化工原理第四版思考题答案

化工原理第四版思考答案【篇一：化工原理(王志奎)第四版课后答案】345【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，增哪一层热阻大？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、d2、d3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）①流体的物性；②冷凝壁面尺寸及放置位置；③冷凝传热温度差；④不凝性气体的影响；⑤蒸汽流速和流向的影响；⑥蒸汽过热的影响；⑦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：①液体必须过热；②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）①面粗糙度；②汽化核心；③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0.05kmolco2，试求溶液中co2的摩尔分数，水的密度为100kg/m3。解水1000kg/m3?1000kmol/m318co2的摩尔分数x?0.05?8.99?10?40.05?180-2】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?algp?a?7.19736?1574.99p?a?16.9kpa25?238.86空气中甲醇的组成摩尔分数质量分数浓度ca?ya?16.9?0.167101.3250.167?32?0.1810.167?32?(1?0.167)?29?a?pa16.9??6.82?10?3kmol/m3rt8.314?298质量浓度?a?cama=6.82?10?3?32?0.218kg/m30-3】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naoh50%、nacl2%、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naohnaohh2onaoh?=0.5（质量分数）?=0.02（质量分数）naclh2o?=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4naclnacl量为处环境的大气压力等于大气压力。解标准大气压力为101.325kpa容器压力a的绝对压力容器b的绝对pa?101.325+60?161.325kpapb?101.325?12?89.325kpa【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?89.3kpap出?101.3?157?258.3kpa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?169kpa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111k4g/k。mol0k0g/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/m31-4】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/3m3【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h2n2coco2ch4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?0.13.?5?5.1（绝对压力）0k6pa8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?18.6kg/kmol混合气体在操作条件下的密度为pmm106.8?18.6??0.763kg/m3rt8.314?313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??246kmolmm18.6?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?大气压力绝?101200?1000?9.81?2?81580pa（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表表?p绝-大气压力=81580?101200??19620pa(3)管子上端空间的真空度p真p真=-p表=-??19620??19620pa(4)槽内为四氯化碳，管中液柱高度hh?水h?ccl4常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为?cclh?1000?2?1.25m15944?1594kg/m31-7】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?103pa1-8】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/m3