Vätskans densitet är 770 kg/m 3 och flödet kan antas vara laminärt.

Relevanta dokument

LEONARDO DA VINCI ( )

Wilma kommer ut från sitt luftkonditionerade hotellrum bildas genast kondens (imma) på hennes glasögon. Uppskatta

B1 Vatten strömmar i ett rör som är 100 m långt och har en diameter på 50 mm. Rörets ytråhet, e, är mm. Om tryckfallet i röret inte får

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

DELPROV 2/TENTAMEN STRÖMNINGSLÄRA FÖR W, VVR OKTOBER 2003, 08:00-11:00 (Delprov), 08:00-13:00 (Tentamen)

P1. I en cylinder med lättrörlig(friktionsfri) men tätslutande kolv finns(torr) luft vid trycket 105 kpa, temperaturen 300 K och volymen 1.40 m 3.

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Energitransport i biologiska system

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Godkänt-del. Hypotetisk tentamen för Termodynamik och ytkemi, KFKA10

PTG 2015 Övning 4. Problem 1

Lösningar/svar till tentamen i F0031T Hydromekanik Datum:

Lösningar/svar till tentamen i MTM119 Hydromekanik Datum:

Tentamen Modellering och simulering inom fältteori, 21 oktober, 2006

Tillåtna hjälpmedel: Physics Handbook, Beta, kalkylator i fickformat, samt en egenhändigt skriven A4- sida med valfritt innehåll.

Ordinarie tentamen i Mekanik 2 (FFM521)

Om-Tentamen Inledande kurs i energiteknik 7,5hp. Lösningsförslag. Tid: , Kl Plats: Östra paviljongerna

Tentamen i ELEKTROMAGNETISM I, för W2 och ES2 (1FA514)

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen Torsdagen den 18 augusti 2016

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Lördagen den 20 december 2008 kl 8:30-13:30 i V. Examinator: Docent Louise Olsson

Tentamen i Kemisk reaktionsteknik för Kf3, K3 (KKR 100) Fredagen den 31 augusti 2007 kl 8:30-12:30 i M. Man får svara på svenska eller engelska!

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TFYA16: Tenta Svar och anvisningar

Lösningar/svar till tentamen i MTM119/052 Hydromekanik Datum:

Kapitel 9 Hydrostatik. Fysik 1 - MB 2008

Övningstenta Svar och anvisningar. Uppgift 1. a) Hastigheten v(t) får vi genom att integrera: v(t) = a(t)dt

Magnus Persson, Linus Zhang Teknisk Vattenresurslära LTH TENTAMEN Vatten VVR145 4 maj 2012, 8:00-10:30 (del 2) 8-13:00 (del 1+2)

SKOLORNAS FYSIKTÄVLING

WALLENBERGS FYSIKPRIS

Bra tabell i ert formelblad

FFM234, Klassisk fysik och vektorfält - Föreläsningsanteckningar

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Strömning och varmetransport/ varmeoverføring

Tentamen ellära 92FY21 och 27

WALLENBERGS FYSIKPRIS

2. Vad innebär termodynamikens första lag? (2p)

1. Beräkna volymen av det område som begränsas av paraboloiden z = 4 x 2 y 2 och xy-planet. Lösning: Volymen erhålles som V = dxdydz.

Inlupp 3 utgörs av i Bedford-Fowler med obetydligt ändrade data. B

27,8 19,4 3,2 = = ,63 = 3945 N = = 27,8 3,2 1 2,63 3,2 = 75,49 m 2

d dx xy ( ) = y 2 x, som uppfyller villkoret y(1) = 1. x, 0 x<1, y(0) = 0. Bestäm även y( 2)., y(0) = 0 har entydig lösning.

Tentamen Mekanik F del 2 (FFM520)

x f x + y f y x. 2 Funktionen f(x, y) uppfyller alltså given differentialekvation.

WALLENBERGS FYSIKPRIS

CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA Tillämpad mekanik Göteborg. TME055 Strömningsmekanik

2.2 Vatten strömmar från vänster till höger genom rörledningen i figuren nedan.

TNA004 Analys II Tentamen Lösningsskisser

Tentamen i Mekanik II

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Lösningsförslag

Lösningar/svar till tentamen i MTM113 Kontinuumsmekanik Datum:

Tentamen i El- och vågrörelselära,

τ ij x i ρg j dv, (3) dv + ρg j dv. (4) Detta samband gäller för en godtyckligt liten kontrollvolym och därför måste det + g j.

