化工原理 第3章 参考答案 (期末专用).ppt

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1、作业题：p166页3-24有一单管程列管式换热器，该换热器管径为Φ25×2.5mm，管数为37根，管长3m。今拟采用此换热器冷凝并冷却CS2饱和蒸汽，自饱和温度46℃冷却到10℃。CS2在壳程冷凝，流量为300[kg/h]冷凝潜热为351.6kJ/kg；冷却水在管程流动，进口温度为5℃，出口温度为32℃。逆流流动。已知CS2在冷凝和冷却时的总传热系数分别为：K1=291W/m2·K；以及K'2=174W/m2·K；问此换热器是否适用（传热面积A及传热系数均以外表面积计）?46℃T2T146℃=10℃=5℃t1t232℃T→At解：供方：A2=

2、πd2ℓnA2=3.14×0.025×3×37=8.71[m2]需方：Q≥QL=Q1+Q'1=Q2146℃T2T146℃=10℃=5℃t1t232℃T→AtQ=QL=Q1+Q'1=qm1r1+qm1cp1(T1-T2)Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)→qm2Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)→tQ1=qm1r1=(300/3600)×351.6=29.3[kW]Q'1=(300/3600)×0.963×103×(46-10)=2.89[kW]Q=QL=Q1+Q'1=29.3+2.89=32.1

3、9[kW]查：28℃下CS2比热cp=0.963[kJ/kg·℃]求：∆tm1、∆t'm1→求A2=A1+A'1已知r=351.6[kJ/kg]CS2平均温度tm=(46+10)/2=28℃Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)2Q'1=qm1cp1(T1-T2)=qm2cp2(t-t1)=2.89[kW]Q'1=0.285×4.187×103×(t-5)=2.89[kW]→t=7.45℃46℃T2T146℃=10℃=5℃t1t232℃T→At热流体T1=46℃→T1=46℃→T2=10℃冷流体t2=32℃←t=7.45℃←

4、t1=5℃14℃38.55℃5℃∆t大/∆t小=38.55/14>2℃∆t大/∆t小=38.55/5>2Q=QL=Q1+Q'1=Q2=qm2cp2(t2-t1)3℃∆t大/∆t小=38.55/5>2需方：A2=A1+A'1=4.16+1.01=5.17m2供方：A2=πd2ℓn=8.71[m2]>5.17[m2]适用富裕量：426、有一单壳程、双管程列管式换热器，壳程为120℃饱和水蒸气冷凝，常压空气以12m/s的流速在管程内流过。列管为Φ38×2.5mm钢管，总管数为200根，已知空气进口温度为26℃，要求被加热到86℃，又已知蒸汽侧对流传

5、热系数为104[W/(m2·K)]；壁阻及垢阻可忽略不计。试求（1）换热器列管每根管长为多少米？（2）由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器，其列管尺寸改为Φ54×2mm；总管数减少20%；但每根管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气的出口温度？解1以管外表面积A2为基准，计算K2A2=πd2ℓn→求ℓ5解（1）空气定性温度：tm=(26+86)/2=56℃查：物性数据ρ=1.076[kg/m3]；cp=1.005[kJ/kg·℃]；λ=2.861×10-2[W/m·℃]；µ=1.985×10-5[Pa·s]Q=QL=Q1=Q2=q

6、m2cp2(t2-t1)qm2=uAρ=u[(0.785d2)(n/2)]ρqm2=12×[(0.785×0.0332)(200/2)]×1.076=1.104[kg/s]Q2=1.104×1.005×103×(86-26)=66570[W]空气被加热：k=0.4设：ℓ/d>506热T=120℃→T=120℃冷t2=86℃←t1=26℃9434∆t大/∆t小=94/34>2℃7ℓ/d=1.084/0.033<50→校正8误差很小，近似允许。近似计算：α1<<α2→K1≈α1=54.84[W/m2·K]9在换热器中，当一侧为蒸汽冷凝仅发生相变求

7、T及t2解2由于此换热器损坏，重新设计了一台新换热器，其列管尺寸改为Φ54×2mm；总管数减少20%；但每根管长维持原值。用此新换热器加热上述空气，求空气的出口温度？10管内α1<<α2→K≈α1解出：t'2=73℃11解：分析：蒸汽饱和温度不变，r不变qm2↑u↑α1↑K↑∆tm↑Q↑QL↑qm1↑cp2=?查p451页五，30℃及40℃水的比热其cp=4.174[kJ/kg·K]在换热器中，当两流体一侧发生相变时，求T及t2假设冷却水在管内呈湍流流动，忽略壁阻、垢阻近似按平壁计算27（第2版新加复习题）有一蒸气冷凝器，蒸气侧对流传热系数α

8、1为10000W/(m2.℃)，冷却水侧对流传热系数α2为1000W/(m2.℃)。已测得冷却水进、出口温度分别为30℃和35℃。如果将冷却水流量增加一倍，那么蒸气