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《传递过程原理》课程第三次作业参考答案1. 不可压缩流体绕一圆柱体作二维流动，其流场可用下式表示θθθsin ;cos 22⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=D r C u D r C u r其中C ，D 为常数，说明此时是否满足连续方程。
解：由题意，柱坐标下的连续性方程一般表达式为： ()()11()0r z u ru u t r r r z θρρρρθ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 不可压缩流体：0tρ∂=∂且上式后三项可去除密度ρ 二维流动：()0z u zρ∂=∂则连续性方程简化为：()110r u ru r r r θθ∂∂+=∂∂22()111(cos )cos r ru C C r D D r r r r r r r θθ∂∂⎛⎫⎛⎫=-=-- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭22111(sin )cos u C C D D r r r r r θθθθθ∂∂⎛⎫⎛⎫=+=+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭故：22()()1111cos cos 0r u ru C C D D r r r r r r r θθθθ∂∂⎛⎫⎛⎫+=--++= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 由题意，显然此流动满足连续方程。
2. 判断以下流动是否可能是不可压缩流动(1)⎪⎩⎪⎨⎧-+=--=++=zx t u zy t u y x t u z y x 222 (2)()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-==-=22221211ttz u xy u x y u z y x ρρρρ解：不可压缩流动满足如下条件：0y x zu u u x y z∂∂∂++=∂∂∂ （1）2110y x zu u u x y z∂∂∂++=--=∂∂∂故可能为不可压缩流动 （2）122(222)0y x z u u u t x x t x y z tρρ∂∂∂++=-+-=-=-≠∂∂∂2t ρ=且。
显然不可能是不可压缩流动。
3. 对于下述各种运动情况，试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述，并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化，指出简化过程的依据。
《化工传递过程导论》课程第十次作业解题参考1. 流体在垂直壁面附近呈自然对流，已知局部传热系数h x ＝c ⋅x -1/4，式中x 为离平壁前缘的距离，c 为取决于流体物性的常量，试求局部传热系数与平均传热系数之比。
解：局部传热系数为当地的点值，平均传热系数为一段区间上的均值。
对于长为L 的平板壁面，平均传热系数为面积加权平均或线平均值，也即1m x A h h dA A =⎰⎰1401(1)(1)Lm h Cx dx L -⇒=⨯⎰1443m h CL -⇒= 故局部传热系数与平均传热系数之比11441433()4443x m h Cx x h L CL ---=== 2. 20℃的空气以均匀流速u=15m/s 平行流过温度为100℃的壁面。
已知临界雷诺数Re xc =5×105，求平板上层流段的长度、临界长度处速度边界层和温度边界层的厚度、局部对流传热系数和层流段的平均对流传热系数。
解：特征温度01()602o w t t t t C =+⇒= 60o C 下，空气的物性常数为：-31.060kg m ρ=⋅，-11.017kg/(kg K)p c =⋅2-12.89610W/(m K)k -=⨯⋅，52.0110Pa s μ-=⨯⋅普朗特数：352(1.01710)(2.0110)Pr 0.7062.89610p c kμ--⋅⨯⨯⨯===⨯该取值满足课本中波尔豪森解的条件。
因此，平板上层流段长度：550Re (510)(2.0110)0.632m 1.0615c x c x u μρ-⨯⨯⨯===⨯临界长度处速度边界层厚度：35.0 4.46910m δ-===⨯临界长度处温度边界层厚度：3311334.469105.01910m Pr0.706t δδ--⨯===⨯临界长度处局部对流传热系数：111122332252.896100.63215 1.0600.332Re Pr 0.332()0.7069.58W/(m K)0.632 2.0110x x k h x --⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=⋅⨯ 临界段区间上的平均对流传热系数：111122332252.896100.63215 1.0600.664Re Pr 0.664()0.70619.16W/(m K)0.632 2.0110m L k h L --⨯⨯⨯==⨯⨯⨯=⋅⨯ 3. 空气以1.0m/s 的流速在宽1m ，长1.5m 的薄平板上流动，主体温度是4℃，试计算为了使平板保持在50℃的恒温必须供给平板的热量。