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Tentamen i Termodynamik och Statistisk fysik för F3(FTF140)

Densitet Tabellen nedan visar massan och volymen för olika mängder kopparnubb.

HYDRAULIK Grundläggande begrepp I

= y(0) för vilka lim y(t) är ändligt.

Inlämningsuppgift 2. Figur 2.2

4 rörelsemängd. en modell för gaser. Innehåll

SF1626 Flervariabelanalys Tentamen 14 mars 2011,

Varje laborant ska vid laborationens början lämna renskrivna lösningar till handledaren för kontroll.

HYDRAULIK (ej hydrostatik) Sammanfattning

Tentamen Mekanik MI, TMMI39, Ten 1

IV, SF1636(5B1210,5B1230).

Lektion 3: Verkningsgrad

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Porösa medier Transvaskulär transport

Möjliga lösningar till tentamen , TFYY97

Lösningar till tentamen i Kemisk termodynamik

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. 1. En svängningsrörelse beskrivs av

Försättsblad till skriftlig tentamen vid Linköpings Universitet

Lektion 5: Innehåll. Bernoullis ekvation. c 5MT007: Lektion 5 p. 1

Tekniska Högskolan i Linköping, IKP Tore Dahlberg TENTAMEN i Hållfasthetslära grk, TMHL07, kl 8-12 DEL 1 - (Teoridel utan hjälpmedel) LÖSNINGAR

MV0192. Deltentamen i markfysik

MMA127 Differential och integralkalkyl II

1. (a) Beräkna gränsvärdet (2p) e x + ln(1 x) 1 lim. (b) Beräkna integralen. 4 4 x 2 dx. x 3 (x 1) 2. f(x) = 3. Lös begynnelsevärdesproblemet (5p)

SF1626 Flervariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A

Tentamen i Termodynamik för K och B kl 8-13

Lärobok, föreläsningsanteckningar, miniräknare. Redovisa tydligt beräkningar, förutsättningar, antaganden och beteckningar!

Tentamen i El- och vågrörelselära,

Louise Olsson ( ) kommer att besöka tentamenslokalen på förmiddagen.

Transportfenomen i människokroppen

Tentamen i : Vågor,plasmor och antenner. Totala antalet uppgifter: 6 Datum:

TENTAMEN. Tekniskt-Naturvetenskapligt basår Kurs: Fysik A, Basterminen del 1 Hjälpmedel: Miniräknare, formelsamling.

Kursprov i matematik, kurs E vt Del I: Uppgifter utan miniräknare 3. Del II: Uppgifter med miniräknare 6

SF1625 Envariabelanalys Lösningsförslag till tentamen DEL A. e x2 /4 2) = 2) =

= 1 E {σ ν(σ +σ z x y. )} + α T. ε y. ε z. = τ yz G och γ = τ zx. = τ xy G. γ xy. γ yz

a) Vi kan betrakta luften som ideal gas, så vi kan använda allmänna gaslagen: PV = mrt

Betygskriterier Matematik E MA p. Respektive programmål gäller över kurskriterierna

Arbete och effekt vid rotation

Tentamen i Fysik A, Tekniskt-Naturvetenskapligt basår

Hur förändras den ideala gasens inre energi? Beräkna också q. (3p)

Institutionen för matematik SF1626 Flervariabelanalys. Lösningsförslag till tentamen Måndagen den 5 juni 2017 DEL A

Tentamen i Molekylär växelverkan och dynamik, KFK090 Lund kl

PROV 3, A-DELEN Agroteknologi Vid inträdesprovet till agroteknologi får man använda en formelsamling.

Lösningsskiss för tentamen Vektorfält och klassisk fysik (FFM232)

T / C +17. c) När man andas utomhus en kall dag ser man sin andedräkt som rök ur munnen. Vad beror det på?

Transkript:

B1 En vätska passerar nedåt genom ett vertikalt rör med innerdiametern 1 dm. Den aktuella vätskan är kemiskt instabil och kräver en extra omsorgsfull hantering. Detta innebär bl.a. att storleken av den skjuvspänning som uppstår till följd av strömningen inte någonstans i vätskan får överstiga 1 kpa. Vätskans densitet är 770 kg/m 3 och flödet kan antas vara laminärt. Bestäm storlek och riktning av den tryckgradient (statiskt tryck) som föreligger i vätskan vid maximalt tillåtet flöde! (10 p)

