явление переноса импульса. Контрольная работа по дисциплине Явление переноса в хт Вариант 8 Студента

• Название: Контрольная работа по дисциплине Явление переноса в хт Вариант 8 Студента
• Анкор: явление переноса импульса
• Дата: 09.06.2022
• Размер: 0.58 Mb.
• Имя файла: явление переноса импульса.docx
• Тип: Контрольная работа; #581182

Министерство науки и высшего образования России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ВолгГТУ)


Контрольная работа

по дисциплине

«Явление переноса в ХТ»

Вариант № 8

Студента
группы №	ЭРЗ-392с
Фамилия
Имя	Любовь
Отчество	Евгеньевна
	Подпись студента
Руководитель работы:
Оценка	(Ф.И.О.)
Подпись руководителя

Волгоград – 2021

1. 
   Определить режим течения жидкости в межтрубном пространстве теплообменника типа «труба в трубе» при следующих условиях:
   

массовый расход жидкости Qm = 3290 кг/ч; диаметр внутренней трубы теплообменника d = 22×2 мм; диаметр внешней трубы теплообменника D = 54×2мм; плотность жидкости ρ = 1150 кг/м3; динамический коэффициент вязкости жидкости μ = 1,2·10^-3 Па·с.

Решение:

Скорость жидкости из уравнения расхода:

W= = = =0,5 м/с

Если обозначить внутренний диаметр наружной трубы через d_н^’, то гидравлический (эквивалентный) диаметр кольцевого сечения:

d_гидр= = = d_н^’- d_вн=0,05-0,022=0,028м

Критерий Рейнольдса:

Re= = =13417

Следовательно, режим течения турбулентный.

2. По трубам одноходового кожухотрубчатого теплообменникапроходит воздух при средней температуре 56°С и давлении (по манометру) 2 кгс/см² со скоростью 11 м/с. Барометрическое давление 740 мм.рт.ст. Наружный диаметр труб 20 мм, толщина стенки 2,5 мм. Число труб 50.

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 Р_о=1,293 кг/м³

Рабочее давление (абсолютное):

р=р_бар+р_ман=740*133,3+98100*2=294800 Па мм рт.ст.

или

р=р_бар+р_ман=740+735*2=2210 мм рт.ст.

Плотность воздуха при рабочих условиях:

ρ=ρ₀ =1,293* =3,18 кг/м³

или

ρ=ρ₀ =1,293* =3,18 кг/м³

Массовый расход воздуха:

m= Q*ρ=wFρ=wn ρ=11*50*0,785*0,016²*3,18=0,35 кг/с

Объемный расход воздуха при рабочих условиях:

Q= = =0,11 м³/с

Объемный расход воздуха при нормальных условиях:

Q₀= = = 0.27 м³/с

3. Движение хлористого водорода в трубопроводе диаметром 490 мм при 450 °С изучается на модели (масштаб 1:10), через которую продувается воздух при 25°С. Хлористый водород движется по трубопроводу при помощи газодувки со скоростью 11 м/сек, плотность 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 :

Обозначим соответствующие величины для трубопровода индексом 1и для модели –индексом 2. Тогда условие гидродинамического пособия можно записать так:

=

По заданию w=11 м/сек, d₁=490 мм, d₂= =49 мм.

При 25°С плотность воздуха ρ₂=1,18 кг/м³ , вязкость воздуха =0,018*10^-3 н*сек/м³.

Из условия гидродинамического пособия следует, что необходимая скорость воздуха в модели должна составлять:

W₂= * = * = 28.7 м/сек.

4. Мерник диаметром 1,5 м и высотой 2,3 м освобождается через отверстие в боковой стенке. Диаметр отверстия 15 мм, ось его находится на высоте 60 мм от днища мерника. Мерник сообщается с атмосферой, его начальная степень заполнения 0,95.

Определить продолжительность полного истечения жидкости из мерника

Решение:

Натальная высота столба вытекающей жидкости в мернике над осью штуцера:

Н₁=0,85Н-h=0,85*2,3-0,06=1,89 м

При истечении патрубок сжатие струи происходит внутри патрубка, его выходное сечение целиком наполнено жидкостью. Поэтому

α = εφ= 1*0,82=0,82

Площадь сечения мерника:

S= =0.785*1.5²=1.77 м²

Площадь сечения штуцера:

S= =0.785*0.015²= 5.89*10^-4 м²

Продолжительность полного опорожнения мерника рассчитываем по формуле:

τ= =2435 сек или 41 мин

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

а) газа при р_абс= 1 атм и температуре 20°С;

б) длянефтяного масла плотности 990 кг/м³ имеющего динамическую вязкость 38,0*10^-3 Па·с

Решение:

Критическое значение критерия Рейнольдса, при котором поток любой текучей среды внутри закрытого канала теряет ламинарный характер, равно 2300. Следовательно, искомые значения скоростей находятся из выражения критерия Рейнольдса

ω= 2300 μ/(pd)

а) для потока СО

ω= 2300*0,0175*10^-3/[1,25(0,050-2*0,0025)]=0,716 м/с

б) для потока нефтяного масла

ω=2300*38,0*10^-3/[0,99*10³(0,050-2*0,0025) ]=1,96 м/с

6. На трубопроводе имеется переход с диаметра 65 мм на диаметр 85 мм (диаметры внутренние). По трубопроводу движется вода, имеющая температуру 20ºС. Её скорость в узком сечении 1,8 м/с. Определить:

1. объёмный и массовый расходы воды;

2. скорость воды в широком сечении υ₂;

3. режимы течения в узком и широком сечениях.

