Transkript

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 B1 Lösning Givet: T = 20 C 0 T = 72 C T = 100 C D x1 = = 0.15 m 2 Det konvektiva motståndet kan försummas Beräkna X i punkten som är 6 cm från mitten T T Y = = = 0.35 T T m 0 (det konvektiva motståndet kan försummas) x n = x 0.06 = = X = Vad är temperaturen i mitten när X=0.14? n = 0 m = 0 Y = 0.49 T = T Y( T T ) = (100 20) = 60.8 C 0

11 B2 Lösningsförslag y A = 1 y A = 0 z Steady-state ger: N vägg = N, där A film N vägg = D A stål c z A (inget bulkbidrag pga fast ämne) (1) N film A luft 1 y omgivning cd = ln Δz 1 y utsida av vägg (diffusion genom stagnant komponent) (2) Integration av (1) ger N vägg = D A stål c insida utsida z utsida c z insida (3) Koncentrationen på insidan är känd: Pinsida c insida = y insida = mol/m 3 (4) RT Vi kan alltså skriva: N vägg = D A stål c insida utsida z utsida c z insida = ( *c utsida ) mol/m 2,s (5) I filmen på utsidan gäller för totalkoncentrationen: P c = = 41.3 mol/m 3 (6) RT

12 Och då även alltså: c y P RT utsida utsida = utsida = 41.3* y utsida (7) Insättning av (7) i (5): N vägg = *(1 y utsida ) mol/m 2,s (8) Då y omgivning = 0 får vi med insatta värden att (2) ger oss: N film = ln 1 1 y utsida (9) Kombination av (9) och (8) ger nu: y utsida = (10) Insättning av (10) i (9) eller (8) ger slutligen: N A = mol/m 2,s

13 Lösningsförslag TRP tentamen uppgift B3 LHå/ Materialdata för vatten vid 60 grader Celcius: ρ = kg/m 3. Eftersom engångsförlusten K är given kan Bernoullis ekvation med förlustterm användas; P 1 + ρv ρgh 1 = P 2 + ρv ρgh 2 + P f (1) där index 1 betecknar förhållanden i munstyckets inlopp och 2 betecknar förhållanden i dess utlopp. Enligt definitionen av engångsmotståndet följer att P f = K ρv Vidare gäller att v 1 = Q/A 1 = 4Q/D 2 π och v 2 = Q/A 2 = 4Q/d 2 π. Eftersom munstycket ligger horisontellt är h 1 = h 2. Alla ingående storheter i (1) är kända och därur fås nu att P 1 P 2 = 29.6 kpa. (2) En stationär impulsbalans över munstycket ger i x-led Fx = v x ρ (v n) da (3) c.s. där F x är summan av alla krafter som verkar på munstycket. Högerledet i (3) kan utvecklas; v x ρ (v n) da = v 1 ρv 1 A 1 + v 2 ρv 2 A 2 (4) c.s. Vidare vet vi att summan av alla krafter som verkar på munstycket F x kan tecknas Fx = P 1 A 1 P 2 A 1 + F ext (5) där P 1 och P 2 är trycken i munstyckets inlopp resp utlopp och F ext betecknar den yttre kraft - riktad i positiv x-led - som krävs för att hålla munstycket på plats. Det är denna kraft med ombytt tecken som efterfrågas i uppgiften. Observera också att det är arean A 1 som båda trycken verkar på! (2), (3), (4) och (5) ger nu att F ext = 7.3 kn. Detta är per definition den kraft med vilken omvärlden verkar på munstycket. Den kraft med vilken munstycket påverkar röret är motriktad denna, dvs. riktad åt höger i bilden (positiv x-led) och har storleken 7.3 kn. Svar a. P = 29.6 kpa. b. Kraften är riktad i positiv x-led och har storleken 7.3 kn. 1

14 Lösningsförslag TRP tentamen uppgift B4 LHå/ Materialdata för vatten vid 95 grader Celcius: ρ = 960 kg/m 3 (interpolation), ν = m 2 /s (interpolation). En totalbalans över hela röret ger att det som transporteras från väggen också tranporteras ut med flödet; N A A m = Qc t y ut (6) där N A är fluxet från väggen (sökt i uppgiften), A m är arean från vilken fluxet transporteras (rörets mantelarea), c t är totalkoncentrationen och y ut är molbråket i utflödet. Eftersom andelen A är väldigt liten kan Q betraktas som konstant. Totalkoncentrationen fås ur c t = ρ M där M = 18 g/mol är medelmolmassan för blandningen (vatten och A har samma molmassa). N A beräknas direkt ur (6) till mol/m 2,s. För att beräkna den maximala koncentrationen ställs en stationär materialbalans för A upp över ett skikt i röret; [Flöde av A in i skiktet] - [Flöde av A ut ur skiktet] + + [Transport av A från rörväggen in till skiktet] = 0, ty stationärt (Qc A ) x (Qc A ) x+ x + k c Dπ x (c As c A ) = 0 Q dc A dx + k cdπ (c As c A ) = 0 där k c är massöverföringstalet, c As är koncentrationen på väggen (sökt i uppgiften) och c A = c A (x) är koncentrationen i kylvattenflödet. Med randvillkoren c A (0) = 0 och c(l) = c ut fås lösningen vilket kan skrivas om som ( ) c As ln c As c ut = k cdπl Q exp(k c DπL/Q) c As = c ut [exp(k c DπL/Q) 1]. (7) k c är okänd, men kan fås via Chilton-Colburn analogin; j D k c v 1 (Sc) 2 3 = Cf /2. 2

15 Schmidts tal Sc = ν/d AB = 30. Enligt Figure 14.1 i boken fås C f = f f = för ett rör med e/d = 0.04 (Re = v 1 D/ν = ). Detta ger att k c nu kan beräknas; k c = f f v 1 2Sc 2/3 = m/s. Allt i (7) är nu känt och c As kan bestämmas (c ut = y ut c t enligt ovan); c As = c ut exp(k c DπL/Q) [exp(k c DπL/Q) 1] = 79.6 mol/m3. Svar a. Det maximala fluxet från rörväggen är N A = mol/m 2,s. b. Den maximala koncentrationen på rörväggen är c As = 79.6 mol/m 3. 3