1、 1 目 录 第一章 流体流动与输送 机械 （ 2） 第二章 非均相物系分离 （ 32） 第三章 传热 （ 42） 第四章 蒸发 （ 69） 第五章 气体 吸收 （ 73） 第六章 蒸馏 （ 95） 第七章 固体 干燥 （ 119）2 3 第三章 传热 1、某加热器外面包了一层厚为 300mm 的绝缘材料，该材料的导热系数为 0.16W/（ m ） ，已测得该绝缘层外缘温度为 30 ，距加热器外壁 250mm 处为 75 ，试求加热器外壁面温度为多少？ 解：22321121bttbttAQ C3007516.0 25.016.0 05.03075 o21122321 tbb ttt 2、某燃烧
2、炉的平壁由下列三种砖依次砌成； 耐火砖 b1=230mm， 1=1.05 W/(m ) 绝热砖 b2=230mm， 2=0.151W/(m ) 建筑砖 b3=240mm， 3=0.93W/(m ) 已知耐火砖内侧温度为 1000 ，耐火砖与绝热砖界面处的温度为 940 ，要求绝热砖与建筑砖界面处的温度不得超过 138 ，试求： （ 1） 绝热层需几块绝热砖； （ 2） 普通砖外侧温度为多少？ 解：（ 1） b2=? m4 4 2.09.2 7 31 5 1.01 3 89 4 005.123.09 4 01 0 0 02222321121bbbttbttAQ230mmb2=442mm2302m
3、m 则： 绝热层需两块绝热砖。 校核 t2=? CCttoo 1386.1059.273151.046.094022（ 2） t4=? 4 C9.3493.024.06.1059.273o443343ttbttAQ3、 505 的不锈钢管，导热系数 1 16 （ ） ，外面包裹厚度为 30mm 导热系数 0.2W/（ ）的石棉保温层。若钢管的内表面温度为 623，保温层外表面温度为 373，试求每米管长的热损失及钢管外表面的温度。 解：已知钢管的内半径 mm202 52501 r钢管的外半径 mm252502 r保温层的外半径 mm5530253 r 根据式（ 3-12a），每米管长的热损失
4、W39794.3014.015702555ln2.012025ln161)373623(12ln1ln1)(223212131rrrrttLQ由于是定态热传导，故各层传导的热量应该相等，可得到钢管外表面的温度 t2。 K6222025ln16112 397623ln12 12112 rrlQtt 4、 603 的铝合金管（导热系数近似按钢管选取），外面依次包有一层 30mm 的石棉和 30mm 的软木。石棉和软木的导热系数分别为 0.16 （ ） 和 0.04 （ ） （管外涂防水胶，以免水汽渗入后发生冷凝及冻结）。 （ 1）已知管内壁温度为 -110 ，软 木外侧温度为 10 ，求每米管长上
5、损失的冷量； （ 2） 计算出钢、石棉及软木层各层热阻在总热阻中所占的百分数； （ 3） 若将两层保温材料互换（各层厚度仍为 30mm），钢管内壁面温度仍为 -110 ，作为近似计算，假设最外层的石棉层表面温度仍为 10 。求此时每米管长损失的冷量。 提示：保温层互换后，保温层外壁面与空气间的对流传热膜系数与互换前相同。 解： (1) t1 110 t4 10 r1 0027 . m r2 0030 . m r3 0060 . m r4 0090 . m 1 45 W / (m K) 2 0 16 . W / (m K) 3 0 04 . W / (m K) 每米管长损失的冷量： 习题 3-3
6、 附图 5 W/ m1.526090ln04.013060ln16.012730ln451101 1 02ln1ln1ln1234323212141 rrrrrrttq (2) R R R R 1 2 3R 1 145 3027 0 00234 ln . (m K) / W2 R 2 10 16 6030 4 332 . ln . (m K) / W2 R 3 10 04 9060 10 137 . ln . (m K) / W2 R 0 00234 4 332 10 137 14 471. . . . (m K) / W2 各层热阻在总热阻中所占的分数： R R1 0 0023414 471
7、 0 016% 钢 . . . R R2 4 33214 471 29 94% 石棉 . . R R3 10 13714 471 70 05% 软木 . . 由以上计算可知钢管热阻很小，且 R R软木 石棉 。 (3) 若将 1 2和 互换，厚度不变，且认为 t t1 4和 不变。 q 2 110 10145 3027 10 04 6030 10 16 906037 94ln. ln . ln. W / m 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
8、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/（ ），试求绝缘材料的导热系数。若忽略壁阻，会引起多大的误差？ 解：按题意求得： 习题 5 附图 6 mm4.111013ln1013ln12121 rr rrr mmm5.171323ln1323ln23232 rr rrr mmm9.242327ln2327ln34343 rr rrr m22311 m1016.7104.11114.322 mm
