质量衡算和热量衡算习题

质量衡算和热量衡算习题

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时间:2018-05-17

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1、1、某一湖泊的容积为10×106m3,上游有一未被污染的河流流入该湖泊,流量为50m3/s。一工厂以5m3/s的流量向湖泊排放污水,其中含有可降解污染物,浓度为100mg/L。污染物降解反应速率常数为0.25d-1.假设污染物在湖中充分混合。求稳态时湖中污染物的浓度。解:设稳态时湖中污染物浓度为ρm,则输出的浓度也为ρm由质量衡算,得w1-w2-kρV=0即5000L/s×100mg/L-(5000+50000)ρmL/s-10×109×0.25ρm/3600/24L/s=0解得ρm=5.96mg/L2、某水池内有1m3含总氮20mg/L的污水,现用地表水进行置换,地表水进入水池

2、的流量为10m3/min,总氮含量为2mg/L,同时从水池中排出相同的水量。假设水池内混合良好,生物降解过程可以忽略,求水池中总氮含量变为5mg/L时,需要多少时间?解:设地表水中总氮浓度为ρ0,池中总氮含量为ρ由质量衡算,得即3、有一个4×3m2的太阳能取暖器,太阳光的强度为3000kJ/(m2·h),有50%的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。水的流量为0.8L/min,求流过取暖器的水升高的温度。解:以取暖器为衡算系统,该系统为封闭系统,衡算基准取1小时输入取暖器的热量为3000×12×50%kJ/h=18000kJ/h设取暖器的水升高的温度为△T,则水流热量变化率为w

3、cp△T由热量衡算方程,有18000kJ/h=0.8×60×1×4.183×△TkJ/(h·K)解得△T=89.65K4、有一个总功率为1000MW的核反应堆,其中2/3的能量被冷却水带走,不考虑其他能量损失。冷却水来自于当地的一条河流,河水的流量为100m3/s,水温为20℃。(1)如果水温只允许上升10℃,冷却水需要多大的流量?(2)如果加热后的水返回河中,河水的水温会上升多少摄氏度?解:输入给冷却水的热量为Q=1000×2/3MW=666.7MW(1)以冷却水为衡算对象,设冷却水的流量为Q,热量变化率为wcp△T根据热量衡算定律,有Q×1000×4.183×10kJ/m3=

4、666.7×103kWQ=15.94m3/s(2)由题,根据热量衡算方程,得100×1000×4.183×△TkJ/m3=666.7×1000kW△T=1.56K5、在换热器里将平均比热容为3.56kJ/(kg·℃)的某种液体自25℃加热到80℃,溶液流量为1.0kg/s。加热介质为120℃的饱和蒸汽,其消耗量为0.095kg/s,蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出。试计算此换热器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数。(120℃饱和蒸汽的焓值为2708.9kJ/kg,120℃饱和水的焓值为503.67kJ/kg)解:根据题意画出过程的示意图取整个换热器为衡算系统,时间基准为1h,物态温

5、度基准为0℃液体。输入系统的物料的总焓值为H1=0.09×2708.9=257.3kWH2=1×3.56×(25-0)=89kW输出系统物料的焓值为H3=0.095×503.67=47.8kWH4=1×3.56×(80-0)=284.8kW120℃饱和水蒸气0.095kg/s120℃溶液1.0kg/s80℃溶液1.0kg/s120℃饱和水0.095kg/sq=-13.7kW负号为散热热损失百分数

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