Явление переноса импульса 10 вариант. КР(Явление переноса импульса10 вариант. Контрольная работа по дисциплине Явление переноса импульса и энергии в химической технологии Вариант 10

• Название: Контрольная работа по дисциплине Явление переноса импульса и энергии в химической технологии Вариант 10
• Анкор: Явление переноса импульса 10 вариант
• Дата: 25.01.2023
• Размер: 161.83 Kb.
• Имя файла: КР(Явление переноса импульса10 вариант.docx
• Тип: Контрольная работа; #905557

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Волгоградский государственный технический университет»

Контрольная работа по дисциплине

«Явление переноса импульса и энергии в химической технологии»

Вариант № 10

Выполнил

студент группы :

Проверил

Волгоград 2023 г.

Задача № 1

Определить режим течения жидкости в межтрубном пространстве теплообменника типа «труба в трубе» при следующих условиях:

1) массовый расход жидкости Q = 3890 кг/час;

2) диаметр внутренней трубы теплообменника d = 20×2 мм;

3) диаметр внешней трубы теплообменника D = 55×2 мм;

4) плотность жидкости ρ = 1150 кг/м³;

5) динамический коэффициент вязкости жидкости, μ=1,2×10^-3 Па∙с.

Решение.

Скорость жидкости ν определим из уравнения расхода:



где Q_m – массовый расход жидкости, кг/с; F – площадь поверхности, м²,



м/с.

Эквивалентный диаметр кольцевого сечения определяем по формуле:



где D – внутренний диаметр наружной трубы, м; d – наружный диаметр внутренней трубы, м.

м.

Динамический коэффициент вязкости жидкости μ=1,2×10^-3 Па∙с.

Критерий Рейнольдса:





Режим турбулентный.

Задача № 2

По трубам одноходового кожухотрубчатого теплообменника проходит воздух при средней температуре Т = 48 ⁰С и давлении (по манометру) р_ман = 3,0 кгс/см2 , со скоростью ν = 4 м/с. Барометрическое давление 740 мм. рт.ст. Наружный диаметр труб 20 мм, толщина стенки 2,5 мм. Число труб n = 70.

Определить:

1. 
   Массовый расход воздуха;
   
2. 
   Объемный расход воздуха при рабочих условиях;
   
3. 
   Объемный расход воздуха при нормальных условиях.
   

Решение

Плотность воздуха при нормальных условиях ρ_о = 1,293 кг/м³.

Рабочее давление (абсолютное):



Па.

Плотность воздуха при рабочих условиях:



кг/м³.

Массовый расход воздуха рассчитаем по уравнению:



где ν – средняя скорость потока, м/с; ρ – плотность газа, кг/м³; d – внутренний диаметр трубы, м, F– площадь поперечнего сечения, м².

кг/с.

Объемный расход воздуха при рабочих условиях:



м³/с.

Объемный расход воздуха, приведенный к нормальным условиях:



м³/с.

Задача № 3

Движение хлористого водорода в трубопроводе d₁=450 мм при 450⁰С изучается на модели (масштаб 1:10), через которую продувается воздух при 25 ⁰С. Хлористый водород движется по трубопроводу при помощи газодувки со скоростью ν₁ = 4 м/с, плотностью газа ρ₁ = 0,569 кг/м³, вязкость μ₁ = 0,0333∙10^-3 Па∙с.

Определить:

1) Условия гидродинамического подобия в трубопроводе и модели;

2) Скорость, с которой надо продувать воздух в модели для того, чтобы воспроизвести в ней движение газа в трубопроводе.

Решение

Так как движение в трубопроводе вынужденное, то достаточным условием подобия является равенство критерия Рейнольдса:



где, ν – средняя скорость потока, м/с; d – диаметр трубопровода, м; ρ – плотность жидкости, кг/м³; μ- динамическая коэффициент вязкости, Па∙с.





м/с.

Задача № 4

Мерник диаметром D = 1,2 м и высотой H = 2,0 м освобождается через отверстие в боковой стенке. Диаметр отверстия d = 15 мм, ось его находится на высоте h = 40 мм от днища мерника. Мерник сообщается с атмосферой, его начальная степень заполнения β = 0,85. Тип отверстия: короткий цилиндрический патрубок.

Определить продолжительность полного истечения жидкости из мерника.

Решение

Определяем начальную высоту столбца вытекающей жидкости в мернике над осью штуцера:



м,

Воспользуемся формулой:



где F_m- площадь сечения сосуда, м²; F_o – площадь отверстия, м²;

H – начальная скорость уровня, м; α – коэффициент расхода (справочная величина, для короткого цилиндрического патрубка принимаем α = 0,82)[1].

,

м²,

Продолжительность полного истечения жидкости из мерника:



Задача № 5

Вычислить значения скоростей движения в прямой трубе диаметром D = 50×2,5 мм, при которых потоки перестают быть ламинарными для:

1) газа О₂ при р_атс = 1 атм и температуре Т = 40 ⁰С;

2) для нефтяного масла, имеющего динамическую вязкость μ = 35,9∙10^-3 Па∙с, плотность нефтяного масла ρ= 940 кг/м³

Решение

Критическая скорость будет иметь место при Re_кр = 2300; из уравнения:





где ν – средняя скорость потока, м/с; d – диаметр трубопровода, м; ρ – плотность жидкости, кг/м³; μ- динамический коэффициент вязкости, Па∙с.