可编辑修改精选全文完整版61. 有一黏性流体沿一无限宽的垂直壁面下流，其运动黏度ν＝2⨯10-4m 2/s ，密度ρ=0.8×103kg/m 3，液膜厚度δ=2.5mm ，假如液膜内流体的流动为匀速定态，且流动仅受重力的影响，流动方向上无压强降，试计算此流体沿壁面垂直下流时，通道单位宽度液膜时的质量流率。
解：由题意可知，流体流动可看成平壁面上的降膜流动，故液膜内流体的主体流速223249.81(2.510)m 0.102s 333210b g g u v ρδδμ--⨯⨯====⨯⨯流体垂直下流，通过单位宽度液膜的质量流率为33kg(1)(0.810)0.102(2.510)10.204sb b w u A u ρρδ-===⨯⨯⨯⨯⨯=以上计算结果仅当液膜内流动为层流时才是正确的。
液膜雷诺数为3444(2.510)0.102Re 5.130210e bb d u u v ρδμ--⨯⨯⨯====<⨯，成立2. 直径为1.5mm ，质量为13.7mg 的钢珠在—个盛有油的直管中垂直等速下落。
测得在56s 内下落500mm ，油的密度为950kg/m 3，管子直径及长度足够大，可以忽略端部及壁面效应。
求油的黏度μ值，并验算Re 数，以验证计算过程所作的假定是否合理。
解：由题意，根据力的衡算可确定液体的黏度。
定态下，作用在小球上的重力与浮力之差必等于小球所受阻力，即006ball liquid ball m g u r gV πμρ=+ 得到油的黏度μ的计算式如下：006ball liquid ballm g gV u r ρμπ-=故，油的黏度计算如下：3333300(13.710)9.819509.81(1.510)60.935Pa s50010 1.51066562ball liquid ballm g gV u r πρμππ----⨯⨯-⨯⨯⨯⨯-===⋅⨯⨯⨯⨯校验Re :33050010(1.510)95056Re 0.013610.935d u ρμ--⨯⨯⨯⨯===< 属于爬流，计算合理。
《化工传递过程原理(H)》作业题1. 粘性流体在圆管内作一维稳态流动。
设 r 表示径向距离，y 表示自管壁算起 的垂直距离，试分别写出沿r 方向和y 方向的、用(动量通量)=-(动量扩 散系数)X(动量浓度梯度)表示的现象方程。
1. (1-1) 解:d (讪 T — V/du (y / , u . /,> 0) dydyd(Pu)/du (rv , U 八dr< 0)T = -V ———-dr2.试讨论层流下动量传递、热量传递和质量传递三者之间的类似性。
2. (1-3) 解：从式(1-3)、(1-4)、(1-6)可看出:2.扩散系数D AB 具有相同的因次，单位为 m 2/s ； 3•传递方向与该量的梯度方向相反3. 试写出温度t 对时间，的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、 全导数和随体导数的物理意义。
3. (3-1)解：全导数：dt _ : t : t dx t dy ：: t dz 小 v x 卍 :yd : z d随体导数：Dt:t:t:t:tu u uD Vvux：：x 叽y物理意义:表示空间某固定点处温度随时间的变化率;j A --DAB.dyd (讪 dyq/ Ad( ’C p t) dy1.它们可以共同表示为：通量 (1-3)(1-4)(1-6)=—(扩散系数)x(浓度梯度)；. ――?•u(x, y, z,8)=xyzi +yj _3z8k = xyz + yj —3z& k试求点（2，1, 2，1 ）的加速度向量。
Du Du ~ Du y - Du ~(3-6)解: D u ^1 ^j >k-■■■4： 44 H H---- = ----- + u ---- 十 u ----- + u ---- D : ' u x :: x u ^ y % z=0 xyz( yz) y(xz) _ 3z 丁 (xy)二xyz yz1 _3 )DU y1 = y ° - y 二 y °（1一可）D屠一表示测量流体温度时'测量点以任意速度屠、变、吏运动所测得的温度随时间的变化率Dt—表示测量点随流体一起运动且速度u-d|4. 测得的温度随时间的变化率。
第八章1. 试述层流边界层和湍流边界层流体与固体壁面之间的传热机理（不计自然对流的影响），并分析两种边界层流体与壁面之间传热机理的异同点。
答：层流边界层传热是分子传热，即导热；湍流边界层传热主要是涡流传热，即由微团旋涡运动引起的传热。
共同点：湍流边界层中也存在一层流内层，该层中的传热方式与层流相同；不同点：层流边界层不存在缓冲层和湍流核心，所以无涡流传热。
2. 不可压缩流体在平板层流边界层中进行二维稳态流动和二维稳态传热，试应用有关微分方程说明“精确解”方法求解对流传热系数h 的步骤。
