Matlab在化工原理教学中的应用

以非常简便地进行求解, 程序如下: ( 1) 编写函数文件( 文件名保存为 f un. m)
f unct ion y = f un( x )
% x( 1) 摩擦系数 K; x( 2) 流速 u
y( 1) = ( 250* x ( 1) + 9. 9) * x ( 2) ^2- 22. 08;
y( 2) = 1/ x ( 1) ^0. 5- 1. 74+ 2* log ( 0. 01875
( 二) 换热器的操作型计算
本题属于简单管路的第一类操作型计算, 管 路计算实际上就是列出连续性方程、伯努利方程 以及阻力损失计算式。管子相对粗糙度 E/ d = 0.
例 2, 在套管换热器中用水冷却煤油。煤油 的流率为 400 kg/ h, 由 90 e 冷却到 36 e 。水的入 口温度 15 e 。两流体并流流动, 操作条件下的煤
3/ 32= 0. 009375, 雷诺数 R e= dLuQ= 42799u。在 高位槽和容器两液面间列伯努利方程并将数据代
入得 hf
=
g $z +
$p Q+
(
u
2 1
-
2
u22 )
=
1 1.
04J /
kg,
代入
范宁公式 hf = ( Kdl +
E
N)
u2 2
并
整理
得:
( 250K+ 9. 9) u2 = 22. 08
2011年 第5期 ( 总 第1 21期)
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M at lab 在化工原理教学中的应用*
杨金杯1 , 余美琼1 , 陈文韬1, 邱 挺2
( 1. 福建师范大学福清分校 生物与化学工程系, 福建 福州 350300; 2. 福州大学 化学化工学院, 福建 福州 350108)
[ 摘要] 在化工 原理理论教学过程中, 各单元操作的 操作型问 题计算 较困难, 经常 需要迭 代试差 计算, 手 算费 时费力。本文探讨了工程计算软件 M atlab 用于化工原 理操作 型问题 的计算, 结果 表明, M atlab 易 学易 用, 可有效解决化工原理计算问题。 [ 关键词] 化工 原理; M atlab; 操作型计算; 迭代
0. 3mm) , 管长 8m , 管路中所有管件的局部阻 力 系数为9. 9, 求管子流量。[ 8] 操作温度下溶剂密度 860kg/ m3 , 粘度 0. 643mP a # s。
中, 直接在主窗体界面的命令栏窗口中输入求解 函数 fsolve( 'f un', [ 0. 05 2] ) , 即可得到结果。
Applicat ion of M at lab on T eaching and L earning Pr inciples of Chem ical Engineering
Yang Jinbei, Yu M eiqiong , Chen W ent ao, Qiu T ing
Abstract: In the process o f t eaching and lea rning principles of chemical eng ineer ing, it is diff icult to solv e t he pro blem of operat ing calculatio n of unit operat ions, which is frequently requir ed iterat ive try and err or calculatio n. It is a time- consum ing and labo rious w or k by manual. T his paper intro duces the application o f matlab in the operating calculation of principles of chemical eng ineer ing, the results sho w that mat lab can effect ively im pr ove the calculation of principles o f chemical eng ineering. Key words: P rinciples o f chemical eng ineering ; M atlab; Operat ing calculation; Iter atio n
如下:
( 1) 编写函数文件( 文件名保存为 t ow er . m)
f unct ion f = t ow er( s)
f = log( 20* ( 1- s) + s) / ( 1- s) - 9. 8522;
( 2) 编写求解文件( 文件名保存为 main. m)
clear; clc
s0= [ 0. 05] ; % 初值
