第四章 传 热 热传导 【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。 解 2375℃, 30℃t t == 计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃ (1757530025005016016) t --= ..145 025********t =?+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温度为 3℃，试计算单位表面积的冷量损失。 解 已 知 .(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为 【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2 ，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。 解 根据已知做图 热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?= .().() 12392002 002280100Qb A t t λ?= = -- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。 耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。 (1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。 (2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。 绝热砖层厚度2b 的计算 每块绝热砖的厚度为023m ．，取两块绝热砖的厚度为 习题4-1附图 习题4-3附图 习题4-4附图
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ，λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4 ＝50o C ，3δ＝12cm ，q ＝1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1δ＝？2δ＝？ 解： ∵δ λ T q ?= ∴1δ＝m q T T 22.01200 900 11003.1211 =-?=-λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴ W K m q T T /579.093 .012.01200509002334222?=--=--=λδλδ 得：∴m 10.018.0579.0579.022=?==λδ 习题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C
求： T 1=？ 解： ∵δ λ δ λ 3 13 23 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C 3. 直径为?60×3mm 的钢管用30mm 厚的软木包扎，其外又用100mm 厚的保温灰包扎，以作为绝热层。现测得钢管外壁面温度为–110o C ，绝热层外表面温度10o C 。已知软木和保 温灰的导热系数分别为0.043和0.07 W/（m·o C ），试求每米管长的冷量损失量。 解：圆筒壁的导热速率方程为 ()2 3212131ln 1ln 12r r r r t t L Q λλπ+-= 其中 r 1=30mm ，r 2=60mm ，r 3=160mm 所以 ()2560 160 ln 07.013060ln 043.01101002-=+--=πL Q W/m 负号表示由外界向系统内传热，即为冷量损失量。 4. 蒸汽管道外包扎有两层导热系数不同而厚度相同的绝热层，设外层的平均直径为内层的两倍。其导热系数也为内层的两倍。若将二层材料互换位置，假定其它条件不变，试问每米管长的热损失将改变多少？说明在本题情况下，哪一种材料包扎在内层较为合适？ 解：设外层平均直径为d m,2，内层平均直径为d m,1，则 d m,2= 2d m,1 且 λ2=2λ1 由导热速率方程知 1 111112 2114522λππλπλλλb L d t L d b L d b t S b S b t Q m m m m m ???= + ?= + ?= 两层互换位置后 1 1111122λππλπλb L d t L d b L d b t Q m m m ??= + ?= ' 所以 25.14 5 =='='q q Q Q