解：对平板层流边界层中稳态二维流动、二维传热描述的微分方程有普兰德边界层方程 22x x xx y u u u u u x y y ν∂∂∂+=∂∂∂ （1） 连续性方程 0yx u u x y ∂∂+=∂∂ （2）边界层能量方程 22x y t t tu u x y yα∂∂∂+=∂∂∂ （3）求解h 的步骤：（1）用无量纲变量η和无量纲流函数()f η将普兰德边界层方程式（1）和（2）化为常微分方程，即0]20x y u u f u f f ff f ηη'''''''==-=+=，，（2）求解上述常微分方程，得到层流边界层内的速度分布； （3）引入*0sst t T t t -=-和η；化简并求解能量方程（3），得到边界层内的温度分布； （4）由00x y s k dt h t t dy==-解出x h 。
3. 常压和30℃的空气，以10m/s 的均匀流速流过一薄平板表面。
试用精确解求距平板前缘10cm 处的边界层厚度及0/0.516x u u =处的x u 、y u 、y u x ∂∂、壁面局部曳力系数Dx C 、平均曳力系数D C 的值。
设临界雷诺数5510cx Re =⨯。
解：查物性常数表得，常压和30℃空气的物性为351.165kg/m 1.8610Pa s ρμ-==⨯⋅，∵ 4050.110 1.165 6.26101.8610c x x xu Re Re ρμ-⨯⨯===⨯<⨯ ∴ 为层流边界层1/241/35.0 5.00.1(6.2610)2010mxx R e δ---==⨯⨯⨯=⨯当0.516xu u =时，查表4-1得 1.6()0.42032()0.29667f f ηηη''===，，030.5160.51610 5.16m /s'()()]1 1.60.5160.42032]28.110m /sx y u u u f f ηηη-==⨯==-=⨯-=⨯0001(')''107422.7s 0.1x u u f u u f f y yy xη-∂∂∂===∂∂∂=⨯=4. 常压和394 K 的空气由光滑平板壁面流过。
71. 常压下，20℃的空气以5m/s 的速度流过一光滑的平面，试判断距离平板前缘0.1m 和0.2m处的边界层是层流还是湍流。
在符合精确解的条件下，求出相应点处边界层的厚度，以及u x /u 0=0.5处的y 值。
解：常压下，20℃的空气常数为：-31.205kg m ρ=⋅，618.110Pa s μ-=⨯⋅（1）确定边界层内流型(a) 距平板前缘0.1m 处，由题意可得4500.161.20550.1Re 3.331021018.110x m u x ρμ=-⨯⨯===⨯<⨯⨯，显然边界层为层流。
(b) 距平板前缘0.2m 处，由题意可得4500.261.20550.2Re 6.661021018.110x m u x ρμ=-⨯⨯===⨯<⨯⨯，显然边界层为层流。
（2）满足精确解的条件下，相应点处的边界层厚度(a) 距平板前缘0.1m 处，由题意可得114220.1 5.0Re 5.00.1(3.3310)0.002740.1x m x x m m m δ--==⋅⋅=⨯⨯⨯== (b) 距平板前缘0.2m 处，由题意可得114220.2 5.0Re 5.00.2(6.6610)0.003880.1x m x x m m m δ--==⋅⋅=⨯⨯⨯== 由计算结果可以看出，x δ=，普朗特采用的数量级分析方法是合理的。
（3）当0'0.5x u f u ==时，查表内插可得：1.53η=，且1y ηη-==⋅，其中652-118.110 1.50210m s 1.205μυρ--⨯===⨯⋅。
(a) 距平板前缘0.1m 处，由题意可得1140.1 1.5348.40810x m y m η---==⋅=⨯=⨯ (b) 距平板前缘0.2m 处，由题意可得1130.1 1.534 1.18910x m y m η---==⋅=⨯=⨯ 2. 常压下，温度为30℃的空气以10m/s 的流速流过一光滑平板表面，设临界雷诺数Re c =3.2⨯105，试判断距离平板前沿0.4m 及0.8m 两处的边界层是层流边界层，还是湍流边界层？并求出层流边界层相应点处的边界层厚度。
《化工传递过程导论》课程第九次作业解题参考第5章 热量传递及其微分方程1. 某不可压缩的黏性流体层流流过与其温度不同的无限宽度的平板壁面。
设流动为定态，壁温及流体的密度、黏度等物理性质恒定。
试由方程(5-13a)出发，简化上述情况的能量方程，并说明简化过程的依据。
解：课本(5-13a)式如下：222222()x y z T T T T T T T u u u t x y z x y z α∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂ 由题意可知，定态流动0Tt∂⇒=∂。
