化工原理考试题及答案
一.填空题
1.(6分) 题号:4009 第4章 知识点:200 难度:容易
某间壁换热器中,流体被加热时,圆形直管内湍流的传热系数表达式为_________________________，.当管内水的流速为0.5m.s?时,计算得到管壁对水的传热系数α=2.61 kw.m?.K?.若水的其它物性不变,仅改变水在管内的流速,当流速为0.8m.s?时,此时传热系数α=___________________。.
*****答案***** ??0.023
?dRe0.8Pr0.4
??3.81kW?m?2?K?1
2.(2分) 题号:4068 第4章 知识点:300 难度:中等
冷热水通过间壁换热器换热，热水进口温度为90℃，出口温度为50℃，冷水进口温度为15℃，出口温度为53℃，冷热水的流量相同，则热损失占传热量的＿＿＿％（冷热水物性数据视为相同）
*****答案***** 5％
3.(3分) 题号:4013 第4章 知识点:200 难度:容易 牛顿冷却定律 的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。
*****答案*****
q=αA△t w.m?.K?
二.选择题
1.(2分) 题号:4118 第4章 知识点:100 难度:容易 热量传递的基本方式是（ ）。
A. 恒温传热和稳态变温传热; 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
*****答案***** D 三.判断题
1.(2分) 题号:4156 第4章 知识点:100 难度:容易 在稳态传热中，凡热阻大处其温差也大。( )
*****答案***** √ 四.问答题
1
1.(4分) 题号:4203 第4章 知识点:100 难度:容易 什么是稳定传热和不稳定传热?
*****答案*****
在传热过程中，传热面上各点的温度不随时间变化，称为稳定传热。稳定传热时，传热速率为定值。反之，若传热面上各的温度随时间而变，则为不稳定传热。不稳定传热时，传热速率也随时间而变。
五.计算题
1.(15分) 题号:4243 第4章 知识点:300 难度:较难 在传热面积为20 m?的某换热器中, 用温度为20℃, 流量为13200 kg.h? 的冷却水,冷却进口温度为110℃ 的醋酸,两流体逆流动。换热器刚投入使用时,冷却水出口温度为45℃,醋酸出口温度为40℃,运转一段时间后,冷热流体流量不变,进口温度不变,而冷却水的出口温度降至38℃, 试求传热系数下降的百分率。水的比热Cp=4.2kJ.kg?.K?,热损失可忽略。
*****答案*****
Q?(WcCpc)(t2?t1)?13200?4.2?(45?20)?385kW （1）
3600?tm?[(110?45)?(40?20)]?38.20C
110?45In[]40?20K?Q385??0.504kW.m?2.K?1
A??tm38.2?2013200?4.2?（38?20）?277.2kW
3600 过一段时间之后:
Q'?Q'?（WcCpc)(110?T2')?277.2kW （2）
110?T2'277.2?式（2）/（1）得：
110?40385
T2'?110?277.2?70?59.60C
385 ??tm?[(110?38)?(59.6?20)]?54.2oC
110?38In[]59.6?20Q'277.2 K???0.256kW.m?2.K?1 'A??tm20?54.2'(K?K')0.504?0.256??100%??100%?49.2%
K0.504
2
2.(12分) 题号:4235 第4章 知识点:100 难度:中等
φ120×5mm的蒸汽管外拟包一层保温材料,其导热系数为0.07w.m?.K?。设蒸汽管的内壁温度为110℃,管壁导热系数为45w.m?.K?。要求保温层外壁温度不超过20℃,每米蒸汽管的热损失控制在60w以下,试计算保温层的最小厚度。
*****答案*****
按多层圆筒导热 q1?(t1?t3)rr11ln2?ln32??1r12??2r2
将r2?0.06m,r1?0.055m,r3?0.06??,t1?1100C,t3?200C
?2?0.07W?m?1?K?1,?1?45W?m?1?K?1,q1?60W?m?1, 代入上式
60?110?2090?