第四章传热 一、名词解释 1、导热 若物体各部分之间不发生相对位移,仅借分子、原子与自由电子等微观粒子得热运动而引起得热量传递称为热传导(导热)。 2、对流传热 热对流就是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起得热量传递。热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。 3、辐射传热 任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波得形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体得辐射能, 当物体向外界辐射得能量与其从外界吸收得辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量得传递。这种传热方式称为热辐射。 4、传热速率 单位时间通过单位传热面积所传递得热量(W/m2) 5、等温面 温度场中将温度相同得点连起来,形成等温面。等温面不相交。 二、单选择题 1、判断下面得说法哪一种就是错误得()。 B A 在一定得温度下,辐射能力越大得物体,其黑度越大; B 在同一温度下,物体吸收率A与黑度ε在数值上相等,因此A与ε得物理意义相同; C 黑度越大得物体吸收热辐射得能力越强; D 黑度反映了实际物体接近黑体得程度。 2、在房间中利用火炉进行取暖时,其传热方式为_______ 。 C A 传导与对流 B 传导与辐射 C 对流与辐射 3、沸腾传热得壁面与沸腾流体温度增大,其给热系数_________。 C A 增大 B 减小 C 只在某范围变大 D 沸腾传热系数与过热度无关 4、在温度T时,已知耐火砖辐射能力大于磨光铜得辐射能力,耐火砖得黑度就是下列三数值之一,其黑度为_______。 A A 0、85 B 0、03 C 1 5、已知当温度为T时,耐火砖得辐射能力大于铝板得辐射能力,则铝得黑度______耐火砖得黑度。 D A 大于 B 等于 C 不能确定就是否大于 D 小于 6、多层间壁传热时,各层得温度降与各相应层得热阻_____。 A A 成正比 B 成反比 C 没关系 7、在列管换热器中,用饱与蒸汽加热空气,下面两项判断就是否正确: A
化工原理（上）各章主要知识点 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 22111+++=Λ （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++=Λ2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg s s V m ρ=
第四章 传 热 热传导 【4-1】有一加热器，为了减少热损失，在加热器的平壁外表面，包一层热导率为(m·℃)、厚度为300mm 的绝热材料。已测得绝热层外表面温度为30℃，另测得距加热器平壁外表面250mm 处的温度为75℃，如习题4-1附图所示。试求加热器平壁外表面温度。 解 2375℃, 30℃t t == 计算加热器平壁外表面温度1t ，./()W m λ=?016℃ (1757530025005016016) t --= ..145 025********t =?+=℃ 【4-2】有一冷藏室，其保冷壁是由30mm 厚的软木做成的。软木的热导率λ= W/(m·℃)。若外表面温度为28℃，内表面温 度为3℃，试计算单位表面积的冷量损失。 解 已 知 .(),.123℃, 28℃, =0043／℃ 003t t W m b m λ==?=， 则单位表面积的冷量损失为 【4-3】用平板法测定材料的热导率，平板状材料的一侧用电热器加热，另一侧用冷水冷却，同时在板的两侧均用热电偶测量其表面温度。若所测固体的表面积为0.02m 2 ，材料的厚度为0.02m 。现测得电流表的读数为2.8A ，伏特计的读数为140V ，两侧温度分别为280℃和100℃，试计算该材料的热导率。 解 根据已知做图 热传导的热量 .28140392Q I V W =?=?= .().() 12392002 002280100Qb A t t λ?= = -- 【4-4】燃烧炉的平壁由下列三层材料构成：耐火砖层，热导率λ=(m·℃)，厚度230b mm =；绝热砖层，热导率λ=(m·℃)；普通砖层，热导率λ=(m·℃)。 耐火砖层内侧壁面温度为1000℃，绝热砖的耐热温度为940℃，普通砖的耐热温度为130℃。 (1) 根据砖的耐热温度确定砖与砖接触面的温度，然后计算绝热砖层厚度。若每块绝热砖厚度为230mm ，试确定绝热砖层的厚度。 (2) 若普通砖层厚度为240mm ，试计算普通砖层外表面温度。 解 (1)确定绝热层的厚度2b 温度分布如习题4-4附图所示。通过耐火砖层的热传导计算热流密度q 。 习题4-1附图 习题4-3附图
第四章多组分系统热力学 4.1有溶剂A与溶质B形成一定组成的溶液。此溶液中B的浓度为c B，质量摩尔浓度为b B，此溶液的密度为。以M A，M B分别代表溶剂和溶质的摩尔质量，若溶液的组成用B的摩尔分数x B表示时，试导出x B与c B，x B与b B之间的关系。 解：根据各组成表示的定义 4.2D-果糖溶于水（A）中形成的某溶液，质量分数，此溶液在20 C时的密度。求：此溶液中D-果糖的（1）摩尔分数；（2）浓度；（3）质量摩尔浓度。 解：质量分数的定义为
4.3在25 C，1 kg水（A）中溶有醋酸（B），当醋酸的质量摩尔浓度b B介于 和之间时，溶液的总体积 。求： （1）把水（A）和醋酸（B）的偏摩尔体积分别表示成b B的函数关系。（2）时水和醋酸的偏摩尔体积。 解：根据定义