B2 Kokning anses normalt vara en skonsam tillagningsmetod för livsmedel, särskilt jämfört med stekning. Ett särskilt skonsamt kokningsförfarande erhålles då livsmedlet lägges i kokvarmt vatten som tagits från plattan, och värms av det kallnande vattnet tills det uppnått en jämn temperatur inuti. Vid ett tillfälle skall man på detta sätt tillaga ett fiskblock. Fisken tas ur kylskåpet (5 C) och lägges i 100-gradigt vatten som nyss tagits av spisen. På så sätt kommer temperaturen på fisken att öka samtidigt som temperaturen på vattnet minskar. När hela fisken har temperaturen 60 C är den färdig. Hur lång tid tar denna tillagning? Antag att det inre motståndet kan försummas samt att temperaturen vid varje tidsögonblick är homogen i vattnet i kastrullen. Antag vidare att inga värmeförluster sker till omgivningen. Följande data gäller i det aktuella temperaturintervallet: Vatten: V H2O = volym vatten i kastrullen = 10-2 m 3 ρ H2O = 970 kg/m 3 c p,h2o = 4200 J/kg,K h = konvektiv värmeöverföringskoefficient = 10 W/m 2,K Fisk: m fisk = 0.3 kg c p,fisk = 0.9. c p,h2o A fisk = fiskens yta = 0.077 m 2 (10 p)

B3 Diffusiviteten för klorpicrin (CCl 3 NO 2 ) i luft bestämdes i ett försök med en så kallad diffusionscell (se figur med mått nedan). Samtliga mått för cellen som anges nedan kunde anses konstanta under försökstiden. Övriga data som användes var: Lufttryck: 1.03. 10 5 Pa Temperatur: 25 C Ångtryck av CCl 3 NO 2 vid 25 C: 3.17. 10 3 Pa Molvikt (CCl 3 NO 2 ): 163 kg/kmol Cellen vägdes två gånger med en timmas mellanrum. Man fann då att 39.8 mg CCl 3 NO 2 hade avdunstat på denna tid. Vilket värde ger detta på den sökta diffusiviteten? Luften ovanför cellen har försumbart innehåll av CCl 3 NO 2 och stationära förhållanden kan anses råda. Mått D 1 = 0.05 m D 2 = 0.1 m L 1 = 0.320 m L 2 = 0.08 m (8 p)

B4 En cirkulär skiva med diametern (D) 5 cm bestående av packad fast bensoesyra roterar med 25 varv per minut. Skivan är nedsänkt i en stor vattenfylld behållare av 25 grader C. Bestäm massfluxet [kg/m 2,s] av bensoesyra från skivan till vattnet vid stationära förhållanden! Ledning: Diffusivitet av bensoesyra i vatten 1,0 * 10-5 cm 2 /s Löslighet av bensoesyra i vatten 0,003 g/cm 3 Följande korrelation för Sherwood s tal gäller för hela skivan (inkl kanterna) Sh D = 0,6 Re 1/2 Sc 1/3 Re = D 2 ωρ / μ där ω är vinkelhastigheten i radianer per tid. (8 p)

Lösningsförslag TRP tentamen 2009 08 18 LHå/2009 08 24 UPPGIFT B1 Vi börjar med att rita en enkel figur: z P τ w τ w Δz d P F Den maximala skjuvspänningen föreligger närmast väggen och har riktning enligt figuren (se förklaring och definitioner i boken). Eftersom flödet är riktat nedåt kommer skjuvspänningen att bli positiv som den är ritad i figuren (skjuvspänningen uppstår då fluiden har olika hastighet på olika avstånd från centrum på röret, och den kan ses som en friktionsspänning mellan de olika fluidelementen, därav dess tecken; se boken för ett mer utförligt resonemang). Vid maximalt flöde erhålls vidare maximal skjuvspänning (skjuvspänningen är proportionell mot hastighetsgradienten för en newtonsk fluid). Således ger oss villkoret att den maximala skjuvspänningen i vätskan ingenstans för överskrida 1 kpa, att skjuvspänningen närmast väggen är +1 kpa vid maximalt flöde. Skulle man välja att vända koordinatsystemet åt andra hållet, blir villkoret istället att skjuvspänningen vid väggen aldrig får underskrida 1 kpa vid motsvarande flöde. En kraftbalans över skiktet mellan z och z+ z ger r P A tv z P A tv z z V skikt g A m =0.

Med kända storheter fås P z d2 4 P z z d2 4 z d2 g z d =0. 4 Dividera med z och låt z gå mot noll. Detta ger att dp dz = 4 g=32 kpa/m. d Gradienten är med andra ord positiv vilket innebär att den är riktad åt samma håll som koordinataxeln, dvs. uppåt. Svar: 32 kpa/m, riktad uppåt.

