某气柜的容积为6 000 m3,若气柜内的表压力为5.5 kPa,温度为40 ℃。已知各组分气体的体积分数为:H2 40%、 N2 20%、CO 32%、CO2 7%、CH4 1%,大气压力为 101.3 kPa,试计算气柜满载时各组分的质量。 解:气柜满载时各气体的总摩尔数ntpVRT101.35.510008.314313.06000mol246245.4mol各组分的质量:mH240%ntMmN220%ntMH240%246245.42kg197kg 20%246245.428kg1378.97kg N2mCO32%ntMCO32%246245.428kg2206.36kgmCOmCH7%ntM1%ntM7%246245.444kg758.44kg 1%246245.416kg39.4kg32CO24CH42.若将密度为830 kg/ m的油与密度为710 kg/ m的油各60 kg混在一起,试求混合油的密度。设混合油为理想溶液。

解: mtm1m26060kg120kgm1m260603m0.157m3 830710di—管 ubwπ4di23600603.1440.052m8.50msRediubdi0.058.51.0931.96100.8523679.5〔湍流〕 0.023RePr0.40.0523679.30.80.0230.02830.6980.4Wm2C35.6Wm2C16.常压空气在装有圆缺形挡板的列管换热器壳程流过。已知管子尺寸为38mm3mm,正方形排列,中心距为51 mm,挡板距离为1.45 m,换热器外壳内径为2.8 m,空气流量为4104m3/h,平均温度为140 ℃,试求空气的对流传热系数。解:由附录五查得140C时空气的物性为ρ=0.854 kg/m3,Cp=1013 J/,μ=2.37×10-5 Pa·s,λ=0.0349W/,Pr=0.694采用凯恩〔Kern〕法,即.5513 Nu0.36R0e Prw 〔5-63〕或 0.36de0.55Pr<13w> 0 . 1 4 〔5-63a〕传热当量直径de可根据管子排列情况进行计算。管子为正方形排列,则4dedo>2πdo式中 t—相邻两管的中心距,m;Do—管外径,m。代入t和do得deπ224tdo4πdo40.0512π40.0382π0.038m0.049m式5-63与式5-63a中的流速u可根据流体流过管间最大截面积A计算,即AzD<1dot >式中 z—两挡板间的距离,m;D—换热器的外壳 u41036001.03m10.74m上述式中的w对气体可取为1.0。0.36de0.55Pr<13w> 0.140.04910.740.8540.3650.0492.37100.03490.550.684Wm2C50.8Wm2C17.将长和宽均为0.4 m的垂直平板置于常压的饱和水蒸气中,板面温度为98 ℃,试计算平板与蒸汽之间的传热速率与蒸汽冷凝速率。解:水的定性温度为tftwtsat2981002C99C由附录六查得99 C时水的物性为ρ=958.5 kg/m3,Cp=4220 J/,μ=28.41×10-5 Pa·s,λ=0.683W/,Pr=1.762由附录八查得100 C时饱和蒸气的物性为r2258kJ/kg,v0.597kg/m对于此类问题,由于流型未知,故需迭代求解。首先假定冷凝液膜为层流,由式5-135得 mvgr31.13Lttsatw144958.5958.50.597v9.8122581030.6831.135 28.41100.4100981.4681043Wm2C Wm2C核算冷凝液流型,由对流传热速率方程计算传热速率,即QStsattw1.4681040.40.4210098W93952W冷凝液的质量流率为wQr9395222581023kgs4.16102kgs 单位长度润湿周边上的凝液质量流率为wP4.161020.4kg5.21022kgms则 Ref445.2100.3103693.31800故假定冷凝液膜为层流是正确的。18.常压水蒸气在一25mm2.5mm,长为3 m,水平放置的钢管外冷凝。钢管外壁的温度为96 ℃,试计算水蒸气冷凝时的对流传热系数。若此钢管改为垂直放置,其对流传热系数又为多少?由此说明工业上的冷凝器应如何放置?解:由附录查得,常压水蒸气的温度为100 ℃。定性温度tftwts2100962C98C由附录查得在98 ℃下,水的物性为: 960.78kgm;0.6822WmC;r2261.08kJkg;29.0310325Pas 水平放置 r2g30.725Lt12261.08103960.7829.810.68220.725529.03100.025417530W3Wm2C m2C垂直放置r2g31.13Lt12261.08103960.7829.810.68221.13529.0310347427W3Wm2C m2C通过上述计算可知,工业上的冷凝器应水平放置。19.两平行的大平板,在空气中相距10 mm,一平板的黑度为0.1,温度为400 K;另一平板的黑度为0.05,温度为300 K。若将第一板加涂层,使其黑度为0.025,试计算由此引起的传热通量改变的百分数。假设两板间对流传热可以忽略。解:第一板加涂层前因是两平行的大平板,则1; C12C0115.6710201W11m2K40.196Wm2K4; 2于是Q12T4T4SC12120.19611001004004300422Wm34.22Wm100100第一板加涂层后C12C01115.6740201Wm2K40.096Wm2K412Q12ST4T42120.0961C11001004004300422Wm16.82Wm100100空气导热的热通量tm0.03WmC t1t22271272C77C,查得77C时,空气的导热系数Q120.03400300Wm2300Wm2 St1t2b0.01加涂层前后传热通量减少的百分率为Q12SQ12SQ12SQ12S34.2216.8234.22300100%5.2% 20.用压力为300 kPa〔绝对压力〕的饱和水蒸气将20 ℃的水预热至80 ℃,水在mm水平放置的钢管内以0.6 m/s的速度流过。设水蒸气冷凝的对流传热系数25mm2.5为5 000 W/,水侧的污垢热阻为6×10-4 m2·℃/W,蒸汽侧污垢热阻和管壁热阻可忽略不计,试求〔1〕换热器的总传热系数;〔2〕设操作半年后,由于水垢积累,换热能力下降,出口水温只能升至70 ℃,试求此时的总传热系数与水侧的污垢热阻。 解:查附录得,300 kPa的饱和水蒸气温度为133.3 ℃ 水的定性温度为 〔1〕tmt1t2