当时 4.460 ?C时甲醇的饱和蒸气压是84.4 kPa，乙醇的饱和蒸气压是47.0 kPa。二者可形成理想液态混合物。若混合物的组成为二者的质量分数各50 %，求60 ?C 时此混合物的平衡蒸气组成，以摩尔分数表示。 解：质量分数与摩尔分数的关系为 求得甲醇的摩尔分数为
根据Raoult定律 4.580 ?C是纯苯的蒸气压为100 kPa，纯甲苯的蒸气压为38.7 kPa。两液体可形成理想液态混合物。若有苯-甲苯的气-液平衡混合物，80 ?C时气相中苯的摩尔分数，求液相的组成。 解：根据Raoult定律 4.6在18 ?C，气体压力101.352 kPa下，1 dm3的水中能溶解O2 0.045 g，能溶解N2 0.02 g。现将 1 dm3被202.65 kPa空气所饱和了的水溶液加热至沸腾，赶出所溶解的O2和N2，并干燥之，求此干燥气体在101.325 kPa，18 ?C下的体积及其组成。设空气为理想气体混合物。其组成体积分数为：，
第4章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K m W 05.111 --??=λ 厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为11K m W 151.0--??=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--??=λ。若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65??; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5??。(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344?=t ) 解：⑴第一层： 1 1 2 1λb t t A Q -= 第二层： 223 2λb t t A Q -= ? ()()3222 2111 t t b t t b -=-λλ ?()()130940151.0940100023.005 .12 -=-b ?m 446.02=b 因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2b 取m 460.0， 校核： ()()3940460.0151.0940100023.005 .1t -=- ?C 3.1053?=t ； ⑵ ()()433 3211 1 t t b t t b -=-λλ ?C 6.344?=t 。 4-2、某工厂用mm 5mm 170?φ的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为11K m 0.065W --?? ;第二层为厚mm 30的石棉灰，其热导率为11K m 0.21W --??。管内壁温度为C 3000，保温层外表面温度为C 400。管道长m 50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为11K m 45W --?? （答：kW 2.14=Q ） 解：已知：11棉K m 0.065W --??=λ，11 灰K m 0.21W --??=λ 查表得：11 K m W 54--??=钢λ ()3 4323212141ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t l Q λλλπ++-= 其中： 0606.016 .017.0ln ln 12==d d ，
第一章流体流动 液体和气体统称为流体。流体的特征是具有流动性，即其抗剪和抗张的能力很小，无固定形状，随容器的形状而变化，在外力作用下其内部发生相对运动。 流体随压强的改变而改变自身体积的性质称为流体的压缩性。 压缩性的大小被看作是气体和液体的主要区别。由于气体在压强增大时体积缩小，而液体则变化不明显，故气体属于可压缩性流体，液体属于不可压缩性流体。 气体在输送过程中若压强和温度变化不大，因而体积和密度变化也不大时，也可按不可压缩流体来处理。 一般气体在常温常压下仍可按理想气体考虑，以简化计算。 在化工生产中，涉及流体流动的规律，主要有以下几个方面： (1)流体阻力及流量、压强的计算 (2)流动对传热与传质及化学反应的影响 (3)流体的混合 第一节流体静力学基本方程 流体静力学是研究流体在外力作用下达到平衡的规律。也即流体在静止状态下流体内部压力的变化规律。 1－1－1 流体的密度 单位体积流体所具有的质量称为流体的密度，其表达式为： （1—1） 式中：ρ——流体的密度，kg / m3； m——流体的质量，kg； V——流体的体积，m3。 不同流体的密度是不同的，对一定的流体，密度ρ是压力p和温度T的函数，可用下式表达： ρ = f ( p，T ) 液体的密度随压力的变化甚小，可忽略不计，故常称液体为不可压缩的流体。温度对液体的密度有一定影响，但改变不大（极高压力下除外），液体的密度ρ一般可从物理化学手册或有关资料中查到。 气体具有压缩性及膨胀性，其密度随压强，温度的变化很大。当压强不太高，