在直角坐标系中，三维方向对应长、宽、高，题中“无限宽度的平板壁面”则可认为是在宽这个维度上无限，姑且设定此方向垂直于纸面且为z 方向，故可认为题意所指流动过程为二维流动，且0z u = 且2200T Tz z∂∂=⇒=∂∂ 则(5-13a)式可简化为2222()x y T T T Tu u x y x yα∂∂∂∂+=+∂∂∂∂ 如果引入热边界层概念，则基于尺度和量级的考虑，可进一步简化上式为22x y T T T u u x y yα∂∂∂+=∂∂∂ 其中，y 方向为垂直主流方向（x ）的距壁面的距离。
2. 假定人对冷热的感觉是以皮肤表面的热损失（刘辉注：换言之，是传热或散热速率）作为衡量依据。
设人体脂肪层的厚度为3mm ，其内表面温度为36℃且保持不变。
在冬天的某一天气温为-15℃。
无风条件下裸露皮肤表面与空气的对流传热系数为25W/(m 2·K)；有风时，表面对流传热系数为65W/(m 2·K)。
人体脂肪层的导热系数k ＝0.2W/(m ·K)。
试确定：(a) 要使无风天的感觉与有风天气温-15℃时的感觉一样（刘辉注：换言之，是传热或散热速率一样），则无风天气温是多少？(b) 在同样是-15℃的气温下，无风和刮风天，人皮肤单位面积上的热损失（刘辉注：单位面积上的热损失就是传热通量）之比是多少？解：（a ）此处，基本为对象是：人体皮下为脂肪层，层内传热为导热；体外或体表之外暴露在流动的空气中，紧邻表面之上为对流传热。
西安交通大学课程考试复习资料单选题1.下面说法不正确的是( )。
A.热量传递的两种基本机制是传导和对流B.传导产生的原因是温度差，对流产生的原因是流体宏观流动C.上述说法都不对答案: C2.下面说法不正确的是( )。
A.流体流动分层流和湍流两种基本流型B.判别流型的无因次数为雷诺数C.上述说法都不对答案: C3.仅考虑摩擦曳力时,柯尔本J因子类似可以表示为( )。
A.jH=jD=f/4B.jH=jD=f/2C.jH=jD=f答案: B4.若流体普兰特数数值小于1,可依次判据流动中动量扩散系数数值( )热扩散系数。
A.大于B.等于C.小于答案: C5.计算细微颗粒在流体中所受外力的斯托克斯方程的应用前提是粒子处于( )沉降过程中。
A.加速B.匀速C.任意速度答案: B6.对流动流体中流体微元进行进行受力分析时,微元所受法向应力应该包括( )。
A.静压力和粘滞力B.静压力和体积力C.粘滞力和体积力答案: A7.下面关于欧拉观点和拉格朗日观点说法正确的是( )。
A.欧拉观点是选定一个流体质点，对其跟踪观察，描述其运动参数（如位移、速度等）与时间的关系。
整个流动为各质点运动的汇总。
B.拉格朗日观点是以流动的空间为观察对象，观察不同时刻各空间点上流体质点的运动参数，将各时刻的情况汇总可描述整个流动C.其他说法都不对答案: C8.下面关于流体可压缩性说法不正确的是( )。
A.流体在外力作用下，其体积发生变化而引起密度变化B.作用在流体上的外力增加时，其体积减小C.其他说法都不对答案: C9.按连续介质的概念,流体质点指的是( )。
A.流体分子B.流体内的颗粒C.几何的点D.宏观足够小，微观含有足够多分子的微元体答案: D10.流体流入溶解扩散管后形成稳定的湍流边界层,溶质溶解扩散进入流体,则沿管长方向对流传质系数的变化规律应是( )。
A.始终不变B.先下降，后上升，最终趋于稳定C.先上升，后下降，最终趋于稳定答案: B11.给出所有时刻物体端面处的导热通量的边界条件类型是( )。
4．传热一、单选题1．热传递的基本方式是：（）、对流、辐射。
AA 传导；B 传递；C 放射；D 流动。
2．热传递的基本方式是：传导、（）、辐射。
AA 对流；B 流动；C 传递；D 透热。
3．热传递的基本方式是：传导、对流、（）。
DA 流动；B 传递；C 放射；D 辐射。
4．物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为（）。
AA 热传导；B 热传递；C 热放射；D 热流动。
5．流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为（）。
AA 对流；B 流动；C 传递；D 透热。
6．因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为（）。
DA 热传导；B 热传递；C 热放射；D 热辐射。
7．物质导热系数的顺序是：（）。
AA金属＞一般固体＞液体＞气体；B金属＞液体＞一般固体＞气体；C金属＞气体＞液体＞一般固体；D金属＞液体＞气体＞一般固体。
8．（）等于1的物体称为黑体。
AA 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率。
9．吸收率（）1的物体称为黑体。
CA 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。
10．吸收率等于1的物体称为（）。
CA 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。
11．（）等于1的物体称为白体。
BA 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率。
