃ /W 鋼 管 = 4 5 W/(m℃ ) m = 0 .0 1 5 4 2 1 /(W/m2 ℃ ) K0 = 6 4 .8 4 W/(m2 ℃ ) 熱 阻 分 配 ：污 垢 ： 管 外 ： 管 內(nèi) ： 管 壁 ： ② ， ， ∴ = 0 .0 1 0 1 0 m2 ℃ /W W/( m2 ℃ )③ ， ∴ = 0 .0 1 5 2 1 m2 ℃ /W W/( m2 ℃ ) 3 1 ) 1 2 0 ℃ 飽 和 水 蒸 汽 將 空 氣 從 2 0 ℃ 加 熱 至 8 0 ℃ ， 空 氣 流 量 1 .2 0 1 0 4 k g /

21、h 。 現(xiàn) 有 單 程 列 管 換 熱 器 ， 2 5 2 .5 mm鋼 管 3 0 0 根 ， 管 長(zhǎng) 3 m， 0 = 1 0 4 W/(m2 ℃ )， 污 垢 及 管 壁 熱 阻 不 計(jì) 。 問 此 換 熱 器 能 否 滿 足 要 求 。解 ： ℃ 5 0 ℃ 空 氣 ， = 1 .0 9 3 k g /m3 ， Cp = 1 .0 0 5 k J/(k g ℃ )， = 0 .0 2 8 2 4 W/(m℃ ) = 1 .9 6 1 0 -5 Pas ， Pr = 0 .6 9 8 m/s ＞ 1 0 0 0 0∴ W/(m2 ℃ ) ∵ 0 ＞ ＞ i ∴ Ki = i

22、= 1 2 4 .5 W/(m2 ℃ ) Q = WcCp ct = 1 .0 0 5 6 0 = 2 0 1 k J/st m = ℃ Q = KiAitm 即 2 0 1 1 0 3 = 1 2 4 .5 Ai6 5 .5 ∴ Ai = 2 4 .6 m2 又 ， Ai = n d iL 即 2 4 .6 = 3 0 0 0 .0 2 0 L ∴ L = 1 .3 1 m＜ 3 m ∴ 滿 足 要 求 32） 某 單 殼 程 單 管 程 列 管 換 熱 器 ， 用 1.8 105Pa飽 和 水 蒸 汽 加 熱 空 氣 ， 水 蒸 汽 走 殼 程 ， 其 給 熱 系 數(shù) 為 105 W/

23、(m ℃ )， 空 氣 走 管 內(nèi) ， 進(jìn) 口溫 度 20℃ ， 要 求 出 口 溫 度 達(dá) 110℃ ， 空 氣 在 管 內(nèi) 流 速 為 10m/s。 管 子 規(guī) 格 為 φ 25 2.5mm的 鋼 管 ， 管 數(shù) 共 269根 。 試 求 換 熱 器 的 管 長(zhǎng) 。若 將 該 換 熱 器 改 為 單 殼 程 雙 管 程 ， 總 管 數(shù) 減 至 254根 。 水 蒸 汽 溫 度 不 變 ， 空 氣 的 質(zhì) 量 流 量 及 進(jìn) 口 溫 度 不 變 ， 設(shè) 各 物 性 數(shù) 據(jù) 不 變 ， 換 熱 器 的 管長(zhǎng) 亦 不 變 ， 試 求 空 氣 的 出 口 溫 度 。 33） 一 套 管 換 熱 器

24、 ， 用 熱 柴 油 加 熱 原 油 ， 熱 柴 油 與 原 油 進(jìn) 口 溫 度 分別 為 155℃ 和 20℃ 。 已 知 逆 流 操 作 時(shí) ， 柴 油 出 口 溫 度 50℃ ， 原 油 出 口 60℃ ， 若 采 用 并 流 操 作 ， 兩 種 油 的 流 量 、 物 性 數(shù) 據(jù) 、 初 溫 和 傳 熱 系 數(shù) 皆與 逆 流 時(shí) 相 同 ， 試 問 并 流 時(shí) 柴 油 可 冷 卻 到 多 少 溫 度 ？ 34） 一 套 管 換 熱 器 ， 冷 、 熱 流 體 的 進(jìn) 口 溫 度 分 別 為 55℃ 和 115℃ 。 并流 操 作 時(shí) ， 冷 、 熱 流 體 的 出 口 溫 度 分 別