温度不太低时，其密度可近似地按理想气体状态方程式来计算： ρ= m / V = pM / RT （1—2） 式中：p——气体的绝对压强，kN / m2或kPa； T——气体的绝对温度，K； M——气体分子的分子量； R——气体常数，8.314 kJ / kmol·K。 若以知标准状态下气体的密度ρ0、温度T0和压力P0，则某状态下(T、P)理想气体的密度ρ也可按下式计算： ρ = ρ0T 0P / TP0（1—3）式中：ρ0——标准状态下（T０＝273K P０＝101.33 kPa）气体的密度， kg / m3 ρ0 = M / 22.4 kg / m3 在化工生产中所遇到的流体，往往是含有几个组分的混合物。通常手册中所列出的为纯物质的密度，所以混合物的平均密度ρm还得通过以下公式进行计算：气体混合物的密度ρm可由下式求得（假定混合时各组分的体积不变）： ρm = ρ1y1 + ρ2y2 + … + ρn y n (1—4) 式中：ρi——各组分的密度； y i——各组分的体积分数。 当气体混合物的温度，压力接近理想气体时，（即温度不太低时，压强不太高时）仍可用式（1—2）来计算气体的密度，但式中气体分子的分子量M应以混合气体的平均分子量M m代替，即： Ｍm＝Ｍ１Ｙ１＋Ｍ２Ｙ２＋…＋Ｍn Y n(1—5) 式中：Ｍi——气体混合物各组分的分子量； Ｙi——气体混合物各组分的摩尔分率。 气体混合物的组成通常以体积分率表示。 对于理想气体，其体积分率与摩尔分率，压力分率是相等的。 液体混合物的组成通常以质量分率表示，它的密度可按下式计算： 1 / ρm ＝a1/ρ1＋a2/ρ2＋…＋a n / ρn（1—6） 式中：a i——液体混合物中各组分的质量分率； ρi——液体混合物中各组分的密度；
化工原理课后习题(第四章)
第4章 传热 4-1、燃烧炉的平壁由下列三种材料构成: 耐火砖的热导率为,K m W 05.111 --??=λ 厚度 mm 230=b ；绝热砖的热导率为1 1 K m W 151.0--??=λ；普通砖的热导率为11K m W 93.0--??=λ。若耐火砖内侧温度为C 10000 , 耐火砖与绝热砖接触面最高温度为C 9400 ,绝热砖与普通砖间的最高温度不超过C 1300 (假设每两种砖之间接触良好界面上的温度相等) 。试求：（1）绝热砖的厚度。绝热砖的尺寸为：mm 230mm 113mm 65??; (2) 普通砖外测的温度。普通砖的尺寸为：mm 240mm 1200mm 5??。(答： ⑴m 460.02=b ；⑵C 6.344 ?=t ) 解：⑴第一层：1 1 2 1λb t t A Q -= 第二层：2 2 32 λb t t A Q -= ? ()()322 22111 t t b t t b -=-λλ ?()()130940151.0940100023.005 .12 -=-b ?m 446.02 =b 因为绝热砖尺寸厚度为mm 230，故绝热砖层厚度2 b 取m 460.0， 校核： ()()3 940460 .0151.0940100023.005 .1t -=- ?C 3.1053 ?=t ； ⑵()()4 33 3 2111t t b t t b -=-λλ ?C 6.344?=t 。
4-2、某工厂用mm 5mm 170?φ的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料：第一层为厚mm 30的矿渣棉，其热导率为 11 K m 0.065W --?? ;第二层为厚mm 30的石棉灰， 其热导率为1 1 K m 0.21W --??。管内壁温度为C 3000 ，保温层外表面温度为C 400 。管道长m 50。试求该管道的散热量。无缝钢管热导率为1 1K m 45W --?? （答：kW 2.14=Q ） 解：已知：11棉K m 0.065W --??=λ，1 1灰 K m 0.21W --??=λ 查表得：1 1K m W 54--??=钢 λ ()3 4 323 2 1 2 1 4 1ln 1ln 1ln 12d d d d d d t t l Q λλλπ++ -= 其中：0606.016.017.0ln ln 12==d d ， 302.017.023.0ln ln 23==d d ， 231.023 .029.0ln ln 34==d d ()1 m W 28421 .0231.0065.0302.0450606.0403002-?=++-=πl Q ， kW 2.14W 1042.1502844 =?=?=Q 。 4-3、冷却水在mm 1mm 19?φ，长为m 0.2的钢管中以1 s 1m -?的流速通过。水温由88K 2升至K 298。求管壁对水的对流传热系数。 (答：1 2 K m 4260W --??) 解：设为湍流 水的定性温度K 2932 298 288=+=t ， 查表得：1 1 C kg kJ 183.4--???=p c ， 1 1 K m W 5985.0--??=λ， s Pa 10004.13 ??=-μ，
化工原理课后习题答案第4章传热习题解答
