化工原理(第二版华南理工大)习题.ppt

将已知条件代入得： （1） 又 （2） 联立求解式1、2得： 习题课 重要问题 1、分别说明热量传递过程的三种基本方式？ 2、对流传热中流体的流动状态如何影响传热速率？ 3、比较分析膜状冷凝与滴状冷凝的传热效果？ 4、分析液体沸腾对传热的影响？ 5、什么是辐射传热？它有哪些特性？ 4-1、在逆流操作的冷凝器中，用15℃的水使绝对压强为11206kPa、温度为95℃、流量为200kg/h的过热氨气冷却并冷凝。液态氨在冷凝温度下排出，相应的液氨饱和温度为30℃。在操作过程中，冷凝器内各截面上氨与水的温差不允许低于5℃。试求冷水的用量、水的出口温度及两流体的平均温度差。设热损失可忽略不计。数据：95℃氨蒸气的焓=1647kJ/kg；30℃氨蒸气的焓=1467kJ/kg；30℃液氨的焓=323 kJ/kg；水的比热容为4.183 kJ/(kg·℃). 传热面 S/m2 30 温度/℃ 氨 水 冷却 冷凝 15 95 解：过热蒸气放出的热量为： 氨由30℃饱和蒸气变为30℃液氨放出的能量为： Qr=200（1467-323）×103/3600=63600W 冷却水吸收的总热量为： Q=Q1+Qr=10000+63600=73600W 冷凝段内水的平均温度= 已知20℃时水的平均比热容为4183 J/(kg·℃) 63600=W2×4183×（25-15） 解得 W2=1.52kg/s 水的出口温度t2可通过总热量衡算求得，若能近似的取水的比热容为4183 J/(kg·℃)，则： 73600=1.52×4183（t2-15） 解得t2=26.6℃ 两流体间的平均温差应分两段计算，即： 冷却段 冷凝段 4-2、在传热面积为20m2的新购列管换热器中用温度为20℃、流量为13500kg/h的冷水以逆流流动方式将醋酸从110℃冷却到40℃，冷水被加热到45℃。运转一段时间后，两流体的流量和入口温度均不变，而冷水的出口温度降至38℃。试查找原因并作定量论证。计算时可忽略热损失；比热容为4.2kJ/(kg·℃)。 解：在原工况条件下： 在新工况条件下： 根据热量衡算确定醋酸的出口温度T2，即： 运转一段时间后，增加的热阻比例为： 运转一段时间后，由于污垢的沉积，使总热阻增加为新换热器热阻的1.972倍。为了提高传热效果，工厂通常都定期进行设备检修，清洗垢层。 4-3 一卧式列管冷凝管,钢制换热管长为3m,直径为??25×2 mm。水以0.7 m/s的流速在管内流过，并从17 ℃被加热到37 ℃。流量为1.25 kg/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315 kJ/kg。已测得：蒸气冷凝传热系数 ?0=800 W/( m2·℃)，管内侧热阻为外侧的40%，污垢热阻又为管内侧热阻的70%，试核算换热管的总根数和换热器的管程数。[计算时可忽略管壁热阻及热损失，水的比热为4.18 kJ/(kg·℃)]。 解：由冷却水的总流量和单管内水的流量确定每程管子的数目；再 根据所需的传热面积确定管程数。计算如下： 取水的比热容为 则 效果计算：温变、流量 单管内水的流量为： 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： 由题给数据 任务所需的传热外表面积为： 需要管程数为：Nt = S0/S1 = 18.7/4.71= 3.97 （取4） 换热管的总根数为 4×20 = 80 过程计算：面积、 热阻、温差 4-4 在套管换热器中用110℃的饱和蒸汽加热管内的冷流体,使其温度由15℃升至55℃。已知蒸汽的冷凝传热系数为α0= 1.1×104 W/(m2·℃)，试针对如下两种冷流体估算总传热系数K值和传热壁面的平均温度tw . 1.管内流动着空气，其对流传热系统αi= 90 W/(m2·℃)； 2.管内流动为水，其对流传热系统αi= 4000 W/(m2·℃). 计算时可忽略管壁热阻、污垢热阻和热损失，且可当平壁处理。 解：总传热系数K可按下面简化式子计算，即： 传热壁面的平均温度可用总传热速率方程和对流传热速率方程联解进行估算，即： 壁温也可由联解冷、热流体的对流传热速率方程估算，即： 2.管内流体为水 或 1.管内流体为空气 1.逆流时： 并流时： Q、t2、K与逆流时相同 结论：在相同条件下， 4-6 无相变的冷、热流体在套管式换热器中进行换热，今若热流体的质量流量增大，而其它操作参数不变，试定性分析K、Q、t2、T2、?tm的变化趋势。 m1? ?