环境工程原理习题解答(共15页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上环境工程原理习题解答第三章 流体流动习题3.3 污水处理厂中，将污水从调节池提升至沉淀池。两池水面差最大为10m，管路摩擦损失为4J/kg。流量为34m3/h。求提升水所需要的功率。设水的温度为25。解：（1）根据流体输送能量方程（3.1.18）：因2池均为敞口池，且池面很宽广，故p1=p2=0，um1=um2=0。根据题意：z2-z1=10m，因此有： =9.810+4=102 J/kg“-”号表示流体机械给水做功，即为水泵。 （2）查附录5知：20=998.2 kg/m3，30=995.7 kg/m3，则25时水的密度：25=（998.2+995.7）/2=997

2、.0 kg/m3 故提升水所需功率为： N=WeQ=102997.034=3.46106 J/h=961 w (J/s)=0.96 kw习题3.5 如图所示，有一直径为1m的高位水槽，其水面高于地面8m，水从内径为100mm的管道中流出，管路出口高于地面2m，水流经系统的能量损失（不包括出口的能量损失）可按hf=6.5u2计算，式中u为水在管内的流速，单位为m/s。试计算：（1） 若水槽中水位不变，试计算水的流量；（2） 若高位水槽供水中断，随水的出流高位槽液面下降，试计算液面下降1m所需的时间。解：（1）按图示选取计算断面，基准面0-0取在地面，则有： p1=p2=0，um1=0，z1=8m

3、，z2 =2m 按单位重量的能量方程（3.1.24）进行计算： 其中上式中的hf=6.5um22/g 将已知条件代入可得： 解之得： 则出流流量： Q1=0.7850.122.9=0.0228 m3/s=82.0 m3/h（2）设某一时刻水池液位高度为z，则能量方程可写为： 整理得： 经时间dt后，水流从管内流出的水量为： dQ=0.785d2um2dt=0.7850.12=9.310-3dt 此时，水池中的液位下降了dz=dQ/(0.785D2)=11.8510-3dt 则: 当z从8m降为7m时所需时间： T=36s习题3.10题略解：（1）因Q=140m3/h=0.0389m3/s 则1

4、50mm和100mm管内的流速为： u150=2.20m/s，u100=4.96m/s其： Re150=9972.20.15/(90.310-5)=3.64105 Re100=9974.960.10/(90.310-5)=5.48105（2）查莫迪图可得摩阻系数 150=0.014, 100=0.013查P87表3.4.4得局部阻力系数： 90度弯头w=0.75，底阀d=1.5，闸阀f=0.17（全开） 入口e=0.5，出口o=1.0，变径头b=0.32（d2/D2=0.45）（3） 则所需水泵扬程 =60+0.014(60+23)/0.15+(0.5+1.5+20.75) 2.22/(29.

5、81) +0.013100/0.1+(30.75+0.17+0.32+1) 4.962/(29.81) =60+3.05+23.08=86.1m（4） 所需水泵理论功率Ne=HpQg=86.10.03899979.81=32.8103 w=32.8 kw（5） 水泵实际功率Ns=Ne/=32.8/60%=54.7kw（6） 水泵每天所需电费Fd=54.7240.46=603.9604元/日习题3.13题略解：（1）全部按长管计算，忽略局部损失，且均按完全湍流计算管段管长L(m)管径d(mm)相对粗糙度(e/d)摩阻系数比阻RMAN10002000.0020.0266.73MBO9003000.