25、為 75℃ 和 95℃ 。 試 問 逆 流 操 作 時(shí) ， 冷 、 熱 流 體 的 出 口 溫 度 分 別 為 多 少 ？ 假 定 流 體 物 性 數(shù) 據(jù) 與 傳 熱 系 數(shù)均 為 常 量 。 35） 一 列 管 換 熱 器 ， 管 外 用 2.0 105Pa的 飽 和 水 蒸 汽 加 熱 空 氣 ， 使空 氣 溫 度 從 20℃ 加 熱 到 80℃ ， 流 量 為 20000kg/h， 現(xiàn) 因 生 產(chǎn) 任 務(wù) 變 化 ， 如 空 氣 流 量 增 加 50%， 進(jìn) 、 出 口 溫 度 仍 維 持 不 變 ， 問 在 原 換 熱 器 中 采 用什 么 方 法 可 完 成 新 的 生 產(chǎn) 任 務(wù)

26、？ ’ 36） 在 一 單 管 程 列 管 式 換 熱 器 中 ， 將 2000kg/h的 空 氣 從 20℃ 加 熱 到 80℃ ， 空 氣 在 鋼 質(zhì) 列 管 內(nèi) 作 湍 流 流 動(dòng) ， 管 外 用 飽 和 水 蒸 汽 加 熱 。 列 管 總數(shù) 為 200根 ， 長(zhǎng) 度 為 6m， 管 子 規(guī) 格 為 φ 38 3mm。 現(xiàn) 因 生 產(chǎn) 要 求 需 要 設(shè) 計(jì) 一 臺(tái) 新 換 熱 器 ， 其 空 氣 處 理 量 保 持 不 變 ， 但 管 數(shù) 改 為 400根 ， 管 子 規(guī) 格改 為 φ 19 1.5mm， 操 作 條 件 不 變 ， 試 求 此 新 換 熱 器 的 管 子 長(zhǎng) 度 為

27、多 少 米 ？ 37） 在 單 程 列 管 換 熱 器 內(nèi) ， 用 120℃ 的 飽 和 水 蒸 汽 將 列 管 內(nèi) 的 水 從30℃ 加 熱 到 60℃ ， 水 流 經(jīng) 換 熱 器 允 許 的 壓 降 為 3.5Pa。 列 管 直 徑 為 φ 25 2.5mm， 長(zhǎng) 為 6m， 換 熱 器 的 熱 負(fù) 荷 為 2500kW。 試 計(jì) 算 ： ① 列 管 換熱 器 的 列 管 數(shù) ； ② 基 于 管 子 外 表 面 積 的 傳 熱 系 數(shù) K。 假 設(shè) ： 列 管 為 光 滑 管 ， 摩 擦 系 數(shù) 可 按 柏 拉 修 斯 方 程 計(jì) 算 ， 。解 ： (1 ) ℃ 4 5 ℃ 時(shí) 水 ： =

28、 9 9 0 k g /m3 ,Cp = 4 .1 7 4 1 0 3 J/(k g ℃ )， = 6 4 .0 3 1 0 -2 W/(m ℃ ) = 6 0 .1 2 1 0 -5 Pas ， Pr = 3 .9 2 5 ∴ u = 1 .0 0 m/s ℃ 設(shè) 管 壁 及 污 垢 熱 阻 可 略 ∵ 0 ＞ ＞ i ∴ Ki = i 對(duì) 一 根 管 ， = 3 .8 9 5 1 0 4 W又 ， 即 3 .8 9 5 1 0 4 = 5 .2 3 1 0 3 0 .0 2 6 7 3 .9 9∴ = 1 .1 1 7 1 0 3 W/(m2 ℃ )(2 ) ∴ 取 n 為 6

29、 4 根 。38） 有 一 立 式 單 管 程 列 管 換 熱 器 ， 其 規(guī) 格 如 下 ： 管 徑 φ 25 2.5mm， 管 長(zhǎng) 3m， 管 數(shù) 30根 。 現(xiàn) 用 該 換 熱 器 冷 凝 冷 卻 CS2飽 和 蒸 汽 ， 從 飽 和 溫 度 46℃ 冷 卻 到 10℃ 。 CS2走 管 外 ， 其 流 量 為 250kg/h， 冷 凝 潛 熱 為 356kJ/kg， 液 體 CS2的 比 熱 為 1.05kJ/(kg ℃ )。 水 走 管 內(nèi) 與 CS2呈 逆 流 流 動(dòng) ， 冷 卻 誰 進(jìn) 出 溫 度 分 別 為 5℃ 和 30℃ 。 已 知 CS2冷 凝 和 冷 卻 時(shí) 傳 熱 系