化工原理是化工制药类及相近专业的一门主 干课程, 是学生在具备必要的高等数学、物理、物 理化学和计算机技术等基础知识之后必修的专业 技术基础课。它主要讲述化工生产中各个单元操 作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和 各类设计型和操作型计算等, 在培养学生工程观 点, 提高学生工程能力方面起着重要的作用。[ 1-3] 化工原理课程具有内容多、公式繁、知识面广、计 算量大和应用性强等特点, 特别是化工原理的操
程式。本题已知煤油的 qm1 、cp1 、T 1 、T 2 , 冷流体水
的 t 1 , 水的比热容 cp2 未知, 但可从题给的条件判 断水的平均温度不会很高可取 cp2= 4170 J / ( kg
# e ) 。换热器的总热流量 Q = qm1 cp1 ( T 1 - T 2 ) = 13140J / s, 将相 关参 数代 入热 量衡 算 式并 整
clear; clc t 0= [ 30] ; % 初值 t 2= fsolve( 'heat er', t 0)
M at lab 在化工原理教学中的应用
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油比热熔 为 2190J/ ( kg # e ) 。已知 换热器基 于 外表面积的总传热系数为 860W/ ( m2 # e ) , 总换 热面积为 0. 72m2 , 求冷却水用量及出口温度。[ 9]
本题属于换热器的第二类操作型计算, 换热
器的计算就是联立求解热量衡算式和传热基本方
理得:
qm2 ( t2 - 15) = 3. 1511
Hale Waihona Puke ( 3)将相关参数代入传热基本方程式 Q= K A
[ ( T1-
t1) -
(T 2-
t2) ] / ln
T1 T2 -
t t
1 2
,
并整理得:
t2 + 21. 2209ln( 36- t2 ) = 52. 6210 ( 4) 联立 式 ( 5) 、( 6) 求 解 即可 得 到结 果, 程 序
例 1, 溶 剂由 敞口 的高 位槽 流入 一 表压 为 0. 02M Pa 的容器中, 其间液位差 3. 5m 且视作不 变。输 送 管 为 U38 @ 3mm 的 无 缝 钢 管 ( E=
令栏窗口 Co mmand Window 中。 另外, 也可以不编写求解文件, 将函数文件存
至 M at lab 默认的文 件夹 D: \ M AT LAB7\ w or k
理得:
Lx 1 = 0. 0006042
( 5)
传质单元数采用吸收因数法的计算式, 代入
数据并整理得:
1 1-
Sln[ 20
@ ( 1-
S) +
S]
=
9. 8522
( 6)
式中, 解吸因数 S= mG/ L = 0. 03816/ L 。
联立 式 ( 5) 、( 6) 求 解 即 可得 到 结 果, 程 序
+ 18. 7/ ( 42799* x( 2) * x( 1) ^0. 5) ; 注意: 编写的函数保存的文件名一定要与函
数名一致, 否则运行会出错。
( 2) 编写求解文件( 文件名保存为 main. m)
clear; clc
x 0= [ 0. 05 2] ; % 初值
x = f so lve( 'fun', x0) ; landai= x ( 1) % 摩擦系数 K
( 1)
流体在管内流动一般为湍流, 因此摩擦系数
K采用 Colebrook 公式计算, 带入参 数并整理 如
下:
1 = 1. 74 - 2lg ( 0. 01875 + 18. 7 ) ( 2)
K
42799u K
联立式( 1) 、( 2) 求解即可得到结果, 但由于是
非线性方程组手算费时费力, 用 Mat lab 语言则可
如下:
( 1) 编写函数文件( 文件名保存为 heat er . m)
f unct ion f = heater( t )
f = t + 21. 2209* log( 36- t) - 52. 6210;
( 2) 编写求解文件( 文件名保存为 main. m)
9. 8522。将相关参数代 入全塔物料 衡算式并 整
作型计算较复杂, [ 4, 5] 经常涉及非线性方程 和方 程组的计算, 需要迭代计算、手工计算, 对初值要 求高, 且工作量大。用普通编程语言如 C、VB 等 编程, [ 6] 需 要编写计 算方法, 过程繁 琐。而美 国 M athWor ks 公司开发的适用于科学和工程计算 的数学软件 M at lab 则可以很好地解决手工计算 和普通语言编程的缺点, 很方便地用于非线性方 程( 组) 的计算。
u= x ( 2) % 流速 u
运 行求解文件 m ain. m, 即 可得到结 果 K= 0. 0384, u = 1. 0640m / s, 进 而 求得 管 子 流 量 为