12．反射率（）1的物体称为白体。
CA 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。
13．反射率等于1的物体称为（）。
AA 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。
14．（）等于1的物体称为透热体。
CA 吸收率；B 反射率；C 透过率；D 折射率。
15．透过率（）1的物体称为透热体。
CA 大于；B 小于；C 等于；D 近似于。
16．透过率等于1的物体称为（）。
DA 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。
17．单原子气体和对称双原子气体均可视为（）。
DA 白体；B 灰体；C 黑体；D 透热体。
18．液体是（）。
化工原理传热答案传热是化工过程中非常重要的一个环节，它直接影响着生产效率和产品质量。
在化工原理中，传热的基本方式有三种，传导、对流和辐射。
在实际生产中，我们需要根据不同的情况选择合适的传热方式来实现最佳的传热效果。
本文将针对化工原理传热答案进行详细介绍。
首先，我们来谈谈传热的基本方式——传导。
传导是指热量通过物质内部的传递，其传热速度取决于物质的导热系数和温度梯度。
在化工生产中，我们常常会用到传导传热，比如在加热反应釜时，通过加热外壁来传导热量到反应液中，从而提高反应速率。
其次，对流传热是指热量通过流体的对流传递。
对流传热的速度受到流体的流动速度、流体性质和传热面积的影响。
在化工生产中，我们经常会利用对流传热来实现快速的热量传递，比如在换热器中，通过流体的对流传热来实现冷热介质之间的热量交换。
最后，辐射传热是指热量通过辐射波的传递。
辐射传热的速度受到表面温度、表面发射率和传热面积的影响。
在化工生产中，我们通常会利用辐射传热来实现高温热源和被加热物体之间的热量传递，比如在炉膛中，通过燃烧产生的高温辐射来加热物料。
在实际生产中，我们需要根据具体的情况选择合适的传热方式。
比如在需要快速加热的情况下，我们可以选择对流传热；而在需要长时间稳定加热的情况下，我们可以选择传导传热。
当然，在一些特殊情况下，我们也可以结合多种传热方式来实现最佳的传热效果。
总的来说，化工原理传热答案涉及到传导、对流和辐射三种基本传热方式。
在实际生产中，我们需要根据具体情况选择合适的传热方式来实现最佳的传热效果。
通过对传热方式的深入了解和灵活运用，我们可以提高生产效率，降低能源消耗，从而实现经济效益和环保效益的双赢。
化工原理习题第二部分热量传递答案-修改化工原理习题第二部分热量传递一、填空题：1.1140w(注:大型容器可视为平壁)2. q=αA △t ， w/m 2.K 。
3.27.9K4.热传导、热对流、热辐射5.Nu ＝αｌ/λ,对流传热过程几何尺寸对α的影响6.传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。
7.α一侧的换热壁面面积8.A 泛指传热面, 与K 相对应9. 50o C ，47.2o C10.250240o C11.127×4π×0.038=60.6m 2，127×4π×0.032=51.1m 212.213.空气饱和水蒸汽14.傅立叶定律大大15.小，小16.滞离层内（或热边界层内），提高流体湍动程度17.膨胀节、采用浮头式或U 管式结构；增加面积，增强流体的湍动程度以提高传热系数18.R 1> R 2> R 3，Q 1 = Q 2 = Q 319．传导、对流和辐射dQ= -dsλnt20. 1.74 3.48 倍。
（设条件改变后仍在湍流范围）21. W/（m·oC ）， W/（m 2·o C ），W/（m 2·oC ）22.折流挡板，多管程，壳程23.三角形、正方形、菱形24.辐射25.壳体、管束26.设法增大αo 27.温度修正系数φ△t 28.管内；管间(壳程)29.滞流层，增大流速二、选择题：1~5.ABCBA 6~10.DCBBC11~15. CDDBC 16~20. AABC BA 21.BB AABB26. AADAA31~35 A A AAB 36~40 CBADC 41~44. A ABD 三、判断题：1~10. ×√√××√√√√× 11~22. ××××√√××××√√ 四、简答题：1.答：传热一般有两方面的要求：（1）、尽量使传热情况良好,即要求高的传热效率,以减少设备尺寸；（2）、尽量避免传热,即保温或保冷。
化工原理习题第二部分热量传递一、填空题：1.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____ 1140w ___。
(注:大型容器可视为平壁)2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。
3.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K _____。
3. 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____ 41.6K _____。