30、 數(shù) （ 以 外 表 面 積 計(jì) ） 分 別 為 和 。 問 此 換 熱 器 是 否 合 用 ？解 ： k J/s設(shè) 換 熱 器 上 部 為 蒸 汽 冷 凝 段 ,以 下 標(biāo) “1 ”表 示 ,下 部 為 冷 卻 段 ,以 “2 ”表 示 則 k J/s T1 =4 6 ℃ k J/s t2 =3 0 ℃ Q1 Q2 T2 =1 0 ℃ 設(shè) 冷 水 Cp 為 常 量 ， 則 上 下 兩 段 分 界 處 t3 ： t3 t1 =5 ℃

31、 即 ∴ t3 = 7 .4 ℃ 于 是 ： m2 m2 ∴ A = A1 ＋ A2 = 4 .1 4 ＋ 1 .3 7 = 5 .5 1 m2 (以 外 表 面 積 計(jì) ) 現(xiàn) 有 換 熱 器 A＇ = n d 0 L = 3 0 0 .0 2 5 3 = 7 .0 7 m2 ＞ A 故 能 適 用 。 39） 現(xiàn) 有 兩 臺(tái) 規(guī) 格 完 全 一 樣 的 列 管 換 熱 器 ， 其 中 一 臺(tái) 每 小 時(shí) 可 以 將一 定 量 氣 體 自 80℃ 冷 卻 到 60℃ ， 冷 卻 水 溫 度 自 20℃ 升 到 30℃ ， 氣 體 在 管 內(nèi) 與 冷 卻

32、水 呈 逆 流 流 動(dòng) ， 已 知 總 傳 熱 系 數(shù) （ 以 內(nèi) 表 面 積 為 基 準(zhǔn) ） Ki為 40 W/(m ℃ )。 現(xiàn) 將 兩 臺(tái) 換 熱 器 并 聯(lián) 使 用 ， 忽 略 管 壁 熱 阻 、 垢 層 熱 阻 、 熱損 失 及 因 空 氣 出 口 溫 度 變 化 所 引 起 的 物 性 變 化 。 試 求 ： ① 并 聯(lián) 使 用 時(shí) 總 傳 熱 系 數(shù) ； ② 并 聯(lián) 使 用 時(shí) 每 個(gè) 換 熱 器 的 氣 體 出 口 溫 度 ； ③ 若 兩 換 熱 器 串 聯(lián) 使 用 ， 其 氣 體 出 口 溫 度 又 為 多 少 （ 冷 卻 水 進(jìn) 出 每 個(gè) 換 熱 器 的 溫 度 不變 ）

33、 ？ 解 ： 單 臺(tái) ： Wh Cp h (T1 － T2 ) = WcCp c(t2 － t1 ) ∴ Wh Cp h (T1 － T2 ) = KiAitm， ℃ ∴ 二 臺(tái) 并 聯(lián) ： W/(m2 ℃ ) 即 ……① 又 …………………………………………②由 ① 、 ② 式 聯(lián) 立 ， 解 得 T 2 = 5 7 .6 ℃ ， t2 = 3 1 .2 ℃二 臺(tái) 串 聯(lián) ： 即 : ………③又 ： ……………………………………………④③ 、 ④ 式 聯(lián) 立 ， 解 得 ： T 2 =4 8 .2 ℃ ， t2 = 3 5 .9 ℃40） 擬 設(shè) 計(jì) 一 臺(tái) 列 管 換 熱 器 ， 20kg/s的 某 油 品 走 殼 程 ， 溫 度 自 160℃ 降 至 115℃ ， 熱 量 用 于 加 熱 28kg/s的 原 油 。 原 油 進(jìn) 口 溫 度 為 25℃ ， 兩 種 油 的 密 度 均 為 870kg/m3。 其 他 物 性 數(shù) 據(jù) 如 下 ： 名 稱 CP kJ/(kg℃ ) μ Pa s λ W/(m ℃ ) 原 油油 品 1.992.20 2.9 10-3 5.2 10-3 0.1360.119 解 ： (略 )