9、 lrA 2322 m11.0105.17114.322 mm lrA 2333 m156.0109.24114.322 mm lrA 内管壁的热阻为： K / W1038.81016.750 01.0013.0 4211 121 mA rrR外管壁的热阻为： K / W1013.5156.050 023.0027.0 433 342 mA rrR通过多层管壁的热流量为： W10 0 01013.511.0 013.0023.01038.810090042422223141 RA rrRttQm则： 2=0.114 W/（ ）。 若忽略两侧金属壁的热阻，则 W100011.0 013.0023
10、.01009002222341 mArr ttQ则： 2=0.114 W/（ ）。 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 252.5 ，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 C352 5020 o定t查得水在 35 时的物性参数： C)W / ( m6 2 5 7.0,sPa108.72,C)k J / ( k g17.4,k g / m9 9 4 o5o3 c p 管内径为： d=25-22.5=20mm=0.02m 7 445 101073.21
11、08.72 994102.0 duRe 湍流 )160Pr7.0(82.46257.0 10174.4107225.0 33 pcPr 6010002.0 2 dl 水被加热， k=0.4，得： C)W / ( m4 7 78)82.4()1073.2(02.0 6 2 57.0023.0PrRe023.0 o24.08.044.08.0 d 7、一列管式换热器，由 38 根 252.5 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 C502 8020 o定t
12、查得苯在 50 时的物性参数： C)W / ( m14.0,sm P a45.0,C)k J / ( k g80.1,k g / m860 oo3 c p 管内径为： d=25-22.5=20mm=0.2m m / s81.03802.0785.0860 32.8 2 Amu s 443 10100 9 6.31045.0 8 6 081.002.0 duRe 湍流 )160Pr7.0(79.514.0 108.11045.0 33 pcPr 苯被冷却， k=0.3，则： C)W / ( m1067)79.5()10096.3(02.0 14.0023.0PrRe023.0 o23.08.04
13、3.08.0 d （ 2）流速增加一倍， u=2u， 其他 条件不变 由于 8.00.8R ue 所以 C)W / ( m185821067)( o28.08.011 uu8、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 252.5 。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： 8 C)W / ( m365.0,sm P a4.6,C)k J / ( k g528.1 oo c p 壁温 60 时的硫酸 黏度 smPa4.8 w （ 12
14、67 W/（ m2 ） ） 解：定性温度 C702 9050 o定t查得硫酸在 70 时的物性参数： CmW/3 6 5.0s,m P a4.6,Ck J / k g5 2 8.1 oo pc 壁温 60 时的硫酸 黏度 smPa4.8 w 因为 黏度 较大，故用式（ 3-16）计算 14.033.08.0 )(027.0 wPrRed 43 105625104.6 1800102.0 duRe 过渡流 8.26365.0 10528.1104.6 33 pcPr C)W / ( m1 4 1 8)104.8 104.6()8.26()5 6 2 5(02.0 3 6 5.00 2 7.0 o
15、214.03333.08.0 过渡流校正 8934.0)5625( 1061Re 1061 8.158.1 5 f C)W / ( m12678934.01418 o f过 9、原油在 896 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： )C/1(0011.0,C)W / ( m13.0,sm P a26C ) ,k J / ( k g2,k g / m850 ooo3 pc 原油 150 时的 黏度smPa0.3 w 解：原油在管内流动的 Re 1 2 5
16、 91026 8 5 05.00 7 7.0 3 duRe （层流） 40013.0 1021026 33 pcPr （ 0.6Pr6700） 1064626077.04001259 ldPrRe 9 109.770 7 7.0 6 dl 所以原油在管 内的对流传热系数用式（ 3-19）计算 14.031 )()Pr( R e86.1wldd 3 5 3.1)326(14.0)( 14.0 w K)W / ( m2.79353.1)6077.04001259(077.0 13.086.1 231 由于 452323223 105.2102 6 5.5)1026( )401 5 0(0 0 1.
