化工原理第四章复习题（附答案）

化工原理第四章复习题(附答案)

一、选择题

1. 间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻( ) A. 成正比 B. 成反比 C. 没关系 2. 翅片管换热器的翅片应安装在( )。

A. α小的一侧 B. α大的一侧 C. 管内 D. 管外 3. 穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层 的热阻 R1R2R3( )。 A. R1 C. R1>(R2=(R2+R3+R3) B. R1<(R2+R3)

) D. 无法比较

4. 在反应器的单根冷却蛇管内通冷却水，其进、出口温度分别为ｔ12稳定流过,借搅拌器作用，使热流体保持均匀温度T(T为热流体出口温度) ，如冷却蛇管长度增大一倍,其它条件不变,问出口水温ｔ2( )。 A. 增大 B. 减小 C. 不变 D. 不一定

5. 套管冷凝器的内管走空气，管间走饱和水蒸汽，如果蒸汽压力一定，空气进口温度一定，当空气流量增加时:

（1）传热系数K应 A 增大 B 减小 C 基本不变 ( ) （2）空气出口温度 A 增大 B 减小 C 基本不变 ( ) （3）壁温 A 增大B 略有减小 C 基本不变 ( )

6. 工业采用翅片状的暖气管代替圆钢管，其目的是（ ）。 A. 增加热阻，减少热量损失；B. 节约钢材、增强美观；

C. 增加传热面积，提高传热效果。

7. 蒸汽冷凝时，膜状冷凝的α( )滴状冷凝的α。 A. 等于 B. 大于 C. 小于 8. 导热是（ ）热量传递的主要方式。

A. 固体中 B. 液体中 C. 气体中 9. 热量传递的基本方式是（ ）。

A. 恒温传热和稳态变温传热字 B. 导热给热和热交换 C. 气化、冷凝与冷却 D. 传导传热、对流传热与辐射传热

10. 在比较多的情况下，尤其是液－液热交换过程中，热阻通常较小可以忽略不计的是（ ）。 A. 热流体的热阻 B. 冷流体的热阻 C. 冷热两种流体的热阻 D. 金属壁的热阻 11. 传热速率公式q＝KAΔtmΔtm ）。 A.器壁内外壁面的温度差 B.器壁两侧流体对数平均温度差 C.流体进出口的温度差 D.器壁与流体的温度差

