化工原理第四版思考题答案[共9页]

化工原理第四版思考题答案 【篇一：化工原理 (王志奎 )第四版课后答案】3 45【篇二：化工原理第四章思考题答案】4-1 根据传热机理的不同，有哪 3 种基本传热方式？ 他们的传热机理有何不同？答：（ 1） 基本传热方式有热传导、热对流和热辐射 3 种。（2） 热传导简称导热，是通过物质的分子、原子或自由电子的热运动来传递热量；对流传热是通过冷、热不同部位的流体质点做宏观移动和混合来传递热量；辐射传热是 物体因自身具有温度而激发产生电磁波，向空间传播来传递热量。4-2 傅里叶定律 中的负号是什么意思？ 答：由于 x 方向为热流方向，与温度梯度 的方向正好相反。 q 是正值,而 是负值,加上负号 ,故式中加负号。4-3 固体、液体、气体三者的热导率比较，哪个大，哪个小？答： 物质热导率的大小主要与物质种类（固、液、气）和温度有关。一般来说，固体、液体、气体 三者的热导率大小顺序 :固体液体气体。4-4 纯金属与其合金比较，热导率哪个大？答：在各类物质中，纯金属的热导率为 ,合金的热导率为 , 故热导率纯金属比合金大。4-5 非金属的保温材料的热导率为什么与密度有关？答： 大多数非金属的保温材料呈纤维状或多孔结构，其孔隙中含有值小的空气。密度越小，则所含的空气越多。但如果密度太小，孔隙尺寸太长，其中空气的自然对流传热与辐射作用增强，反而使 增大。故非金属的保温材料的热导率与密度有关。4-6 在两层平壁中的热传导，有一层的温度差较大，另一层较小，哪一层热阻大？热阻大的原因是什么？答：（ 1） 温度差较大的层热阻较大。（2）对于两层平壁导热 ,由 于单位时间内穿过两层的热量相等，即导热速率相同，采用数学上的等比定律可得。由此可见，热阻大的保温层，分配与该层的温度差就越大，即温度差与热阻成正比。4-7 在平壁热传导中可以计算平壁总面积 a 的导热速 率 q，也可以计算单位面积的导热速率（即热流密度 ）。而圆 筒壁热传导中，可以计算圆筒壁内、外平均面积的导热速率 q，也可以计算单位圆筒长度的壁面导热速率 ,为什么不能计算热流密度？答：在稳态下通过圆筒壁的导热速率 q 与坐标 r 无关，但热流密度却随着坐标 r 变 化，故不能计算热流密度。4-8 输送水蒸气的圆管外包覆两层厚度相同、热导率不同的保温材料。若改变两层保温材料的先后次序，其保温 效果是否会改变？若保温不是圆管而是平壁，保温材料的先后次序对保温效果是否有影响？答：（ 1） 改变。为了保温，应使总的导热热阻最大，当管外包裹两层保温材料 时，热导率小的材料包裹在管内时，其导热热阻为：，式中， d1- 管 内径， d2- 管外径， d3- 保温材 料层的外径。热 导率大的材料包裹在管内时，其导热热阻为：，在 d1 、d 2 、d 3 不变时，两者的热阻之差为：（2）不影响。若保温不是圆管而是平壁，总的热阻等于各层热阻之和，故改变保温材料的先后次序不影响保温效果。4-9 对流传热速率方程（牛顿冷却公式） 中的对流传热系数 与哪些因素有关？ 答：（ 1） 流体的物理性质：有比热容 ，热导率 、密度 、粘度 和体积膨胀系数 ；（2）流体胡对流起因：有强制对流和自然对 流两种；（3）流体的流动状态：层流、过渡流或湍流；（4）流体的相态变化：在传热过程中，有相变化时，其 值比无相时大得多。（5）传热面的形状、相对位置与尺寸：如管、板、管束、管径、管长、管子排列方式、垂直放置或水平放置等。4-10 流体在圆形直管内强制湍流时的对流传热系数 的计算式中，pr 的指数 n 由 什么决定？流体在管内的流速及管径对 的影响有多大？管长、管的曲率对管内对流传热有何影响？ 答：（ 1） 湍流时 ,圆形直管中的 pr 的指数 n 由温度决定，当流体被加热时， n=0.4 ；当流体被 冷却时， n=0.3 ；（3）流体在圆形直管内强制湍流时 ,若改变管长，其传热面积也相应改变，从而改变对流传热速率。