10.0610.06??0.06??ln?ln0.00031?2.27ln2??450.0552??0.070.060.060.06??90?,0.0660ln0.06???0.661,
0.06解得：0.00031?2.27ln0.06???1.936,0.06??1.936?0.06?0.06?0.056m
注：本题可简化不计管壁热阻。
3.(10分) 题号:4244 第4章 知识点:300 难度:中等
某车间有一台换热面积（以外表面积计）为2.5 m?的单程列管换热器。用180℃的热废气预热轻油, 轻油走管外,其流量为200kg.h?,比热为2kJ.kg?.K?,温度由30℃升至80℃。轻油与热气体作逆流流动。热废气出口温度为70℃。求：换热器的热负荷和传热系数。
*****答案*****
A?2.5m,Cp?2kJ.kg.K
2?1?1?tm?(180?80)?(70?30)?65.5oC100In40200?2000?(80?30)?5555W 3600
Q?WcCpc(t2?t1)? ?K?
Q5555??34W.m?2.K?1
A??tm65.5?2.53
4.(20分) 题号:4238 第4章 知识点:300 难度:较难
某列管换热器,用100℃水蒸汽将物料由20℃加热至80℃,传热系数K＝100W?m?2?K?1。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
70℃, 现欲使物料出口温度仍维持80℃,问加热蒸汽温度应取何值?(提示：先求经半年运转后的传热系数K)
*****答案*****
原：W2?Cp2?(80?20)?K?A??tm ……（1） ?tm?80?20?43.280C 80In20‘' 半年后：W2?Cp2(70?20)?K ? ……（2） ?A??tm ?tm?'80?30?50.980C 80In30''(70?20)K??tmK'?50.98 （2）/（1）得： ??(80?20)K??tm100?43.28 所以，经半年运转后的传热系数为： K?70.8W.m.K
‘\ 保持原生产能力,即 K?A??tm?K?? ?A??tm'?1?1 ??tm?\K??tm100?43.3??61.20C ‘70.8K(T?20)?(T?80)?61.2
T?20InT?80?2.666?T?200 T?115.9C
T?80\?tm??60T?20?In61.2T?805.(15分) 题号:4287 第4章 知识点:300 难度:较难
在管长为4米的套管冷却器中，用水冷却热油。已知两流体作并流流动，热油由420K冷却至370K，水由280K被加热至310K。欲使用增加冷却器管长的办法，使热油出口温度降至350K，试求管子加长后水的出口温度及加长后的管长。假设在两种情况下，油和水的流率、物性常数、进口温度均不变;冷却器除管长变化外，其他尺寸也不变。
*****答案*****
4
管子加长从前：T1?420K?T2?370K
t1?280K?t2?310K
Q?Wh?Cph(420?370)?Wc?Cpc(310?280) （1） Q?K?A??tm?K??d?4?（420?280）?（370?310）?K??d?378
140ln60Q?K??d?378?WhCph(420?370) （2）
管子加长后： T1'?420K?T2'?350K
t1'?280K?t2'??
Q?Wh?Cph(420?35)0?Wc?Cpc(t2?28)0 （3）
'(420?280)?(350?t2) Q?K?A??t?K??d?l? （4）
(420?280)In'(350?t2)'''m'' (1)/(3)得:
420?370310?280' t2?322K ?'420?350t2?280'(420?280)?(350?t2)(420?280)?(350?322)??t???69.6
(420?280)(420?280)InIn'(350?322)(350?t2)'m 由式（3）、（4）得：WhCph(420?350)?K??d?l?69.6 （5） (2)/(5)得：
50378?，7069.6?l?l?7.60m
6.(12分) 题号:4227 第4章 知识点:300 难度:中等
接触法硫酸生产中用氧化后的高温三氧化硫混合气予热原料气（二氧化硫及空气混合物）,已知：列管换热器的传热面积为90 m?,原料气入口温度t?＝300℃, 出口温度 t?=430 ℃。SO?混合气入口温度T?=560 ℃, 两种流体的流量均为10000 kg.h?,热损失为原料气所得热量的6％,设两种气体的比热均可取为1.05kJ.kg?,且两流体可近似作为逆流处理,求： 1．三氧化硫混合气的出口温度T?； 2．传热系数K。
5