习 题 1. 如附图所示。某工业炉的炉壁由耐火砖λ1=1.3W/（m·K ）、绝热层λ2=0.18W/（m·K ）及普通砖λ3=0.93W/（m·K ）三层组成。炉膛壁内壁温度1100o C ，普通砖层厚12cm ，其外表面温度为50 o C 。通过炉壁的热损失为1200W/m 2，绝热材料的耐热温度为900 o C 。求耐火砖层的最小厚度及此时绝热层厚度。 设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。 已知：λ1=1.3W/m·K ，λ2=0.18W/m·K ， λ3=0.93W/m·K ，T 1＝1100 o C ，T 2＝900 o C ，T 4＝50o C ，3 δ＝12cm ，q ＝ 1200W/m 2，Rc ＝0 求： 1 δ＝？2 δ＝？ 解： ∵δλT q ?= ∴1 δ＝m q T T 22.01200 900 11003.12 1 1 =-? =- λ 又∵3 3 224 23 4 33 2 3 22 λδλδδλδλ+-= -=-=T T T T T T q ∴W K m q T T /579.093 .012 .0120050900233422 2?=--=--= λδλ δ 得：∴m 10.018.0579.0579.022 =?==λδ
习 题1附图 习题2附图 2. 如附图所示。为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁1/3厚度处设置热电偶，测得t 2=300 o C ，t 3=50 o C 。求内壁温度t 1。设炉壁由单层均质材料组成。 已知：T 2=300o C ，T 3=50o C 求： T 1=？ 解： ∵δ λ δλ3 13 2 3 T T T T q -=-= ∴T 1－T 3＝3（T 2－T 3） T 1＝2(T 2－T 3)+T 3=3×(300-50)+50＝800 o C
【4-6】某工厂用1705mm mm φ?的无缝钢管输送水蒸气。为了减少沿途的热损失，在管外包两层绝热材料，第一层为厚30mm 的矿渣棉，其热导率为./()W m K ?0065；第二层为厚30mm 的石棉灰，其热导率为./()W m K ?021。管内壁温度为300℃，保温层外表面温度为40℃。管路长50m 。试求该管路的散热量。 解 () ln ln ln 14234 112233 2111l t t q r r r r r r πλλλ-= ++ () ln ln ln ..230040185111511454580006585021115 π-= ++ /W m =284 .42845014210l Q q l W ==?=? .kW =142 【4-7】水蒸气管路外径为108mm ，其表面包一层超细玻璃棉毡保温，其热导率随温度/℃t 的变化关系为 ../()0033000023t W m K λ=+?。水蒸气管路外表面温度为150℃，希望保温层外表面温度不超过50℃，且每米管路的热量损失不超过/160W m 。试确定所需保温层厚度。 解 保温层厚度以b 表示 (..)220033000023l dt dt q r t r dr dr λππ=-=-+ (..)2 21 1 20033000023r t l r t dr q t dt r π=-+? ? .ln .()()2221212100023200332l r q t t t t r π? ?=-+-???? 已知/12150℃,50 160t t q W m ===℃, ,.1210．0540054r m r r b b ==+=+ ..()..() ln .220066314150500000233141505016010054b ??-+??-= ?? + ??? ..ln .2073144510054160b +? ?+= ??? 解得保温层厚度为 ..00133133b m mm == 保温层厚度应不小于13.3mm 【4-9】空气以4m s ／的流速通过..755375mm mm φ?的钢管，管长5m 。空气入口温度为32℃，出口温度为68℃。(1)试计算空气与管壁间的对流传热系数。(2)如空气流速增加一倍，其他条件均不变，对流传热系数又为多少？(3)若空气从管壁得到的热量为578W ，钢管内壁的平均温度为多少。 解 已知/,.,,,124 0068 5 32 68℃u m s d m l m t t =====℃ (1)对流传热系数α计算 空气的平均温度 3268 502 m t += =℃