若改变弯管的曲率，弯管内的流体在流动时，由于 离心力的作用，扰动增大，从而强化了对流传热。4-11 水的对流传热系数一般比空气大，为什么？答：由于水的密度、比热容、粘度和热导率都比空气大，所以水的热传 导系数比空气大。4-12 为什么滴状冷凝的对流传热系数比膜状冷凝的大？由于壁面上不容易形成滴状冷凝，蒸气冷凝多为膜状冷 凝。影响膜状冷凝传热的因素有哪些？答：（ 1） 在滴状冷凝时 ,冷凝液在壁面上聚集成许多分散的液滴，沿壁面滚下，互相合并成更大的液滴，露出冷凝 壁面，使蒸气能在壁面上冷凝，其热阻比膜状冷凝时小，因此滴状冷凝传热系数可能比膜状冷凝时高出 倍。（2）流体的物性；冷凝壁面尺寸及放置 位置；冷凝传热温度差；不凝性气体的影响；蒸汽流速和流向的影响；蒸汽过热的影响；传热面的形状与布置。4-13 液体沸腾的两个基本条件是什么？答： 液体必须过热；要有汽化核心。4-14 为什么核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的大？影响核状沸腾的主要因素有哪些？答：（ 1） 膜状沸腾传热需要通过气膜，而气膜的热阻大，使膜状沸腾的对流传热系数急剧降低，故核状沸腾的对流传热系数比膜状沸腾的大。（2）表面粗糙度；汽化核心；温差。4-15 同一液体，为什么沸腾时的对流传热系数比无相变时的对流传热系数大？ 答：因为相变时液体吸收汽化热变成蒸汽，或蒸汽放热 r变为液体。对于同一液体，其 r 比 大得多，故沸腾时的对流传热系数比无相变时的对流传热系数大。4-16 换热器中的冷热流体在变温条件下操作时，为什么多采用逆流操作？在什么情况下可以采用并流操作？答：（ 1） 逆流操作时，热流体的出口温度可以降低到小于冷流体的出口温度；而并流操作时，热流体的出口温度总是大于冷流体的出口温度，则表明热流体的用量比并流操作 时少。同理，逆流操作时，冷流体的出口温度可以升高到大于热流体的出口温度；而并流操作时，冷流体的出口温度总是小于热流体的出口温度，则表明冷流体的用 量比并流操作时少。故多采用逆流操作。（2）当要求控制换热器的流体出口温度时， 可采用并流操作。例如，流体加热时，可以避免出口温度高于某一规定温度；冷却时，也可以避免低于某一规定的温度。4-17 换热器在折流或错流操作时的平均温度差如何计算？答：计算错流或折流时的平均温度差，通常是先按逆流算出对数平均温 度差 ，然后再乘以温差校正系数 ，即=，根据 r 和 pd 的数值，从 教材图 4-5 中可查得 值。4-18 换热器的总传热系数的大 小，受哪些因素影响？怎样才能有效地提高总传热系数？答：（ 1） 影响总传热系数大小的因素主要是对流传热系数和污垢热阻。（2）强化传热是增大总传 热系数最有效途径，要想增大总传热系数，就必须减少金属壁、污垢及两侧流体等热阻中较大者的热阻。4-19 在换热器中，用饱和蒸汽在换热管外冷凝放热，加热管内流动的空气。总传热系数接近哪种流体的对流传热 系数？壁温接近哪种流体的温度？忽略污垢和管壁热阻。要想增大总传热系数，应增大哪个流体的对流传热系数？答：（ 1） 因为蒸汽的冷凝系数远大于空气的对流传热系数 ,所以总传热系数接近空气流体的对流传热系数；（2）因为在传热过程中，蒸汽的传热膜系数远远大于空气的传热膜系数，所以蒸汽侧的热阻远远小于空气侧的热阻， 壁温接近蒸汽流体的温度；（3）因为 总传热系数接近空气流体的对流传热系数，要想增大总传热系数，应增大空气流体的对流传热系数。若两侧流体的对流传热系数 相差较大时，增大较小的 值对提高 k 值、增强传热最有效。4-20 何谓透热体、白体、黑体、灰体？答：（ 1） 当物体的透过率 时，即表示该物体对投射来的热辐射线既不吸收也不反射，而是全部透过，这种物体称为透热体；（2）物体的反射率 是表明物体反射辐射能的本领，当 时称为绝对白体，简称白体。 （3）若物体的吸收率 时，即表示该物体能全部吸收投射来的各种波长的热辐射线，这种物体称为绝对黑体 ,简 称黑体；（4）辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线的形状相似，且单色辐射本领小于黑体同波长的单色辐射本领，这种物 体称为灰体。灰体也是一种理想化物体，在工程计算中，一般都近似地将实际物体视为灰体。4-21 何谓黑度？影响固体表面黑度的主要因素是什么？（2）影响固体表面黑度的主要因素有：表面 的材料、温度及表面状况(如粗糙度 ,氧化程 度等)。4-22 黑度大的灰体对投射来的热辐射能的反射率是大还是小？它的辐射能力是大还是小？答：由 ，可知任何灰体对黑体辐射能的吸收率等于同温度下该灰体的黑度。（1）黑度大的灰体对投射来的热辐射能的反射率是小，【篇三：化工原理第四版习题答案】xt 绪 论 【0-1】 1m3 水中溶解 0.05kmol co2 ，试求溶液中 co2 的摩尔分数，水的密度为 100kg/m3 。解 水 1000kg/m3?1000kmol/m3 18co2 的摩尔分数 x? 0.05?8.99?10?4 0.05?18 【0-2】在压力为 101325pa 、温度为 25条件下，甲醇在空气中达到饱和状态。试求： (1)甲醇的饱和蒸气压 pa；(2)空气中甲醇的组成，以摩尔分数 ya、质量分数 ?a、浓度 ca 、质量浓度 ?a 表示。解 (1)甲醇的饱和蒸气压 p?a lgp?a?7.19736?1574.99 p?a?16.9kpa 25?238.86(2) 空气中甲醇的组成 摩尔分数 质量分数 浓度ca?ya?16.9?0.167 101.3250.167?32 ?0.1810.167?32?(1?0.167)?29 ?a?pa16.9?6.82?10?3 kmol/m3 rt8.314?298质量浓度?a?cama=6.82?10?3?32?0.218 kg/m3 【0-3】1000kg 的电解液中含 naoh 质量分数 10%、nacl 的质量分数 10% 、h2o 的质量分数 80% ，用真空蒸发器浓缩，食盐结晶分离后的浓缩液中含 naoh 50% 、nacl 2% 、h2o48% ，均为质量分数。试求： (1)水分蒸发量； (2)分离的食盐量； (3)食盐分离后的浓缩液量。在全过程中，溶液中的 naoh 量保持一定。解 电解液 1000kg 浓缩液中naoh naoh h2o naoh?=0.5 （质量分数） ?=0.02 （质量分数） nacl h2o?=0.48 （质量分数）在全过程中，溶液中 naoh 量保持一定，为 100kg浓缩液中 100-4=96kg第一章 流体流动流体的压力【1-1】容器 a 中的气体表压为 60kpa ，容器 b 中的气体真空度为1.2?10pa 。试分别求出 a、b 二容器中气体的绝对压力为若干帕，该4 naclnacl量为处环境的大气压力等于标准大气压力。解 标准大气压力为 101.325kpa 容器 a 的绝对压力 容器 b 的绝对压力pa?101.325+60?161.325 kpa pb?101.325?12?89.325 kpa 【1-2】某设备进、出口的表压分别为 -12kpa 和 157kpa ，当地大气压力为 101.3kpa 。试求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压 力差各为多少帕。 解 进口绝对压力p 进?101.3?12?89.3 kpa p 出?101. 3?157?258.3 kpa出口绝对压力进、出口的压力差?p?157? （?12 ）?157?12?169kpa 或 ?p?258. 3?89. 3?169 kpa流体的密度【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中，正庚烷的摩尔分数为 0.4，试求该混合液在 20下的密度。 