1) для газа О₂:

м/с,

где 0,021 - динамический коэффициент вязкости при 40 ⁰С, мПа∙с;

1,25 кг/м³ - плотность газа О₂ при 20 ⁰С, рассчитанный по формуле:



где ρ_о = М/22,4 кг/м³ - плотность газа при нормальных условиях; Т– температура, К; М – мольная масса газа О₂, кг/гмоль;.

кг/м³.

2) для нефтяного масла:

м/с.

Задача № 6

На трубопроводе имеется переход с диаметра d₁= 75 мм на диаметр d₂= 95 мм (диаметры внутренние). По трубопроводу движется вода, имеющая температуру 20 ^оС. Её скорость в узком сечении ν₁ = 1,6 м/с.

Определить:

1) объёмный и массовый расходы воды;

2) скорость воды в широком сечении ν₂;

3. 
   режимы течения в узком и широком сечениях.
   

Решение

Из уравнение неразрывности потока следует:





=>













м³/с,





Находим критерий Рейнольдса:





режим течения жидкости турбулентный.



режим течения жидкости турбулентный.

Задача № 7

Труба диаметром d₁ = 240×10 мм переходит в трубу диаметром d₂ = 75×5 мм, после чего поднимается вверх на h = 14 м. В нижнем и верхнем сечениях трубы установлены манометры. Нижний манометр показывает давление Р₁ = 5,5 кГс/см²_. По трубопроводу перекачивается вода с расходом Q = 65 м³/час и температурой t = 34 ^oC. Определить показания верхнего манометра Р₂ кГс/см². Наличием сил вязкости пренебречь.

Решение

Сумма геометрического и динамического напора есть величина постоянная во всех сечениях потока для идеальных жидкостей.

Уравнение Бернули:



Скорость потока найдем через уравнение неразрывности:

=>



=>









Показание верхнего манометра Р₂ = 4,0 кГс/см²

Задача № 8

По трубопроводу длиной L = 19 км и диаметром D = 135×5 мм перекачивается бензол с расходом Q = 14 т/час при средней температуре 20^оС. Стенки трубопровода гладкие. Манометр, установленный в начале, показывает давление Р₁ = 7,5 атм. Определить показание манометра Р₂, установленного в конце трубопровода.

Решение

Из уравнения массового расхода жидкости, можно определить скорость потока жидкости ν:





м/с,

Динамический коэффициент вязкости жидкости μ = 0,65×10^-3 Па∙с.

Критерий Рейнольдса:





режим турбулентный.

Потерю давления на трение определяем по формуле:



где λ – коэффициент трения, безмерный (его значение зависит в общем случае от режима течения и шероховатости стенки трубы е); ρ – плотность жидкости, кг/м³; d – диаметр трубы, м; L – длина трубы, м; ν – скорость потока, м/с.

Определяем коэффициент трения λ по формуле Бразиуса:

,



Па∙с

кГс/см²,

кГс/см².

Показание манометра Р₂ = 5,7 кГс/см²

Задача № 9
Определить максимальную и среднюю скорости воздуха, его объемный расход при рабочих и нормальных условиях, массовый расход при следующих исходных данных:

- давление в трубопроводе атмосферное;

- диаметр трубопровода D = 76*3 мм;

- температура воздуха = 40⁰ С;

- показания водяного дифманометра, подключенного к трубке Пито-Прандтля, составляет h = 10 мм.

Трубка Пито-Прандтля установлена вдоль оси воздухопровода.

Решение.

Плотность воздуха при t = 40⁰ С:



где ρ_о = М/22,4 кг/м³ - плотность газа при нормальных условиях;

Т– температура, К; М – мольная масса воздуха, кг/гмоль.

кг/м³.

Максимальная (осевая) скорость воздуха определяется из выражения:





Этой скорости соответствует значение критерия Рейнольдса:



режим турбулентный

где 0,019∙10^-3 - μ- динамический коэффициент вязкости, Па∙с, определяем по номограмме (рис. VI) [1].

По рис.1.2 [1] для Re = 53080 отношение средней скорости к максимальной

Средняя скорость:



Расход воздуха:





пересчёт на нормальные условия:



Массовый расход воздуха:



Задача № 10
Вычислить потерю давления на преодоление сил трения при прохождении воды по змеевику со скоростью ν = 1,0 м/с при t = 30⁰ С. Диаметр стальной трубы с незначительной коррозией D = 51*2,5 мм. Число витков n = 10, диаметр витков d = 1,2 м.

Решение

Определяем режим течения.

Динамический коэффициент вязкости воды при t = 30⁰ С равен 0,8 мПа (табл. VI).

Критерий Рейнольдса:

режим турбулентный.

Для цельнотянутой стальной трубы с незначительной коррозией, среднее значение шероховатости стенок трубы е = 0,2 мм (табл. XII) [1], тогда:



По графику (рис. 1.5) при Re = 57500 и d_э/e = 230 находим λ 0,029.

Приближенно длина змеевика равна:



Потерю давления на трение для прямой трубы находим по формуле:



где λ – коэффициент трения; d_э – эквивалентный диаметр трубы (d_э=d), м; L – длина трубы, м; ω – скорость потока, м/с; ρ – плотность жидкости, кг/м³.



Находим поправочный коэффициент по формуле:



Следовательно, для змеевика:



или 1378 мм вод.ст.