12. 湍流体与器壁间的对流传热（即给热过程）其热阻主要存在于（ ）。 A. 流体内; B. 器壁内; C. 湍流体滞流内层中; D. 流体湍流区域内。

13. 对一台正在工作的列管式换热器，已知α1＝116W(m2?K)，α2＝11600W(m2?K)， 要提高传热系数（K），最简单有效的途径是（ ）。

A. 设法增大α1； B. 设法增大α2； C. 同时增大α1α2。 14. 用饱和水蒸汽加热空气时，传热管的壁温接近（ ）

A. 蒸汽的温度；B. 空气的出口温度；C. 空气进、出口平均温度

15. 间壁两侧流体的对流传热系数相差较大时，要提高K值，关键在于提高对流传热系数（ ）之值。

A. 大者； B. 小者； C. 两者；

16. 在间壁式换热器内用饱和水蒸汽加热空气，此过程的总传热系数K值接近于（ ）。 A. α蒸汽 B. α空气 C. α蒸汽与α空气的平均值

17. 对流传热仅发生在（ ）中。

A. 固体 B. 静止的流体 C. 流动的流体

18. 稳定的多层平壁的导热中，某层的热阻愈大，则该层的温度差（ ）。 A. 愈大 B. 愈小 C. 不变

19. 流体与固体壁面间的对流传热，当热量通过滞流内层时，主要是以（ ）方式进行的。 A. 热传导 B. 对流传热 C. 热辐射

20. 物质的导热系数，一般来说：金属的入（ ），非金的入 （ ）， 液体的入（ ），气体的入（ ）。

A. 最小 B. 最大 C. 较小 D. 较大

21. 在列管式换热器中，用水冷凝乙醇蒸气，乙醇蒸汽宜安排走 （ ）。 A. 管程 B. 壳程 C. 管、壳程均可

22. 稳定传热是指传热系统内各点的温度（ ）。

A. 既随时间而变，又随位置而变 B. 只随位置而变，但不随时间而变 C. 只随时间而

变，但不随位而变。

23. 对于沸腾传热，工业生产一般应设法控制在（ ）沸腾下操作。 A.核状 B. 稳定的膜状 C. 不稳定的膜状

24. 蒸汽中不凝性气体的存在，会使它的对流传热系数α值（ ）。 A. 降低 B. 升高 C. 不变

25. 在稳定变温传热中，流体的流向选择（ ）时传热平均温度差最大。 A. 并流 B. 逆流 C. 错流 26. （ ）是一种以电磁波传递热能的方式。 A. 传导 B. 对流 C. 辐射

选择题答案

1, A； 2，A； 3，C； 4，A； 5，(1)A，2),B，(3),C； 6,C； 7, C.； 8, A； 9, D； 10, D； 11, B； 12,C； 13, A； 14, A； 15, B； 16, B； 17, C； 18, A；19, A； 20, B,C,D，A； 21, B； 22,B； 23, A； 24, A； 25, B；26，C。

二、计算题:

1． 在内管为φ189×4.5mm的套管换热器中，将流量为3500kg.h的某液态烃从 100℃冷却到60℃,其平均比热为2.38kJ.kg.K,环隙走冷却水,其进出口温度分别为40℃和50℃,平 均比热水为4.17kJ.kg.K，基于传热外面积的总传热系数Ko=2500w.m-.K,设其值恒定,忽略热损失。试求：

(1)冷却水用量；

(2)分别计算两流体为逆流和并流情况下的平均温差及所需管长。 解：（1）由热量衡算得

-1-1-2-1-1-1-1 GhCph?T1?T2??GcCpC?t2?t1? GcGhCph?T1?T2?CpC?t2?t1?

?3500?2.38?(100?60)?7990kg/h4.17(50?40)（2）（a）逆流时：

Q?GhCPh(T1?T2)?3500?2.38?1000?(100?60)?92556W3600

T1?t2?(T2?t1)100?50?(60?40)?tm???32.74ln[(T1?t2)/(T2?t1)]ln[(100?50)/(60?40)]A0?Q92556??1.13m2K0?tm2500?32.74

℃

l?(b)并流时：

A01.13??1.91m?3?d03.14?189?10

T1?t1?(T2?t2)100?40?(60?50)??27.91ln[(T1?t1)/(T2?t2)]ln[(100?40)/(60?50)]℃ Q92556??1.33m2K0?tm2500?27.91

?tm?A0?l?

A01.33??2.24m?d03.14?189?10?3

?2?12． 某列管换热器,用120℃水蒸汽将物料由20℃加热至90℃,传热系数K＝1000W?m?k。经半年运转后,由于污垢的影响,在相同操作条件下物料出口温度仅为80℃, 现欲使物料出口温度仍维持90℃,问加热蒸汽温度应取何值? 解： 原：

GCCPC(t2?t1)?KA?tm ……（1）

?tm?(100?20)?(100?80)?43.28ln[(100?20)/(100?80)]℃

///GC(t?t)?KA?tm ……（2） CPC21半年后：

(100?20)?(100?70)/?tm??50.98ln[(100?20)/(100?70)]℃

（2）/（1）得：

70?20K/?50.98?80?20K?43.28

K/?70.75W?m?2?k?1

（10分）

/KA?t?KA?tm m保持原生产能力,即

//?tm?KA?tm/(K/A)?100?43.28/70.75?61.17℃

//T/?t1?(T/?t2)80?20?tm???61.17ln[(T/?t1)/(T/?t2)]ln[(T/?20)/(T/?80)] /T?115.8℃

//3.有一台运转中的单程逆流列管式换热器，热空气在管程由120℃冷却到80℃，其对流传热系数

?1?50W/(m2?K)。壳程的冷却水的进出口温度分别为15℃和90℃, 其对流传热系数?2?2000W/(m2?K)，管壁热阻及污垢热阻皆忽略不计。当空气流量增大一倍时，试求：水和空

