《谈谈化工计算中的_试差法_汪福意》由会员分享，可在线阅读，更多相关《谈谈化工计算中的_试差法_汪福意（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、谈谈化工计算中的 试差法 化学科汪福意 卜 化工计算由于实际工 业过程 的复杂性而不 同于理 科学生以往 接触到 的纯理 沦化学计 算 在一般的 基础理论计算中 时常是根据已知条件去找相 应的公式 代入 已知数据扰 能求得未知量 但在工程计算中 往 往不是这 种简单的代入 扰能解决问题的 有时要 用一个方程去求两个未知 量 甚至 三个 怎样解决这 种矛盾呢 工程 上一般是根据直接 和间接经验 综合考虑工艺要求 经济效益等各方面 的 因素 选定其中一个量 或几个 量 作为选择参数 假定以适当数值作为已知条件去求另一个量 升算过 程中由于工业 过 程本身的各种 限制 和约束 使得选择参数往往不能一
2、时选择正确 而 要经过反复的选 择 计算以及核算才能达到要求 这种以某一个量 或某几个量 作为选择参数 经过 数次假设其数值 试算 核算而求得另一个量或另几个量的计算方法 就是试差法 试差法是化工计算中常用到的计算方法之 一 在流体输送过程 的管路设计中更为常 见 木文拟就管路设计中的计算为例 谈谈 试 差法 的一般步骤和所 要注 意的 一 些问 题 管路计算不 外乎两 种 l 设计型计算 生产任务一定 V s 一定 设各为未知 需要设计管线 选 定 没务 求管径d等 2 操作型计算 设备 管线一定 要 核计流量 检查是 否 达到了设计指标 在这 两种类型 的计算中 如果过程的摩擦系数为未知
3、则一般都要 用到 试差法求 解 这主要是由于流体流 动过程的摩擦系数没有确定 的理论计算式的缘故 我们以一 例 操作型计算作为对象进行具体讨论 例 1 原油 在甲1 1 4 X 4m m 的钢管中流过 管路 总 长为3 km 包括管件的当量 一长 度 若管路中允许压 强降为3 g cm Z 试求管路中原油的流率 原油的 密 度 为ssokg m 3 粘度为5 lep 分析 这 是一例操作型计算问题 管径为已知 所以若能计算出管路中 原油 的 流 速 问题就迎刃而解了 而在管路计算中计算流速有三个途径 洲 由式 d 一 丫赞 求解 但式中V u 都为未知数 欲求量 故无法 由此而得 u 由柏努利
4、方程求u 我们知道柏努利方程只能是由一个截面已知的流速求另一 个截面 的流速 或是V s 为已知 以连续性方程作辅助方程联合求解沿流向各断 面 的 流 速 这里两 种条件都不具备 因此此路不通 一 二 L uZ 切 田式 乙n 1 万 厄 J百 1 求u 根据题意L d为已知 因为过程为长距 离流体输送 过程中流体位能 流速可以认 六 一 二 二 一一 乙P 二 刀近 似小艾 肌以侃利胜住阴阻刀坝大赶1以寺丁廷住则庄独l津 即 一万飞 二 1 1 畔 将此式代入 刁P 式则有 一 一 二二 六 pg 刁P 入 L UZ d29 互 一巴址 d2 du e 卜 一 一 理论上将上式 与方程久 尹
5、 R e d 及R e 二士 联合求解就能求得 u 因为这 三 个方 协 程中只有三个未知数u 入 R e 但实际上 由于入 厂 R e d 没有确定的理论式 只有相应R e 范圈内久的 经验 计算式或是由R e 直接查图 而久的经验计算式的确定或是由R e查图都必须 先知 道 R 但R e 求得又依赖于 u 的确定 故实际上也无法通过所列三个方程式的联解而求 u 这时就 需要在拼 入 R e 中选定一个量作为选择参数 假定其一定的值作为已知条件 然后再联 立三方程求解 即用试差法进行计算 以试 差法求解 在这里可作为选择参数的量有三个 R 入 u 以哪 一个作为选找 参数最好 由什么样的途径
6、求解为最佳呢 我们将不同的 方法 途径作个比较 从中找 出最佳途径 P一 七砚子 几 又已知 d 二 114 一 8 10 一3 m 有 3kg em 扭 3义9 81 x 10 N m Z 竺 一 s 9 51 x 20 离 整 理得 另以 几 uZ 2 4 5x10 一2 R 业 仁 L V 沉 一 t lZu 4 二 1 二 2 3 作为辅助方程联合求解 方法I 以丸为选择参数 试设一个几 由几查 图可得R e 再 由 2 式可求得 u 将假设值丸与所求值u代入 1 式 左边得几 u m 将m与2 4 5 又 1 0 一 相 比较 如果 两者相等或近似相 等 误美不超过 工 程允许误 差
7、5 即认为试设之义及求得的u可以接受 这样由式 3 即可求得V 如 果两 者不等 相差 很大 则需重设一个几 重复上述计算 直到m等于2 4 5 义 1 0 一2 为止 方 法n 以R e 作为选择参数 试设一个R c 由 式可求得u 由R e 查 图可得相对应的 卜 尸 将求得的几 u 代入 1 式得人 uZ m 比较m是否等于2 4 5 X 10 一2 如相等或近似相等 则u为所求 如不 相等 则需 重设一个R e 重 复计算 直到m等于2 45 x 10 一 为止 方 法 班 以 u 为选择参数 试设 一个 u 代入 2 式 一可得 R e 再由R e 查 图得几 将求得的几代入 1 式