第四章：传质过程 1. 压强为1.013×105Pa 、温度为25℃的系统中，N 2和O 2的混合气发生定常态扩散过程。已知相距5.00×10-3m 的两截面上，氧气的分压分别为1.25×104Pa 、7.5×103Pa ；0℃时氧气在氮气中的扩散系数为1.818×10-5 m 2·s -1。求等物质的量反向扩散时： （1）氧气的扩散通量； （2）氮气的扩散通量； （3）与分压为1.25×104Pa 的截面相距2.5×10-3m 处氧气的分压。 解：（1）首先将273K 时的扩散系数换算为298K 时的值： D = D 0 P 0P ( T T 0 )1.75 = 1.818×10-5 × 1.013×105 1.013×105 × ( 273 + 25273 )1.75 = 2.119×10-5 m 2·s -1 等物质的量反向扩散时氧的扩散通量为： N A = D RTl = ( p A,1 – p A,2 ) = 2.119×10-5 8.314 × 298 ×5.00×10-3 × (1.25×104 - 7.5×103 ) = 8.553×10-3 mol· m 2·s -1 （2）由于该扩散过程为等物质的量反向扩散过程，所以 - N A = N B ，即氮气的扩散通量也为8.553×10 mol· m ·s 。 -32-1（3）因为系统中的扩散过程为定常态，所以为定值，则： N A = D RTl / ( p A,1 – p A,2/ ) p A,2/ = p A,1 - N A RTl /D = 1.25×104 - 8.55×10-3 × 8.314 × 298 ×2.5×10-32.119×10-5 = 1.00×104 Pa 2. 在定常态下，NH 3和H 2的混合气发生扩散过程。系统总压为 1.013×105Pa 、温度为298K ，扩散系数为7.83×10-5 m 2·s -1。已知相距0.02m 的两截面上，NH 3的分压分别为 1.52×104Pa 和Pa 。试求： （1）NH 3和H 2作等物质的量反向扩散时的传质通量； （2）H 2为停滞组分时，NH 3的传质通量。并比较等物质的量反向扩散与单向扩散的传质通量大小。 解：（1）当NH 3和H 2作等物质的量反向扩散时： N A = D RTl = ( p A,1 – p A,2 ) 1
第四章习题 1）用平板法测定材料的导热系数，其主要部件为被测材料构成的平板，其一侧用电热器加热，另一侧用冷水将热量移走，同时板的两侧用热电偶测量其表面温度。设平板的导热面积为0.03m2，厚度为0.01m。测量数据如下： 电热器材料的表面温度℃ 安培数 A 伏特数V 高温面低温面 2.8 2.3 140 115 300 200 100 50 试求：①该材料的平均导热系数。②如该材料导热系数与温度的关系为线性： ，则λ 和a值为多 少？ 2）通过三层平壁热传导中，若测得各面的温度t 1、t 2 、t 3 和t 4 分别为500℃、 400℃、200℃和100℃，试求合平壁层热阻之比，假定各层壁面间接触良好。 3）某燃烧炉的平壁由耐火砖、绝热砖和普通砖三种砌成，它们的导热系数分别为1.2W/(m·℃)，0.16 W/(m·℃)和0。92 W/(m·℃)，耐火砖和绝热转厚度都是0.5m，普通砖厚度为0.25m。已知炉壁温为1000℃，外壁温度为55℃，设各层砖间接触良好，求每平方米炉壁散热速率。
4）在外径100mm的蒸汽管道外包绝热层。绝热层的导热系数为0.08 W/(m·℃)，已知蒸汽管外壁150℃，要求绝热层外壁温度在50℃以下，且每米管长的热损失不应超过150W/m，试求绝热层厚度。 5）Φ38×2.5mm的钢管用作蒸汽管。为了减少热损失，在管外保温。 50第一层是mm厚的氧化锌粉，其平均导热系数为0.07 W/(m·℃)；第二层是10mm 厚的石棉层，其平均导热系数为0.15 W/(m·℃)。若管壁温度为180℃，石棉层外表面温度为35℃，试求每米管长的热损失及两保温层界面处的温度？ 解：①r0 = 16.5mm = 0.0165m ，r1 =19mm = 0.019 m r2= r1＋ 1 = 0.019＋0.05 = 0.069 m r3= r2＋2= 0.069＋0.01 = 0.079 m 0= 45 W/(m·℃) W/m ②即 ∴t2= 41.8 ℃ 6）通过空心球壁导热的热流量Q的计算式为：，其中 ，A 1、A 2 分别为球壁的、外表面积，试推导此式。
第一章 1-1：4.157kPa （表压）；1-2：（1）876.4Pa （真空度），（2）0.178m ；1-3：压差80.343kPa ，0.491m ；1-4：管径0.106m ，流速1.85m/s ；1-5：小管内流速1.274m/s ，质量流量4.60kg/s ，大管内流速0.885m/s ，质量流量为4.60kg/s ；1-6：57.76m 3/h ；1-7：0.0466m ；1-8：0.767J/kg ；1-9：0.1814m 3/s ；1-10：4.16m ；1-11：（1）2.58J/kg ， （2）不变；1-12：7.08m ；1-13：（1）层流，（2）7171.1m ；1-14：（1）3.33m 3/h ， （2）略；1-15：11.63%；1-16：（1）95.52 m 3/h ，（2）39166.7N/m 2 ；1-17：47.312=f f H H ，44.1213 =f f H H ；1-18：3.18 m 3/h ；1-19：25.6m 3/h ；1-20：1.092m ；1-21： （1）4.44m ，（2）68.26mm ， （3）29.3；1-22：-0.823m ；1-23计算得安装高度为4.49m ，不能正常操作；1-24：50.4m ；1-25：539W ，51.3%；1-26：（1）439.8W ，0.733kW ；1-27：选B 泵；1-28：（1）6.67 m 3/h ，（2）13800Pa ；1-29：4.436kW ；1-30：42.39 m 3/h ；1-31：6.0 m 3/h （层流）；1-32：22.0 m 3/h （层流）；1-33：（1）14.76 m 3/h ，（2）3.61kW ；1-34：（1）855W ，（2）215.62kPa ；1-35：（1）51.5kPa ，（2）4.583kW ，（3）32m 。 