17、08 5 00 7 7.081.9 tgdGr 所以对流传热系数需校正 77.1)015.01(8.0 31 Grf C)W /( m14077.12.79 o f 10、铜氨溶液在由四根 453.5 钢管并联的蛇管中由 38 冷却至 8 ，蛇管的平均曲率半径为0.285 m。已知铜氨溶液的流量为 2.7m3/h， 黏度 为 2.210-3Pas，密度为 1200km/m3，其余物性常数可按水的 0.9 倍选用，试求铜氨溶液的对流传热系数。 解 定性温度 C232 838 o定t查得水在 23 时的物性参数，并折算为铜氨液的物性： C)W / ( m5 4 4.06 0 4 5.09.0,C)
18、k J / ( k g76.318.49.0 oo pc 四组蛇管并联的横截面积： m / s1 6 6.00 0 4 5 3.0 3 6 0 07.2m0 0 4 5 3.00 3 8.014.3)4(4 222AVudA管内流速43 103 4 2 0102.2 1 2 0 01 6 6.00 3 8.0 duRe 过渡区 2.15544.0 1076.3102.2 33 pcPr 铜氨液被冷却， k=0.3，则： 10 C)W / ( m4.5 00)2.15()3 42 0(0 38.0 5 44.00 23.00 23.0 o23.08.03.08.0 PrRed 过渡流需校正 73
19、88.0)3420( 1061Re 1061 8.158.1 5 f C)W / ( m7.369738 8.04.500 o f 过 弯管校正 K)W / ( m9.4 56)2 85.0 0 38.077.11(7.3 69)77.11( 2 Rd 过弯 11、有一列管式换热器，外壳内径为 190mm，内含 37 根 192 的钢管。温度为 12 ，压力为101.3kPa 的空气，以 10m/s 的流速在列管式换热器管间沿管长方向流动，空气出口温度为 30 。试求空气对管壁的对流传热系数。 解：定性温度 C212 3012 o定t查得空气在 21 时的物性参 数： C)W / ( m105
20、91.2,sPa1081.1,C)k J / ( k g005.1,k g / m205.1 o25o3 c pm02547.0019.03719.0 019.03719.0 2221 2221 ndd nddde 445 10106 9 6.11081.1 2 0 5.1100 2 5 4 7.0 udRe e 湍流 702.010591.2 10005.11081.1 2 35 pcPr 空气被加热， k=0.4，则： C)W / ( m1.49)702.0()10696.1(02547.0 10591.2023.0PrRe023.0 o23.08.0424.08.0 d 12、在接触氧化法生产硫酸的过程中，用反应后高温的 SO3 混合气预热反应前气体。常压 SO3 混合气在一由 383 钢管组成、壳程装有圆缺型挡板的列管换热器壳程流过。已知管子成三角形排列，中心距为 51mm，挡板间距为 1.45m，换热器 壳径为 2800；又 SO3 混合气的流量为 4104m3/h，其平均温度为 145 .若混合气的物性可近似按同温度下的空气查取，试求混合气的对流传热系数（考虑部分流体在挡板与壳体之间短路，取系数为 0.8） 解：本题为列管式换热器管外强制对流传热，对流传热系数按式 3-25 计算