Решение:

Уравнение материального баланса (его ещё называют уравнением неразрывности потока) для наших выбранных сечений можно записать так

G₁ = G₂

Помня, что G =V*ρ , можно записать уравнение так

V₁ρ₁ =V₂ρ₂
распишем объёмный расход V

S₁w₁ ρ₁ = S₂w₂ ρ₂
Так как наши потоки – трубы, т.е. имеют круглое сечение, то уравнение можно записать так
= или после сокращения d₁²w₁p₁= d₂²w₂p₂
Конкретно для нашей задачи мы можем допустить, что вода при переходе из

Одного сечения в другое не изменяет свою плотность, ρ1=ρ2. Тогда получаем уравнение:

= = ²
Т.е. получаем, что скорость потока в трубе обратно пропорциональна квадрату её диаметра. Следовательно, при увеличении диаметра в 2 раза скорость уменьшается в 4 раза! А если диаметр уменьшился в 3 раза, то скорость возрастёт в 9 раз.
Определим объёмный и массовый расходы воды:
V= S₁ω₁= = *1.8=0,059 м³/c
Массовый расход воды будет равен

G =Vρ =0,0059*990=5,8 кг/с

Скорость воды в широком сечении

ω₂= ω₁ ²=1,8*( ²=0,307 м/с
Критерий Рейнольдса для узкого сечения

Re₁= = =115830
Критерий Рейнольдса для широкого сечения

Re₂= = =25834

7. Труба диаметром 220*10 мм переходит в трубу диаметром 65*5 мм, послечего поднимается вверх на 12 м. В нижнем и верхнем сечениях трубы установлены манометры. Нижний манометр показывает давление 5,5 кГс/см². По трубопроводу перекачивается вода с расходом 65 м³/час и температурой 32ºС.

Определить показания верхнего манометра Р₂ кГс/см2. Наличием сил вязкости пренебречь.

Решение:




Начнём решение с эскиза. Вот наша труба, которая сначала «худеет», а потом резко поднимается на 12м. Нам надо определить, какое давление покажет манометр Р₂. Запишем уравнение Бернулли для нижнего 1 и верхнего 2 сечений:
z₁+ + = z₂+ +
Нам нужно найти Р₂. Для этого необходимо сначала вычислить скорости воды в широкой и узкой трубах.

Скорость воды в широкой трубе

w₁= = =0,58 м/c
Скорость воды в узкой трубе

w₂= = =14,37 м/c
Теперь выразим из уравнения Бернулли дробь

=z₁-z₂+ + =-12+ + = 33 м
Для давления Р сделали переход из кГс/см² в паскали (Па) путём умножения на переводной коэффициент 98100.
Осталось перейти из напора в давление
Р₂=33*pg=33*992*9.8=320813 Па
После перевода в кГс/см² получим

Р₂= =3,3 кГс/см²

8. По трубопроводу длиной 17 км и диаметром 125*5 мм перекачивается бензол с расходом 12 т/час при средней температуре 20ºС. Стенки трубопровода гладкие. Манометр, установленный в начале, показывает давление 6,5 ат. Определить показание манометра, установленного в конце трубопровода.
Решение:
Вычислим скорость бензола в трубе.
w₁= = = 0,33 м/с
Найдём значение критерия Рейнольдса
Re= = =49089
По формуле Блазиуса определим значение коэффициента трения
λ= = = 0.02
По уравнению Дарси-Вейсбаха определим потерю давления
ΔP= λ* * = 0.02* * = 147936 Па= = 1,5 кГс/см²
Итак, потеря давления составила 1,5 кГс/см², второй манометр покажет 5,0 кГс/см².

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 51*2,5 мм;

- температура воздуха 40⁰С;

- показания водяного дифманометра, подключенного к трубке Пито-Прандтля, составляет 13мм;

Трубка Пито-Прандтля установлена вдоль оси воздухопровода.

Решение:


Рис. 1 – Скоростная трубка Пито-Прандтля

Длина прямо участка стабилизации скоростного профиля потока перед скоростной трубкой должна быть не менее 40 внутренних диаметров (калибров), т.е. 40(0,51-2*0,0025)=20,2 м. Считается, что условие выполнено.

Скорость воздуха на оси трубопровода вычисляется по формуле:

W_м=√2*9,81* 0,013=15,0 м/с

Значение критерия Рейнольдса по максимальной скорости

Re_м=15,0*0,152*1,13/0,019*10^-3=135600

W=15,0*0,81=12,15 м/с

Объемный расход при рабочих условиях

V_с=12,15*0,785*0,152²=0,220 м³/с

Пересчет на нормальные условия

0,220*273/(273+40)=0,192 м³/с

Массовый расход воздуха

М_с= 0,220*1,12=0,192*1,293=0,247 кг/с.

10. Вычислить потерю давления на преодоление сил трения при прохождении воды по змеевику со скоростью 1,4 м/с при температуре 30⁰С. Диаметр стальной трубы с незначительной коррозией 43*2,5 мм. Число витков 13, диаметр витков 1,0 м.

Решение:

Определяем значение критерия Рейнольдса:

Re=1,4*0,038*1000/0,8*10^-3=66500

Средняя шероховатость цельнотянутой стальной трубы с незначительной коррозией е=0,2 мм, тогда d_э/е=38/0,2=190. Коэффициент трения при Re=66500 и d_э/е=190 определяем что λ= 0,0320

Длина трубы змеевика

L= πDn=3.14*13*1,0=40,8 м

Потеря давления при прохождении потока воды по змеевику:

Δρ_тр.зм.=(1+3,54*0,038/1,0)0,0320(40,8/0,038)1000*1,2²/2=28065 Па = 28065/9,81=2861 мм вод. ст.