第二章 2-1：b2=0.14m ，243℃；2-2：4140kJ ；2-3：（1）608W/m 2，（2）t 2=739℃，t 3=678℃；2-4：（1）45W ，（2）59W ，（3）略；2-5：略；2-6：（1）351.7W ，（2）273.8℃；2-7：44.9W/(m.K)，30mm ，119.8℃；2-8：1034.4kW ；2-9:221.3kW,0.0983kg/s ；2-10：3379kg/h ；2-11：3.482倍；2-12：比值为0.583；2-13：（1）5023.7W/(m 2.K),(2)5812.6 W/(m 2.K)；2-14：（1）44.66 W/(m 2.K)，（2）80.70 W/(m 2.K)，（3）45.94 W/(m 2.K)；2-15：（1）93.95 W/(m 2.K)，（2）85.95 W/(m 2.K)；2-16：2022 W/(m 2.K)；2-17：446.03 W/(m 2.K)，3521kg/h ；2-18：并流64.52℃，逆流84.90℃；2-19：并流39.9℃，逆流44.8℃；2-20：40.39 W/(m 2.K)，174.1m 2；2-21：（1）7982kg/h ，（2）并流27.19℃，管长3.39m ，逆流32.74℃，管长2.813m ；2-22：15%；2-23：（1）124.2℃，（2）88.05℃；2-24：1.85m ；2-25：可用；2-26：（1）3m ，（2）92.02℃；2-27：（1）可用，（2）不可用，增大冷却水流量；2-28：（1）90.21 W/(m 2.K)，（2）71.64 W/(m 2.K)，（3）可用，（4）壁温107.65℃；2-29：
第一章流体力学 1.表压与大气压、绝对压的正确关系是（A）。 A. 表压＝绝对压-大气压 B. 表压＝大气压-绝对压 C. 表压＝绝对压+真空度 2.压力表上显示的压力，即为被测流体的（B ）。 A. 绝对压 B. 表压 C. 真空度 D. 大气压 3.压强表上的读数表示被测流体的绝对压强比大气压强高出的数值，称为（B ）。 A.真空度 B.表压强 C.绝对压强 D.附加压强 4.设备内的真空度愈高，即说明设备内的绝对压强（ B ）。 A. 愈大 B. 愈小 C. 愈接近大气压 D. 无法确定 5.一密闭容器内的真空度为80kPa,则表压为（ B ）kPa。 A. 80 B. －80 C. 21.3 D.181.3 6.某设备进、出口测压仪表中的读数分别为p1（表压）=1200mmHg和p2（真空度）=700mmHg，当地大气压为750mmHg，则两处的绝对压强差为（D ）mmHg。 A.500 B.1250 C.1150 D.1900 7.当水面压强为一个工程大气压，水深20m处的绝对压强为（B ）。 A. 1个工程大气压 B. 2个工程大气压 C. 3个工程大气压 D. 4个工程大气压
8.某塔高30m，进行水压试验时，离塔底10m高处的压力表的读数为500kpa，（塔外大气压强为100kpa）。那么塔顶处水的压强（A ）。 A．403．8kpa B. 698. 1kpa C. 600kpa D. 100kpa 9.在静止的连续的同一液体中，处于同一水平面上各点的压强（A ） A. 均相等 B. 不相等 C. 不一定相等 10.液体的液封高度的确定是根据( C ). A.连续性方程 B.物料衡算式 C.静力学方程 D.牛顿黏性定律 11.为使U形压差计的灵敏度较高，选择指示液时，应使指示液和被测流体的密度差 （ρ指-ρ）的值（ B ）。 A. 偏大 B. 偏小 C. 越大越好 12.稳定流动是指流体在流动系统中，任一截面上流体的流速、压强、密度等与流动有关的物理量（A ）。 A. 仅随位置变，不随时间变 B. 仅随时间变，不随位置变 C. 既不随时间变，也不随位置变 D. 既随时间变，也随位置变 13.流体在稳定连续流动系统中，单位时间通过任一截面的（ B ）流量都相等。 A. 体积 B. 质量 C. 体积和质量 D.摩尔
第一章答案 1．某设备的表压强为100kPa，则它的绝对压强为____kPa；另一设备的真 空度为400mmHg，则它的绝对压强为____。（当地大气压为101.33 kPa）*****答案***** 201.33 kPa，360mmHg 2．流体在圆形直管中作层流流动，如果流量等不变，只是将管径增大一倍， 则阻力损失为原来的________。 *****答案***** 1/16 3. 粘度值随温度变化而变化，对于液体，温度升高，粘度________；对于 气体，温度升高，粘度________。 *****答案***** 减少增大 4．流体在圆形直管中作滞流流动时，其速度分布是____型曲线。其管中心 最大流速为平均流速的____倍，摩擦系数λ与Re关系为____。 *****答案***** 抛物线，2， =64/Re 5．