8、求得u 伺 比较计算值u与假设值 是 否相等 若 u 假没 二u 计算 则所设u为所求 若不等则 要重设一个 u 重复计算 直到相等为止 方法 工V 以几为选择参数 试设 一个几 代入 1 式求u 再将 u 代入 2 式求得R e 由求得的R e 查图得几 月比较查图得出的几与 所 设兄是否相等 或近 似相等 若相等即由此而求得的 u 为听 求 若不等 则需再设凡重 复计算 比较方法I一IV 因为在一般的管路计算中 又的 变化范围不大 如输送水时大都为0 0 2 0 0 3 左右 故以凡为选择参数 容 易做到试差准确 试差命中率高 但在一般 的情况下 特别是 湍 流时几随R e 的变化不大 因
9、而试 差所设 的久误差一点点 都将使R e相 差 甚 远 甚至 在 很大时久不随R e 而 变化 这时一个久可以对 应几个不同的R e 即会导致不定解 很难 达 到准确计算的 目的 因此实际计算中要尽量避免出现 由几直接查 图求R e的情况 故方法 I不 可取 而 在方法I V中既保留了方 法I之优点以久为选择参数 又避开了方 法I之 缺陷 因为方 法IV是由几求u再 由u求R e 而几一 u u一 R e 都是一一对应关系 不会有不定解出 现 故方法I V是 一可行的 因为 流体流动时R e 的变 化范围很 大 从 1 0 1 0 不 等 甚 至更大 所以若以R e 为选 择 参数 要 在相
10、差几个数最级的范围内求设一 个准确量 如大海捞针 确非易事 故方法 兀也是不可 行的 方法 l 中以 u 为选择参数 由于一定的 流体在输送过程中 有一定的流速限制 变 化范围较小 容易试 差准确 而且由假设 的u求得的R e 几也是唯 一 的 不会有多解 故 此法也是可取 的 但是 u 的变化范围比之凡的变化范围相应较大 i式 差命中率相应降低 注在试差以前必须 查表确定所输送流体的流速范围 所以可以说方法工V是最佳途径 故解 以几作为选择 参数 先假设 凡二0 029 由 凡 u 2 45又10 一2 得 u一 丫 兰45 X 10 0 029 2 一 二0 9 2m S R 二 娅 0
11、10 6 X O 92X8 50 件尸代尸于尸丁井士盲 一 二 1 0 一 1入IU 由R 查图 取钢管的绝对粗糙度 二o Zmm 一可得几二 0 3 1斗丸假设 0 0 29 听设 值偏小 63x10巡 则相对粗糙度 l一 0 2 1 0 6二0 00 2 所以必 须 震设一个久 重 复计算 将各次各项计算结果列表如下 了 声口咨护 竺进 幼 二止 久l由 1 式 计算u 查图得 的几 1 2 0 0 2 9 下下 一飞 一0 3 2 一 92 1 1 1 1 1 匕 止三二 03 1 一军毕 品 竺竺 0 8 9 0 1 5 8X10 O O O 031 1 1 尸 于 设几偏低低 0 3
12、05 5 5 所设久偏高高 二 卫巴 0 03 1 之可以接受 匕 由表中看出 u 0 8 9为所求 急原油在管中的 流率 二 一 李 d u 4 一不 20 6 xl 一 义 5 9 义3600 4 二2 3 遭 工 h 综上所述 试差法计算时应注意以下几个问题 1 所选定作为选择参数的物理 量 变化范围要尽可能小 且这个范围放好为已知或 有据可查 这样提高试差的命中率 使计算快速 准确 2 由所设物理量得出的其 色物理 量 包括欲求量 只 能有唯 一解 3 核算过程中在同一个物理 量所设值和推导计算值有差别 时 要分析 弄清所设 值是偏低还是偏高 然后根据具体情况有目标的重新假没 计算 避
13、免盲目地 试差 试差 法不仅在管道计算中经常应用 在其它类型的化工计算 如物料衡算 传热 计算 蒸馏计算中也时常用到 一般在未知量数目多于所列 方程数目时 或是自由度数目与方 程数相等 但变量之 间没有线性关系 求解困难或是数字运算复杂时 都可用 试差 法求 乓乓 食眷叨 叨 少 汀汀 收喻一一户 1 1 1 I I I I I I I I I I I I I I I I l I I I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 琴琴琴琴琴琴琴琴琴 乙乙乙乙乙乙乙乙乙乙 为为 幕幕幕幕 峰峰 哈哈哈哈 豁豁 I I I I I I I 玲玲 亚亚亚亚亚 附 图 一 试算三 四次即可得出较为满意的结果 木题 中D 5 2 1kg h的假设就是经过 几 次试 差 后筛选出的 只不过 在这里略去罢了 试差 法作为一种技 巧性计算方法 在工程计算中广为应用 但是 试 差法没有一定的 公眼和公 式 随工艺过程 的特点及个人的经验不同而方法各异 这里只是 就本人在学习 和教学巾的体会谈一点肤浅的 认识 难免顾此失彼 望批评 指正 参孝文献 1 湖南大学朱云生等著州乞学工 程基础 上册 内部发行 1 983 2 华南师大等四院校合编 化学工 程基础简明教 程 湖南科技出版社 1983 3 姚玉英等编 化工原理例题与习题 化学工业出版社 198 3 85 5 2 6 刁绷 繁汉 映 碑