Lösningsförslag B2 Instationär värmetransport. Ackumulationen av värme i fisken motsvaras av värmetransporten till fisken från vattnet. Temperaturen i fisken (T fisk ) respektive vattnet (T H2O ) får antas uniforma i varje tidsögonblick. Värmebalansen som beskriver vårt problem är alltså: dtfisk mfiskcp, fisk = hafisk ( TH ) 2O Tfisk (1) dt Det enda som saknas för att kunna lösa ovanstående differentialekvation och finna det t som motsvarar T fisk = 60 C är ett uttryck för T H2O som funktion av T fisk. Ett sådant erhålles ur kunskapen om att värmeförluster till omgivningen får försummas. Sålunda måste all energi som lämnar vattnet tas upp av fisken, och vi kan skriva: ( = ) ( = ) m c T T = m c T T (2) fisk p, fisk fisk fisk, t 0 H2O p, H2O H2O, t 0 H2O Lös ut T H2O och utnyttja vetskapen om att m ( = ) = V ρ : m c T T T = T 100 0.0278 T 5 (3) ( ) fisk p, fisk fisk fisk, t 0 HO 2 HOt 2, = 0 fisk VHOρ 2 HOc 2 pho, 2 Använd (3) i (1): dtfisk mfiskcp, fisk = hafisk ( 100.139 1.0278Tfisk ) (4) dt Med lite siffror: dt dt fisk ( Tfisk ) 4 = 6.79 10 100.139 1.0278 (5) Integrera från tiden t = 0 till t = t slut : 60 dt t slut fisk = dt 4 56.79 10 ( 100.139 1.0278T fisk ) (6) 0 t slut = 1295 s = 21.6 min (Notera att det inte finns någon egentlig anledning till att avrunda i (3) och (5), men det gör lösningen mer lättläst).

Lösningsförslag B3 Diffusionscell. Diffusion genom stagnant komponent: N Az, cd 1 y ln 1 AB A2 = ( z2 z1) ya 1 (1) Vi söker diffusiviteten, så lös ut den: D AB ( ) NAz, z2 z1 = 1 y A2 c ln 1 y A1 (2) Givet i figur: z 2 z 1 = 0.320 m (3) A tv 2 π D1 = = 0.00196 m 2 (4) 4 Lätt beräknat: 5 P 1.03 10 c = = mol/m = 41.55 mol/m RT 8.3145 273.15 + 25 ( ) 3 3 (5) y p 3.17 10 = = = 0.0308 P 1.03 10 3 A1 A1 5 (6) N Az, 3 ΔmA 39.8 10 = = mol/s,m = 3.46 10 mol/s,m M A Δt 163 0.00196 3600 A tv 2 5 2 (7) Luften ovanför har försumbart innehåll : y A2 = 0 (8) Stoppa in värden: D AB = 8.52. 10-6 m 2 /s (Givna mått L 2 och D 2 är givetvis inte intressanta för denna beräkning).

Lösningsförslag TRP tentamen 2009 08 18 LHå/2009 08 24 UPPGIFT B4 Materialdata för vatten vid 25 grader C: Kinematisk viskositet = 0,896 10 6 m 2 /s. Det molära fluxet [mol/m 2,s] av bensoesyra (A) från skivan beskrivs av sambandet N A = k c (c s c 0 ), där c s är ytkoncentrationen och c 0 är koncentrationen i vattnet. Om båda sidor förlängs med molmassan M A erhålls ett uttryck för massfluxet [kg/m 2,s] av A från skivan m A = N A M A = k c (c s M A c 0 M A ). (*) Observera att termerna inuti parantesen har enheten kg/m 3. Eftersom vattnet alldeles intill skivan är mättat med bensoesyra, blir c s M A lika med bensoesyras löslighet i vatten. Då vattenmängden är stor kan koncentrationen av bensoesyra i bulkdelen av vattnet anses vara försumbar i sammanhanget. För att beräkna m A ur (*) kvarstår således endast att bestämma k c. Denna kan fås ur definitionen av Sherwoods tal, Sh D = k c D / D AB. (**) Korrelation för Sherwoods tal, Sh = f(re, Sc), finns i uppgiftstexten. Med siffror fås vilket ger Re = 7 305 och Sc = 896 Sh = 494. Nu kan k c bestämmas ur (**) k c = 9,89 10 6 m/s. (*) ger slutligen att m A = 9,89 10 6 * 3 = 2,97 10 5 kg/m 2,s. Svar: 2,97 10 5 kg/m 2,s.