6、00130.0230.784ON3002500.00160.0242.03（2）设A管段流量为QA，B管段流量为QB，可列出如下方程组： RMANLMANQA2= (RMBOLMBO +RONLON)QB2 QA+QB=Q将已知数据代入： 6.731000QA2=（0.784900+2.03300）QB2 QA+QB=0.12解之得： QA=0.0368 m3/s=36.8 L/sQB=0.12-0.0368=0.0832 m3/s=83.2 L/s（3）MN之间的阻力损失为： HMN= RMANLMANQA2=6.7310000.03682=9.11m第四章 热量传递习题4.4某一DN603

7、mm的铝复合管，其导热系数为45W/(m.K)，外包一层厚30mm的石棉后，又包了一层厚为30mm的软木，石棉和软木的导热系数分别为0.15 W/(m.K)和0.04 W/(m.K)。试求：（1）如已知管内壁温度为-105，软木外侧温度为5，则每米管长的冷损失量为多少？（2）若将2层保温材料互换，假设互换后石棉外侧温度仍为5，则此时每米管长的冷损失量为多少？解：（1）该问题为一串连传热问题，现采用表格法计算。材料铝复合管石棉软木导热系数(W/m.K)450.150.04壁厚b(mm) 33030内半径r1（mm）273060外半径r2(mm)306090单位管长导热热阻R1(K/W/m)0.0

8、004 0.7358 1.6141 串联总热阻R(K/W)2.3503 单位管长冷损失Q1(W/m)-46.80 上表中单位管长热阻：（2）计算同上材料铝复合管软木石棉导热系数(W/m.K)450.040.15壁厚b(mm) 33030内半径r1（mm）273060外半径r2(mm)306090单位管长导热热阻R1(K/W/m)0.0004 2.7593 0.4304 D.环境影响研究报告串联总热阻R(K/W)（4）根据评价的目的、要求和评价对象的特点、工艺、功能或活动分布，选择科学、合理、适用的定性、定量评价方法对危险、有害因素导致事故发生的可能性及其严重程度进行评价。3.1901 单位管长

9、冷损失Q1(W/m)-34.48 由此可见，保温层顺序不同，热损失也不相同。环境敏感区，是指依法设立的各级各类自然、文化保护地，以及对建设项目的某类污染因子或者生态影响因子特别敏感的区域。新增加的六个内容是：风险评价；公众参与；总量控制；清洁生产和循环经济；水土保持；社会环境影响评价。习题 4.8某流体通过内径为50mm的圆管时，雷诺数Re为1105，对流传热系数为100W/(m2.K)。若改用周长与圆管相同，高与宽之比等于1:3的矩形扁管，流体的流速保持不变，则对流传热变为多少？3）规划实施的经济效益、社会效益与环境效益之间以及当前利益与长远利益之间的关系。解：由题意可知，扁管的高度为：（3

10、）环境影响技术评估。2(h+3h)=3.14d5.建设项目环境影响评价文件的重新报批和重新审核即：h=0.3925d扁管的当量直径为：de=4S/x=4*h*3h/(2h+6h)=1.5h=0.58875d 当扁管内的流速与圆管相同时，其雷诺数为：（1）规划实施后实际产生的环境影响与环境影响评价文件预测可能产生的环境影响之间的比较分析和评估；Reb=Re*de/d=0.58875Re=0.58875105（3）介绍评价对象的选址、总图布置、水文情况、地质条件、工业园区规划、生产规模、工艺流程、功能分布、主要设施、设备、装置、主要原材料、产品（中间产品）、经济技术指标、公用工程及辅助设施、人流、

11、物流等概况。 根据对流传热系数公式：（二） 环境影响经济损益分析的步骤得： b=d/de*(Reb/Re)0.8=100/0.58875*0.8=100*0.58875-0.2=111.2W/(m2.K)习题 4.10在套管换热器中用冷水将100的热水冷却到50。热水的质量流量为3500kg/h。冷却水在直径为DN18010mm的管内流动，温度从20升至30。已知基于管外表面的总传热系数为2320W/(m2.K)。若忽略热损失，且近似认为冷水和热水的比热相等，均为4.18kJ/(kg.K)，试求：（1） 冷却水的用量；（2） 两流体分别为并流和逆流流动时所需要的管长，并加以比较。解：（1）由于