解 正庚烷的摩尔质量为 1 11k4g/k。m ol 0k0g/ kml ，o 正辛烷的摩尔质量为将摩尔分数换算为质量分数 正庚烷的质量分数正辛烷的质量分数 ?1?0.4?100 ?0.3690.4?100?0.6?114 ?2?1?0.369?0.631从附录四查得 20下正庚烷的密度 ?1?684kg/m3 ，正辛烷的密度为 ?2?703kg/m3 混合液的密度?m? 1?684703 ?696kg/m3【1-4】温度 20，苯与甲苯按 4:6 的体积比进行混合，求其混合液的密度。解 20时，苯的密度为 879kg/m3 ，甲苯的密度为 867kg/m3 。 混合液密度?m?879?.0?48?6678?07.1k8g /3m 3【1-5】有一气柜，满装时可装 6000m 混合气体，已知混合气体各组分的体积分数为h2n2co co2ch40.40.20.320.07 0.01 操作压力的表压为 5.5kpa ，温度为 40。试求： (1)混合气体在操作条件下的密度； (2) 混合气体的量为多少 kmol 。解 t?273? 4?0k3 ，13p1?0.1 3.?5 ?5.1 （绝对压力） 0k6p a8混合气体的摩尔质量mm?2?0.4?28?0.2?28?0.32?44?0.07?16?0.01?18.6 kg/kmol (1)混合气体在操作条件下的密度为pmm106.8?18.6?0.763 kg/m3 rt8.314?313(2)混合气体 v?6000m3 ，摩尔体积为 mm?18.6m3/kmol?m0.763?m?混合气体的量为 n?v6000?0.763?246 kmolmm18.6 ?m流体静力学【1-6】如习题 1-6 附图所示，有一端封闭的管子，装入若干水后，倒插入常温水槽中，管中水柱较水槽液面高出 2m ，大气压力为101.2kpa 。试求： (1)管子上端空间的压力； (2)管子上端空间的表压；(3)管子上端空间空度； (4)若将水换成四氯化碳，管中四氯化碳液槽的液面高出多少米？解 管中水柱高出槽液面 2m ，h=2m 水柱。 (1) 管子上端空间的绝对压力 p 绝 在水平面 1?1 处的压力平衡，有p 绝?gh? 大气压力p 绝?101200?1000?9.81?2?81580 pa（绝对压力）习题 1-6 附图当地绝对的真柱较(2)管子上端空间的表压 p 表p 表? p 绝-大气压力 =81580?101200?19620 pa(3)管子上端空间的真空度 p 真 p 真=-p 表=-?19620?19620 pa(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度 h h?水 h ?ccl4常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为 ?ccl h?1000?2?1.25 m 1594 4?1594 kg/m3【1-7】在 20条件下，在试管内先装入 12cm 高的水银，再在其 上面装入 5cm 高的水。水银的密度为 13550kg/m3 ，当地大气压力为 101kpa 。试求试管底部的绝对压力为多少 pa。 解 水的密度 ?水=998kg/m3p?101?103?0.12?13550?0.05?998?9.81?117.4?103pa【1-8】如习题 1-8 附图所示，容器内贮有密度为 1250kg/m3 的液体，液面高度为 3.2m 。容器侧壁上有两根测压管线，距容器底的高度分别为 2m 及 1m，容器上部空间的压力（表压）为 29.4kpa 。试求：(1)压差计读数（指示液密度为 1400kg/m3 ）；(2)a 、b 两个弹簧压力表的读数。解容器上部空间的压力p?29. 4kpa （表压）液体密度?1250kg/m3 ，指示液密度 ?0?1400kg/m 3