气的出口温度。（忽略流体的物性参数随温度变化，空气在管内流动为湍流。）

解：空气流量增加前

K?1?48.8W/(m2?K)1?1?1?2；

?tm?(T1?t2)?(T2?t1)?45.3T1?t2lnT2?t1℃

Q?qm1Cp1(T1?T2)?qm2Cp2(t2?t1)?KA?tm40qm1Cp1?75qm2Cp2?48.8?45.3A空气流量增加后

（A）

?1/?20.8?1?87.1W/(m2?K)

12K/??83.4W/(m?K)/1?1?1?2

(T?t)?(T2?t1)?tm?12?45.3T?tln12T2?t1℃

//Q/?2qm1Cp1(T1?T2/)?qm2Cp2(t2?t1)?K/A?tm/2/2

/(120?t2)?(T2/?15)2qm1Cp1(120?T)?qm2Cp2(t?15)?83.4?A?/120?t2ln/T2?15 （B）

由式（A）与式（B）得

4075?/2(120?T2/)(t2?15) （C）

/2(120?T2/)(120?t2)?(T2/?15)83.4??/4048.8?45.3120?t2ln/T2?15 （D）

联解（C）与式（D）得

/?110.2℃ T2/?94.6℃；t2

4. 有一碳钢制造的套管换热器，内管直径为φ89mm×3.5mm，流量为2000kg/h的苯在内管中从80℃冷却到50℃。冷却水在环隙从15℃升到35℃。苯的对流传热系数

?h?230W/(m2?K)，比热容

CPh?1.86KJ/(Kg?K)，水的对流传热系数

?C?290W/(m2?K)，比热容

CPh?4.178KJ/(Kg?K)。（假设总传热系数及比热容随温度的变化忽略不计，热损失忽略不计，

忽略污垢热阻）。试求：

①冷却水消耗量；

②并流和逆流操作时所需传热面积；

③如果逆流操作时所采用的传热面积与并流时的相同，计算冷却水出口温度与消耗量。 解 : ①热量衡算式为

Q?Whcph(T1?T2)?Wccpc(t2?t1) 热负荷 Q?2000?1.86?103?(80?50)?3.1?104W 3600Q3.1?104?3600??1335Kg/h 冷却水消耗量 Wc?3cpc(t2?t1)4.178?10?(35?15)②以内表面积Si为基准的总传热系数为Ki，碳钢的导热系数?=45W/（m·K）

bdd1110.0035?0.0820.082??i?i??? Ki?h?dm?cdo23045?0.0855290?0.089

?7.54?10?3m2.K/W Ki?133W/(m2?K)，本题管壁热阻与其它传热阻力相比很小，可忽略不计。

并流操作 ?tm并?65?15?34.2℃ 65ln15 传热面积 Si并Q3.1?104???6.81m2 Ki?tm并133?34.245?35?40℃ 2 逆流操作 ?tm逆? 传热面积 Si逆Q3.1?104???5.83m2 Ki?tm逆133?40Si并?tm逆??1.17 Si逆?tm并 因?tm并??tm逆,故Si并?Si逆。

2Q3.1?104③逆流操作 Si?6.81m，?tm???34.2℃

KiSi133?6.81设冷却水出口温度为t2'，并假定两端点的温差之比在0.5与2之间，则 80 50 ?tm??34.2，?t'?33.4℃，

215t'2 35?t'35/33.4=1.017, 假定正确，所以t2'?80?33.4?46.6℃

4Q3.1?10?3600冷却水消耗量Wc???846kg/h 3c'pc(t'2?t1)4.178?10?(46.6?15)?t'?35