化工原理试题及答案.doc

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1、........二2一卧式列管冷凝器，钢质换热管长为3m，直径为f25×2mm。水以0.7m/s的流速在管流过，并从17℃被加热到37℃。流量为1.25kg/s、温度为72℃烃的饱和蒸气在管外冷凝成同温度的液体。烃蒸气的冷凝潜热为315kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数a0=800W/(m2·℃)，管侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管侧热阻的70%，试核算：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准）；（2）换热管的总根数；（3）换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18kJ/(kg·℃)]解：（1）换热器每程提供的传热面积（外表面为基准），S1；由题意知，水以

2、0.7m/s的流速在管流过，欲求S1，需先知道每程的管子数，每程的管子数等于所需冷却水的总流量与单管水的流量之比。两流体交换的热量为：又，，则单管水的流量为：每程所需管子数为：取每程管子数为20，则每程所能提供的传热外表面积为：(2)换热管的总根数；由所需的总传热面积可求取换热管的总根数。由题给数据，.s...............则任务所需的传热外表面积为：换热管总根数为：取(2)换热器的管程数。由题意管程数为：3在一单程逆流列管换热器中用水冷却空气，两流体的进口温度分别为20℃和110℃。在换热器使用的初期，冷却水及空气的出口温度分别为45℃和40℃，使用一年后，由于污垢热阻的影响，在

3、冷热流体的流量和进口温度不变的情况下，冷却水出口温度降至38℃，试求：（1）空气出口温度为多少？（2）总传热系数为原来的多少倍？（3）若使冷却水加大一倍，空气流量及两流体进口温度不变，冷热流体的出口温度各为多少？（a水>>a空气）（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？解：使用初期使用一年后110℃40℃110℃45℃20℃38℃20℃（1）空气出口温度题意可得：使用初期（1）使用一年后（2）两式相比（2）/（1），得则：=59.6℃（2）总传热系数.s...............方程(2)式/(1)式，得：故（3）冷热流体的出口温度一年后（3）（4）方程（4）式/（3

4、），得：整理前半式的方程（5）又因，，故由等比定理则整理得，（6）联立（5）和（6），可得：，（4）冷却水流量加大后，换热器的传热速率有何变化？变为多少？则.s...............5有一换热器，管通90℃的热流体，膜系数为1100，管外有某种液体沸腾，沸点为50℃，膜系数为5800。试求以下两种情况下的壁温：（1）管壁清洁无垢；（2）外侧有污垢产生，污垢热阻为0.005解：忽略管壁热阻，并假设壁温为（1）当壁很薄时，根据壁两侧的对流传热方程式可得：则（2）同理则由此可知，壁温总是比较接近热阻小的那一侧流体的温度。6流量为2000kg/h的某气体在列管式换热器的管程流过，温度由150

5、℃降至80℃；壳程冷却用水，进口温度为15℃，出口温度为65℃，与气体作逆流流动，两者均处于湍流。已知气体侧的对流传热膜系数远小于冷却水侧的对流传热膜系数，管壁热阻、污垢热阻和热损失均可忽略不计，气体平均比热为1.02kJ/kg·℃，水的比热为4.17kJ/kg·℃，不计温度变化对比热的影响，试求：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？（3）此时的出口水温将为多少？（4）此时的冷却水用量为多少？解：（1）冷却水用量；（2）如冷却水进口温度上升为20℃，仍用原设备达到相同的气体冷却程度，此时对数平均温差为多少？原情况(1

6、).s...............新情况(2)因，，换热器与气体的情况未变，则，故则，（<2，则用算术平均值合适）对新情况下的热量进行衡算，故7在套管换热器中用120℃的饱和蒸汽于环隙间冷凝以加热管湍流的苯。苯的流量为4000kg/h，比热容为1.9kJ/(kg·℃)，温度从30℃升至60℃。蒸汽冷凝传热系数为1×104W/(m2·℃)，换热管侧污垢热阻为4×10－4m2·℃/W，忽略管壁热阻、换热管外侧污垢热阻及热损失。换热管为f54×2mm的钢管，有效长度为12m。试求：（1）饱和蒸汽流量（其冷凝潜热为2204kJ/kg）；（2）管苯的对流传热系数ai；（3）当苯的流量增加50%、但其

7、他条件维持不变时，苯的出口温度为若干？（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。解：（1）饱和蒸汽流量；（2）管苯的对流传热系数ai；整理得（1）.s...............（2）（3）苯的流量增加50%，苯的出口温度为若干将其代入（2）式得代入（1）式得解得（4）若想维持苯的出口温度仍为60℃应采取哪些措施？作出定量计算。（a）将管子加长，由（1）式得（b）提高加热蒸气压强（温