4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流____、热辐射。
5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。
6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。
7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。
8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。
9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。
10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿240℃＿。
化工原理习题第二部分热量传递一、填空题：1.某大型化工容器的外层包上隔热层，以减少热损失,若容器外表温度为500℃, 而环境温度为20℃, 采用某隔热材料，其厚度为240mm，λ=0.57w/m.K，此时单位面积的热损失为____ 1140w ___。
(注:大型容器可视为平壁)2.牛顿冷却定律的表达式为____ q=αA△t _____，给热系数（或对流传热系数）α的单位是__ w/m2.K _____。
3.某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃,冷流体的进出口温度为30℃和40℃,此时传热平均温度差△t=____27.9K _____。
3. 某并流操作的间壁式换热器中,热流体的进出口温度为90℃和50℃，冷流体的进出口温度为15℃和30℃,此时传热平均温度差△t=____ 41.6K _____。
4.热量传递的方式主要有三种:__ 热传导___、___热对流____、热辐射。
5.对流传热中的努塞特准数式是＿＿Nu＝αｌ/λ＿＿＿＿, 它反映了对流传热过程几何尺寸对α的影响。
6.稳定热传导是指传热系统中各点的温度仅随位置变不随时间而改变。
7.两流体的间壁换热过程中，计算式Q＝α.A.△ｔ，A表示为α一侧的换热壁面面积_______。
8.在两流体通过圆筒间壁换热过程中，计算式Q=K.A.△t中，A表示为____________ A 泛指传热面, 与K 相对应________。
9.两流体进行传热,冷流体从10℃升到30℃,热流体从80℃降到60℃，当它们逆流流动时, 平均传热温差△tm=_____ 50℃_______，当并流时,△tm=___ 47.2℃______。
10.冷、热气体在间壁换热器中换热，热气体进口温度T＝400℃，出口温度T为200℃，冷气体进口温度ｔ＝50℃，两股气体的质量流量相同,物性数据可视为相同,若不计热损失时，冷气体出口温度为＿250_＿℃；若热损失为5％时，冷气体出口温度为＿＿240℃＿。
习题1．拟用一泵将碱液由敞口碱液槽打入位差为10m高的塔中，塔顶压强为5.88×104Pa（表压），流量20m3/h。
全部输送管均为φ57×3.5mm无缝钢管，管长50m（包括局部阻力的当量长度）。
碱液的密度ρ=1500kg/m3，粘度μ=2×10－3Pa·s。
管壁粗糙度为0.3mm。
试求：（1）输送单位重量液体所需提供的外功。
（2）需向液体提供的功率。
2．在图2-11所示的4B20型离心泵特性曲线图上，任选一个流量，读出其相应的压头和功习题1 附图率，核算其效率是否与图中所示一致。
3．用水对某离心泵作实验，得到下列实验数据：Q/（L·min－1）0 100 200 300 400 500H/m 37.2 38 37 34.5 31.8 28.5 若通过φ76×4mm、长355m（包括局部阻力的当量长度）的导管，用该泵输送液体。
已知吸入与排出的空间均为常压设备，两液面间的垂直距离为4.8m，摩擦系数λ为0.03，试求该泵在运转时的流量。
若排出空间为密闭容器，其内压强为1.29×105Pa（表压），再求此时泵的流量。
被输送液体的性质与水相近。
4．某离心泵在作性能试验时以恒定转速打水。
当流量为71m3/h时，泵吸入口处真空表读数2.993×104Pa，泵压出口处压强计读数3.14×105Pa。
两测压点的位差不计，泵进、出口的管径相同。
测得此时泵的轴功率为10.4kW，试求泵的扬程及效率。
5．用泵从江中取水送入一贮水池内。
池中水面高出江面30m。
管路长度（包括局部阻力的当量长度在内）为94m。
要求水的流量为20~40m3/h。
若水温为20℃，ε/d=0.001，（1）选择适当的管径（2）今有一离心泵，流量为45 m3/h，扬程为42m，效率60%，轴功率7kW。
问该泵能否使用。
6．用一离心泵将贮水池中的冷却水经换热器送到高位槽。
《化工传递过程导论》课程第九次作业解题参考第5章 热量传递及其微分方程1. 某不可压缩的黏性流体层流流过与其温度不同的无限宽度的平板壁面。
