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】

【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）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表面粗糙度；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0.05kmol 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

co2的摩尔分数x?

0.05

?8.99?10?4 0.05?

【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

?0.167 101.325

0.167?32

?0.181

0.167?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

nacl

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

?0.369

0.4?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?4

8．?6678?07.1k8g /3m

【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

h2n2

co2ch4

0.40.20.320.07 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?0

k3，13p1?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

v6000?0.763

??246 kmolmm18.6

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

?水h

?ccl

常温下四氯化碳的密度，从附录四查得为?ccl

1000?2

?1.25 m 1594

?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/m3

p?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