天津大學(xué)化工原理第二版上冊(cè)課后習(xí)題答案-資料下載頁(yè)
2025-01-09 17:26本頁(yè)面
【正文】 。 解：苯蒸氣的密度為 PMRT 33 解出 ℃ 求 苯 → 水 20 ———————————————— 10．在一單殼程、雙管程的管殼式換熱器中，水在 殼程 120 → 75 水 30 計(jì)算 P及 R 查圖 511（ a）得 11．某生產(chǎn)過(guò)程 中需用冷卻水將油從 105 ℃ 冷卻至 70 ℃ 。已知油的流量為 6 000 kg/h， 2水的初溫為 22 ℃ ，流量為 2 000 kg/h?，F(xiàn)有一傳熱面積為 10 m的套管式換熱器，問(wèn)在下 列兩種流動(dòng)型式下，換熱器能否滿足要求： （ 1） 兩流體呈逆流流動(dòng)； （ 2） 兩流體呈并流流動(dòng)。 設(shè)換熱器的總傳熱系數(shù)在兩種情況下相同，為 300 W/(m2℃ )；油的平均比熱容為 kJ/(kg℃ )，水的平均比熱容為 kJ/(kg℃ )。熱損失可忽略。 解：本題采用 （ 1）逆流時(shí) Whc 法計(jì)算 查圖得 （ 2）并流時(shí) 5 查圖得 能滿足要求 不能滿足要求 12．在一單程管殼式換熱器中，管外熱水被管 傳熱量 解出 ℃ 解出 ℃ 13．水以 m/s的流速在長(zhǎng)為 3 m、直徑為 的管 （湍流） Re、 Pr及 L di值均在式 559a的應(yīng)用范圍 解：甲苯的定性溫度為 由附錄查得 時(shí)甲苯的物性為 ρ＝ 830 kg/m3， Cp＝ 1840 J/(kg℃ )， μ=10－ 3 Pas， ， 則 （湍流） 流體在彎管 R 式中 —彎管中的對(duì)流傳熱系數(shù)， ； —直管中的對(duì)流傳熱系數(shù)， ； di—管 （湍流） 16．常壓空氣在裝有圓缺形擋板的列管換熱器殼程流過(guò)。已知管子尺寸為，正方形排列，中心距為 51 mm，擋板距離為 m，換熱器外殼內(nèi)徑為 m，空氣流量為 ，平均溫度為 140 ℃ ，試求空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)。 解：由附錄五查得 時(shí)空氣的物性為 ρ＝ kg/m3， Cp＝ 1013 J/(kg℃ )， μ=10－ 5 Pas， ，Pr= 采用凱恩（ Kern）法，即 .5513 （ 563） 或 （ 563a） 傳熱當(dāng)量直徑 可根據(jù)管子排列情況進(jìn)行計(jì)算。 管子為正方形排列，則 式中 t—相鄰兩管的中心距， m； Do—管外徑， m。 代入 t和 do得 式 563及式 563a中的流速 u可根據(jù)流體流過(guò)管間最大截面積 A計(jì)算，即 t ) 式中 z—兩擋板間的距離， m； D—換熱器的外殼 上述式中的 對(duì)氣體可取為 。 17．將長(zhǎng)和寬均為 m 的垂直平板置于常壓的飽和水蒸氣中，板面溫度為98 ℃ ，試計(jì)算平板與蒸汽之間的傳熱速率及蒸汽冷凝速率。 解：水的定性溫度為 由附錄六查得 時(shí)水的物性為 ρ＝ kg/m3， Cp＝ 4220 J/(kg℃ )， μ=10－ 5 Pas， ， Pr= 由附錄八查得 時(shí)飽和蒸氣的物性為 ， 對(duì)于此類問(wèn)題，由于流型未知，故需迭代求解。首先假定冷凝液膜為層流，由式 5135得 核算冷凝液流型，由對(duì)流傳熱速率方程計(jì)算傳熱速率，即 冷凝液的質(zhì)量流率為 單位長(zhǎng)度潤(rùn)濕周邊上的凝液質(zhì)量流率為 則 故假定冷凝液膜為層 流是正確的。 