流体在钢管内作湍流流动时，摩擦系数λ与____和____有关；若其作完 全湍流（阻力平方区），则λ仅与____有关。 *****答案***** Re，； 6．流体作湍流流动时，邻近管壁处存在一____，雷诺数愈大，湍流程度愈 剧烈，则该层厚度____。 *****答案***** 滞流内层；愈薄 7．从液面恒定的高位槽向常压容器加水，若将放水管路上的阀门开度关小， 则管内水流量将____，管路的局部阻力将____，直管阻力将____，管路总 阻力将____。（设动能项可忽略。） *****答案***** 变小、变大、变小、不变 8．牛顿粘性定律的表达式为____，该式应用条件为____ ___ 。 *****答案***** 牛顿型流体作滞流流 动 9．水力半径的定义式为____，当量直径为____倍水力半径。 *****答案***** 4 10．局部阻力的计算方法有____和____。 *****答案***** 阻力系数法，当量长度法 11．一转子流量计，当通过水流量为1m3/h时，测得该流量计进、出间压 强降为20Pa；当流量增加到1.5m3/h时，相应的压强降____。 *****答案***** 不变 12．流体在圆形直管中流动时，若其已进入阻力平方区，则摩擦系数λ与 雷诺数Re的关系为( )。 A．Re增加，λ增大 B．Re增加，λ减小 C．Re增加，λ基本上不变 D．Re增加，λ先增加大后减小
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)
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：22 321 121λλb t t b t t A Q -=-= C 3007516.025.016.005.03075o 21 12 2321=+?-=+λ?λ-=∴t b b t t t 2、某燃烧炉的平壁由下列三种砖依次砌成； 耐火砖 b 1=230mm ， λ1=1.05 W/(m·℃) 绝热砖 b 2=230mm ， λ2=0.151W/(m·℃) 建筑砖 b 3=240mm ， λ3=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）b 2=? m 442.09.273151 .013894005.123.0940100022 2 2321121=∴=-=-λ-=λ-=b b b t t b t t A Q 230mm化工原理(上)主要知识点
化工原理（上）各章主要知识点 三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算 第一节 流体静止的基本方程 一、密度 1. 气体密度：RT pM V m = = ρ 2. 液体均相混合物密度： n m a a a ρρρρn 22111+++=Λ （m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组 分密度） 3. 气体混合物密度：n n m ρ?ρ?ρ?ρ+++=Λ2211（m ρ—混合气体的密度，?—各组分体积分数） 4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。 二、.压力表示方法 1、常见压力单位及其换算关系： mmHg O mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012===== 2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压 三、流体静力学方程 1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面； （3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。 2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体） )(2112z z g p p -+=ρ )(2121z z g p g p -+=ρρ p z g p =ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头） 上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。 四、流体静力学方程的应用 1、U 形管压差计 指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。 测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体： gR p p 021ρ=- 2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=- 第二节 流体流动的基本方程 一、基本概念 1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。单位为13 -?s m 2、质量流量（s m ）：单位时间内流过任意流通截面积的质量。单位为1 -?s kg