设流动为定态，壁温及流体的密度、黏度等物理性质恒定。
试由方程(5-13a)出发，简化上述情况的能量方程，并说明简化过程的依据。
解：课本(5-13a)式如下：222222()x y z T T T T T T T u u u t x y z x y zα∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂ 由题意可知，定态流动0Tt∂⇒=∂。
在直角坐标系中，三维方向对应长、宽、高，题中“无限宽度的平板壁面”则可认为是在宽这个维度上无限，姑且设定此方向垂直于纸面且为z 方向，故可认为题意所指流动过程为二维流动，且0z u = 且2200T Tz z∂∂=⇒=∂∂则(5-13a)式可简化为2222()x y T T T Tu u x y x yα∂∂∂∂+=+∂∂∂∂ 如果引入热边界层概念，则基于尺度和量级的考虑，可进一步简化上式为22x y T T T u u x y yα∂∂∂+=∂∂∂ 其中，y 方向为垂直主流方向（x ）的距壁面的距离。
2. 假定人对冷热的感觉是以皮肤表面的热损失（刘辉注：换言之，是传热或散热速率）作为衡量依据。
设人体脂肪层的厚度为3mm ，其内表面温度为36℃且保持不变。
在冬天的某一天气温为-15℃。
无风条件下裸露皮肤表面与空气的对流传热系数为25W/(m 2·K)；有风时，表面对流传热系数为65W/(m 2·K)。
人体脂肪层的导热系数k ＝0.2W/(m ·K)。
试确定：(a) 要使无风天的感觉与有风天气温-15℃时的感觉一样（刘辉注：换言之，是传热或散热速率一样），则无风天气温是多少？(b) 在同样是-15℃的气温下，无风和刮风天，人皮肤单位面积上的热损失（刘辉注：单位面积上的热损失就是传热通量）之比是多少？解：（a ）此处，基本为对象是：人体皮下为脂肪层，层内传热为导热；体外或体表之外暴露在流动的空气中，紧邻表面之上为对流传热。
上述导热和对流传热为串联过程，在定态下（如空气流动相对平稳且气温也相对稳定），两种过程速率相等。
作为近似，取各层为平板，传热均为一维。
对脂肪层内的导热，已知传热速率为()1S kAq T T L=- (6-5) 其中， L 为脂肪层的厚度，T 1为脂肪层的内表面温度，T S 为脂肪层的外表面或人体的体表温度（未知）。
为计算体表温度，可利用题给条件，即有风天、气温为-15℃（此处称情形或Case 1）下的对流传热速率与脂肪层内导热速率相等,也即()111101()S S kAT T h T T L -=- 其中，T 01为对应的气温。
所以113360.265[(15)]310S S T T --⨯=⨯--⨯故体表温度o 110.82C S T =。
由上述计算也可见，热损失相等，也即热通量相等，因之只需保证体表温度一致即可（式6-5）。
所以，无风条件下（此处称情形或Case 2）的气温满足如下关系11012202()()S S h T T h T T -=-10221012()S S h T T T T h ⇒=+- 利用o 2110.82C S S T T ==条件可以求得0256.315o T C =-（刘辉注：这似乎是北极的温度，看来穿衣服少了不行。
）（b ）由题意可知，外界温度同为-15℃，但有风和无风两种情形下对流传热系数不同，所以相应的传热速率不同，继而体表温度也不同；基本的关系是导热和对流传热速率相等。
所以两种情形下分别有，()111101()S S kAT T h T T L -=- ()121202()S S kAT T h T T L-=- 但此时o 010215C T T ==-，因此在情形1（有风）下，113360.265[(15)]310S S T T --⨯=⨯--⨯解得o 110.82C S T =。
同理可得情形2（无风）下o 222.09C S T =。
故，无风和有风两种条件下的热损失之比为：2202211101()()S S h T T q q h T T -=- 2125[22.091(15)]65[18.023(15)]q q ⨯--⇒=⨯--210.552q q ⇒=第6章 热传导1. 用平底锅烧开水，与水相接触的锅底温度为111℃，热流通量为42400W/m 2。
使用一段时间后，锅底结了一层平均厚度为3mm 的水垢，假设此时与水相接触的水垢的表面温度及热流通量分别等于原来的值，试计算水垢与金属锅底接触面的温度。
水垢的导热系数取为1 W/(m ·K)。
解：由题意可以想见，原来无水垢时是对流传热；结垢后垢层中为导热，此时定态、一维平板的传热通量为()1S q kT T A L⎛⎫=- ⎪⎝⎭ (6-5) 其中， L 为垢层的厚度，T 1为水垢与金属锅底接触面的温度（未知），T S 为与水相接触的垢层表面温度。
因此可得1S q LT T A k⎛⎫=+ ⎪⎝⎭31310111424001T -⨯⇒=+⨯1238.2o T C ⇒=故得出水垢与金属锅底接触面的温度为238.2o C2. 有一管道外径为150mm ，外表面温度为180℃，包覆矿渣棉保温层后外径为250mm.。
已知矿渣棉的导热系数0.0640.000144k T =+W/(m ·K)，T 单位为℃。