18．常壓水蒸氣在一 ，長(zhǎng)為 3 m，水平放置的鋼管外冷凝。鋼管外壁的溫度為 96 ℃ ，試計(jì)算水蒸氣冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)。若此鋼管改為垂直放置，其對(duì)流傳熱系數(shù)又為多少？由此說(shuō)明工業(yè)上的冷凝器應(yīng)如何放置？ 解：由附錄查得，常壓水蒸氣的溫度為 100 ℃ 。 定性溫度 由附錄查得在 98 ℃ 下，水的物性為： ； ； 水平放置 垂直放置 通過(guò)上述計(jì)算可知，工業(yè)上的冷凝器應(yīng)水平放置 。 19．兩平行的大平板，在空氣中相距 10 mm，一平板的黑度為 ，溫度為 400 K；另一平板的黑度為 ，溫度為 300 K。若將第一板加涂層，使其黑度為 ，試計(jì)算由此引起的傳熱通量改變的百分?jǐn)?shù)。假設(shè)兩板間對(duì)流傳熱可以忽略。 解：第一板加涂層前 因是兩平行的大平板，則 ； ； 于是 第一板加涂層后 空氣導(dǎo)熱的熱通量 ，查得 時(shí)，空氣的導(dǎo)熱系數(shù) 加涂層前后傳熱通量減少的百分率為 20．用壓力為 300 kPa（絕對(duì)壓力）的飽和水蒸氣將 20 ℃ 的水預(yù)熱至 80 ℃ ，水在 mm 水平放置的鋼管內(nèi)以 m/s 的速度流過(guò)。設(shè)水蒸氣冷凝 的對(duì)流傳熱系數(shù) 為 5 000 W/(m2℃ )，水側(cè)的污垢熱阻為 6104 m2℃ /W，蒸汽側(cè)污垢熱阻和管壁熱阻可忽略 不計(jì)，試求（ 1）換熱器的總傳熱系數(shù)；（ 2）設(shè)操作半年后，由于水垢積累，換熱能力下降，出口水溫只能升至 70 ℃ ，試求此時(shí)的總傳熱系數(shù)及水側(cè)的污垢熱阻。 解：查附錄得， 300 kPa的飽和水蒸氣溫度為 ℃ 水的定性溫度為 （ 1） 2 在 50 ℃ 下，水的物理性質(zhì)如下： ； ； ； 5 4 35 5 應(yīng)用公式 558a進(jìn)行計(jì)算 di Re Pr 1 do 1 W 25 2 1 W 2 dodi 15000 2520 2 2 （ 2 ） （ a） （ b） （ b）式 247。（ a）式，得 ln lnln lnln 2 1 2 1 2 dodi 1 15000 2520 2 21．在一套管換熱器中，用冷卻水將 4 500 kg/h的苯由 80 ℃ 冷卻至 35 ℃ ，；冷卻水在 和 47 ℃ 。已知水和苯的對(duì)流 的內(nèi)管中 流動(dòng)，其進(jìn)、出口溫度分別為 17 ℃ 傳熱系數(shù)分別為 850 W/(m2℃ )和 1 700 W/(m2℃ )，試求所需的管長(zhǎng)和冷卻水的消耗量。 解：苯的定性溫度 時(shí)苯的定壓熱容為 kJ/（ kg℃ ） 水的定性溫度 時(shí)水的定壓熱容為 kJ/（ kg℃ ） 冷卻水的消耗量 kgh 管長(zhǎng) 1 2 22．某煉油廠擬采用管殼式換熱器將柴油從 176℃ 冷卻至 65℃ 。柴油的流量為9800kg/h。冷卻介質(zhì)采用 35℃ 的循環(huán)水。要求換熱器的管程和殼程壓降不大于30kPa，試選擇適宜型號(hào)的管殼式換熱器。 解：
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