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/м

---

³; 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:

---

Смотрите также файлы

• Таинственный остров. Дидактическая игра путешествие.docx

• Проверка документов и анализ финансовой состоятельности партнера перед совершением крупной сделки.docx

• 1. физическая культура и спорт в древнем мире.docx

• Фрустрация, ситуации вызывающие фрустрацию.pptx

• Распределительные устройства.docx