保温层外表面温度为30℃，试求包有保温层后管道的热损失。
解： 本题考虑对象为保温层，其中为定态、一维筒壁、无内热源导热问题，可以有多种解法。
与书中讨论不同的是，导热系数并非常数，而是随温度变化。
首先，形式上，将题给导热系数写作()0(1)0.06410.00225k k t t β=+=+以下分别给出几种解法。
第一解法：精确解定态下，传热速率为常数，也即0112(1)2(1)()2dtk rLConst drdtk t rL dr dr t dt C C r k L παβπααβπ-==-+⋅⋅=⇒+==-⋅不定积分一次得：2121122ln 20.15,1800.25,30OO t t C r C r m t C r m t C β⎧+=+⎪⎪⎪==⎨⎪==⎪⎪⎩利用边界条件确定积分常数：)6(ln ln )(2)(2)5(ln )(2)()4(ln 2)3(ln 21212221212112212221211221222211211r r r t t t t t t C r r t t t t C C r C t t C r C t t ⋅-+---=-+-=∴+=++=+βββββ所以单位管长的传热速率或热损失为02212120122212213543[J/s/m]13543[W/m]q dtrk L dr dtk (t )rdr(t t )(t t )k r ln r ..ππββπ=-⋅=-⋅+⋅-+-=-⋅⋅==22000225180301803022006401502514598[J/s/m]14598[W/m].()()q..Lln ...π-+-⇒=-⋅⋅==第二解法：精确解Const drdtrL k q =-=π2 (1a) 0)(=∴drdtkr dr d (1b) 01122[(1)]00.15,1800.25,30OO ddt k t r dr drr m t C r m t C β⎧+⋅=⎪⎪⎪==⎨⎪==⎪⎪⎩(1c) 积分两次：1)1(C drdtr t =+β (2a) r d C t t d ln ]2[12=+β(2b)212ln 2C r C t t +=+β(2c)可得与第一解法同样的结果。
第三解法：近似解取导热系数近似为常数，对应保温层的平均温度o 18030105C 2T +==，故导热系数为 0.0640.000144k T =+ 0.0640.000144105k ⇒=+⨯()W0.07912m K k ⇒=⋅ 故而，计算每米管长的热损失，可得0330220.07912W ()(18030)145.98m 25010ln ln15010i iQ k T T r L r ππ--⨯=-=-=⨯⨯3. 有一具有均匀内热源的平板，其发热速率q &=1.2⨯106J/(m 3·s)，平板厚度（x 方向）为0.4m 。
已知平板内只进行x 方向上的一维定态导热，两端面温度维持70℃，平均温度下的导热系数377=k W/(m ·K)。
求距离平板中心面0.1m 处的温度值。
解：由题意，有均匀内热源的平板一维、定态热传导。
控制方程为220T q x k∂+=∂g设定平板中心为坐标原点，可得到边界层条件0.2x m =，70o T C = 0.2x m =-，70o T C =且6321.210 3.18310377q k m k ⨯==⨯g对原式积分，并代入边界条件，可得32(1.59210)133.68T x =-⨯+距平板中心0.1m 处的温度为32(1.59210)0.1133.68117.76o T C =-⨯⨯+=刘辉注：在积分控制方程时，也可采用如下边界条件，结果与前相同。
00,0()0.2,70343s t x x x L m t t C K∂⎧==⎪∂⎨⎪=====⎩对称，极值条件 积分控制方程：])/(1[2`])/(1[2`)()2/`()(2)/`(2)/`(0)/`(2222222221211L x kLq t t L x kLq L x k q t t C L k q t C x C x k q t C C x k q dxdts s s -+=-=-⋅-=-∴+⋅-=++⋅-==⇒+⋅-=62201210020.1343[1-()]391K 11776C 23770.2..t .⨯⨯=+==⨯本题的温度分布如下所示：《化工传递过程导论》课程第十次作业解题参考1. 流体在垂直壁面附近呈自然对流，已知局部传热系数h x ＝c ⋅x -1/4，式中x 为离平壁前缘的距离，c 为取决于流体物性的常量，试求局部传热系数与平均传热系数之比。
解：局部传热系数为当地的点值，平均传热系数为一段区间上的均值。
对于长为L 的平板壁面，平均传热系数为面积加权平均或线平均值，也即1m x Ah h dA A =⎰⎰ 1401(1)(1)Lm h Cx dx L -⇒=⨯⎰ 1443m h CL -⇒=故局部传热系数与平均传热系数之比11441433()4443x m h Cx x h L CL ---===2. 20℃的空气以均匀流速u=15m/s 平行流过温度为100℃的壁面。