12、忽略热损失，根据热平衡原理：热水损失的热量应等于冷水获得的热量，即：Qh=Qc又：Qh=qhch(Th2-Th1)=3500kg/h*4.18kJ/kg*50=kJ/h=J/s=W Qc= qccc(Tc2-Tc1)所以：qc= qhch(Th2-Th1)/ cc(Tc2-Tc1)=3500*(100-50)/(30-20)=17500kg/h（2）并流时的平均温差为：则并流传热所需面积：Ab=Qh/(K*Tmb)=/(2320*43.29)=2.02m2并流冷却时需管长：Lb=Ab/d=2.02/(3.14*0.18)=3.57m同理，逆流时的平均温差为：则逆流传热所需面积：An=Qh/(K

13、*Tmn)=/(2320*47.23)=1.85m2逆流冷却时需管长：Ln=An/d=1.85/(3.14*0.18)=3.27m可见采用逆流冷却比并流冷却所需要的管长要少些。第五章 质量传递习题 5.3 浅盘中装有清水，深度5mm，水分子依靠分子扩散方式逐渐蒸发到大气中，试求盘中水完全蒸干所需要的时间。假设扩散时水的分子通过一层厚4mm、温度30的静止空气层，空气层以外的空气中的水蒸气的分压为0。分子扩散系数为0.11m2/h。水温可视为与空气相同，当地大气压为101kPa。解：（仿例题5.3.1）水的蒸发可看作是水蒸气分子的单向分子扩散过程，其静止状态下的气体扩散方程为：已知：p=101k

14、Pa，DAB=0.11 m2/h，R=8.314kJ/(kmol.K) T=30+273=303K，z=0.004m30时水的饱和蒸汽压为：pbz=4.25kPa则：pAi=4.25kPa，pAO=0pBi=101-4.25=96.75kPa，pBO=101kPakPa因这一过程为稳定过程，则有：=0.0474 kmol/m2.h蒸发掉5mm的水相当于每平米蒸发：q=0.005*995.7=4.98kg/m2=4.98/18 =0.277kmol/m2因此，蒸发所用时间为：t=q/NA=0.277/0.0474=5.84h第六章 沉淀习题 6.8 采用平流式沉沙池去除污水中的较大颗粒物，如果颗

15、粒的平均密度为2240kg/m3，沉沙池有效水深为1.2m，水力停留时间为1min，求能去除的颗粒最小粒径（假设颗粒在水中自由沉降，污水密度1000 kg/m3，黏度1.2*10-3Pa.s）。解：已知h=1.2m，沉淀时间t=1min=60s，则最小沉速u=1.2/60=0.02m/s 因：查图6.2.2得Re=3.2则：d=Re*0.0012/1000/0.02=0.m=0.192mm第七章 过 滤习题 7.12 在直径为10mm的砂滤器中装满150mm厚的细沙层，空隙率为0.375，沙层上方的水层高度保持为200mm，管底部渗出的清水流量为6mL/min，求沙层的比表面积（水温为20）。

16、 解：此题涉及到水头损失问题，故可采用清洁滤层水头损失计算公式 (7.3.13)求解。 已知：D=10mm，L=150mm，=0.375，q=6mL/min h0=150+200=350mm，20=100.5*10-5Pa.s 20=998.2kg/m3则：20=20/20=100.5*10-5/998.2=0.101*10-5m2/su=q/(0.785D2)=(6*10-6/60)/(0.785*0.012)=1.27*10-3m/s又因：沙层的比表面积ab=(1-)a，取K1=5所以：=13719m2/m3习题 7.16 一个滤池由直径为4mm的沙粒组成，沙粒的球形度为0.8，滤层高度为0.8m，空隙率为0.4，每平方米滤池通过的水量为12m3/h.m2，求水流通过滤池的压力降。解：此题仍可用公式7.3.13求解。 即： 已知：dev=4mm，=0.8，=0.4，L=0.8m u=12m/h=0.0033m/s 水温按20计算，则压力降为：=262.3Pa 专心-专注-专业