质量衡算和热量衡算习题

1 某一湖泊的容积为某一湖泊的容积为 10 106 m3 上游有一未被污染的河流流入该湖 上游有一未被污染的河流流入该湖 泊 流量为泊 流量为 50m3 s 一工厂以 一工厂以 5 m3 s 的流量向湖泊排放污水 其中含的流量向湖泊排放污水 其中含 有可降解污染物 浓度为有可降解污染物 浓度为 100mg L 污染物降解反应速率常数为 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 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 m 则输出的浓度也为 m 由质量衡算 得 1 2 k V 0 即 5000L s 100mg L 5000 50000 mL s 10 109 0 25 m 3600 24L s 0 解得 m 5 96mg L 2 某水池内有 某水池内有 1m3含总氮含总氮 20mg L 的污水 现用地表水进行置换 地的污水 现用地表水进行置换 地 表水进入水池的流量为表水进入水池的流量为 10m3 min 总氮含量为 总氮含量为 2mg L 同时从水池中 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水池中总氮含量变为 5mg L 时 需要多少时间 时 需要多少时间 解 设地表水中总氮浓度为 0 池中总氮含量为 由质量衡算 得 dt dm 21 即 dt V d QQ 201 18min 0 t dtd 1020 1 dtd 1020 1 dt d 100010000210000 t 0 5 20 3 有一个 有一个 4 3m2的太阳能取暖器 太阳光的强度为的太阳能取暖器 太阳光的强度为 3000kJ m2 h 有有 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 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 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 65K 4 有一个总功率为 有一个总功率为 1000MW 的核反应堆 其中的核反应堆 其中 2 3 的能量被冷却水带的能量被冷却水带 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 量为量为 100m3 s 水温为 水温为 20 1 如果水温只允许上升 如果水温只允许上升 10 冷却水需要多大的流量 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 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 cp T 根据热量衡算定律 有 Q 1000 4 183 10kJ m3 666 7 103kW Q 15 94m3 s 2 由题 根据热量衡算方程 得 100 1000 4 183 T kJ m3 666 7 1000kW T 1 56K 5 在换热器里将平均比热容为 在换热器里将平均比热容为 3 56kJ kg 的某种液体自 的某种液体自 25 加加 热到热到 80 溶液流量为 溶液流量为 1 0kg s 加热介质为 加热介质为 120 的饱和蒸汽 其消的饱和蒸汽 其消 耗量为耗量为 0 095kg s 蒸汽冷凝成同温度的饱和水后排出 试计算此换热 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 器的热损失占水蒸气所提供热量的百分数 120 饱和蒸汽的焓值为饱和蒸汽的焓值为 2708 9kJ kg 120 饱和水的焓值为饱和水的焓值为 503 67kJ kg 解 根据题意画出过程的示意图解 根据题意画出过程的示意图 取整个换热器为衡算系统 时间基准为取整个换热器为衡算系统 时间基准为 1h 物态温度基准为 物态温度基准为 0 0 液体 液体 输入系统的物料的总焓值为输入系统的物料的总焓值为 H1 0 09 2708 9 257 3kW H2 1 3 56 25 0 89kW 3kW 346HHH 21F 输出系统物料的焓值为输出系统物料的焓值为 H3 0 095 503 67 47 8kW H4 1 3 56 80 0 284 8kW 332 6kWHHH 43p 120 饱和水蒸气 0 095kg