質(zhì)量衡算和熱量衡算習(xí)題

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1、1、某一湖泊的容積為10×106m3，上游有一未被污染的河流流入該湖泊，流量為50m3/s。一工廠以5m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，濃度為100mg/L。污染物降解反應(yīng)速率常數(shù)為0.25d-1.假設(shè)污染物在湖中充分混合。求穩(wěn)態(tài)時(shí)湖中污染物的濃度。解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)湖中污染物濃度為ρm，則輸出的濃度也為ρm由質(zhì)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、某水池內(nèi)有1m3含總氮20mg/L的污水，現(xiàn)用地表水進(jìn)行置換，地表水進(jìn)入水池的流量為

2、10m3/min，總氮含量為2mg/L，同時(shí)從水池中排出相同的水量。假設(shè)水池內(nèi)混合良好，生物降解過(guò)程可以忽略，求水池中總氮含量變?yōu)?mg/L時(shí)，需要多少時(shí)間？解：設(shè)地表水中總氮濃度為ρ0，池中總氮含量為ρ由質(zhì)量衡算，得即3、有一個(gè)4×3m2的太陽(yáng)能取暖器，太陽(yáng)光的強(qiáng)度為3000kJ/(m2·h)，有50%的太陽(yáng)能被吸收用來(lái)加熱流過(guò)取暖器的水流。水的流量為0.8L/min，求流過(guò)取暖器的水升高的溫度。解：以取暖器為衡算系統(tǒng)，該系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)，衡算基準(zhǔn)取1小時(shí)輸入取暖器的熱量為3000×12×50％kJ/h＝18000kJ/h設(shè)取暖器的水升高的溫度為△T，則水流熱量變化率為wcp△T由熱量衡

3、算方程，有18000kJ/h＝0.8×60×1×4.183×△TkJ/(h·K)解得△T＝89.65K4、有一個(gè)總功率為1000MW的核反應(yīng)堆，其中2/3的能量被冷卻水帶走，不考慮其他能量損失。冷卻水來(lái)自于當(dāng)?shù)氐囊粭l河流，河水的流量為100m3/s，水溫為20℃。（1）如果水溫只允許上升10℃，冷卻水需要多大的流量？（2）如果加熱后的水返回河中，河水的水溫會(huì)上升多少攝氏度？解：輸入給冷卻水的熱量為Q＝1000×2/3MW＝666.7MW（1）以冷卻水為衡算對(duì)象，設(shè)冷卻水的流量為Q，熱量變化率為wcp△T根據(jù)熱量衡算定律，有Q×1000×4.183×10kJ/m3=666.7×103kWQ

4、＝15.94m3/s（2）由題，根據(jù)熱量衡算方程，得100×1000×4.183×△TkJ/m3＝666.7×1000kW△T＝1.56K5、在換熱器里將平均比熱容為3.56kJ/（kg·℃）的某種液體自25℃加熱到80℃，溶液流量為1.0kg/s。加熱介質(zhì)為120℃的飽和蒸汽，其消耗量為0.095kg/s，蒸汽冷凝成同溫度的飽和水后排出。試計(jì)算此換熱器的熱損失占水蒸氣所提供熱量的百分?jǐn)?shù)。（120℃飽和蒸汽的焓值為2708.9kJ/kg，120℃飽和水的焓值為503.67kJ/kg）解：根據(jù)題意畫(huà)出過(guò)程的示意圖取整個(gè)換熱器為衡算系統(tǒng)，時(shí)間基準(zhǔn)為1h，物態(tài)溫度基準(zhǔn)為0℃液體。輸入系統(tǒng)的物料

5、的總焓值為H1＝0.09×2708.9＝257.3kWH2＝1×3.56×（25－0）＝89kW輸出系統(tǒng)物料的焓值為H3＝0.095×503.67＝47.8kWH4=1×3.56×（80－0）＝284.8kW120℃飽和水蒸氣0.095kg/s120℃溶液1.0kg/s80℃溶液1.0kg/s120℃飽和水0.095kg/sq＝－13.7kW負(fù)號(hào)為散熱熱損失百分?jǐn)?shù)