环境工程原理复习资料.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流环境工程原理复习资料.精品文档.吸收：是依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中的物理溶解度或化学反应活性的不同，而将气体混合物分离的操作过程，本质是混合气体组分从气体相到液相的相同传质过程。过滤：分离液体和气体非均匀相混合物的常用方法。过程：混合物中的流体在推动力的作用下通过过滤介质时。流体中的固体颗粒被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。通量：单位时间内通过单位面积的物理量称为该物理量的通量。通量是表示传递速率的重要物理量。单位时间内通过单位面积的热量，称为热量通量，单位为J/（m2s）；单位时间内通过单位面积的某组分的质量

2、，成为该组分的质量通量，单位为k（m2s）；单位时间内通过单位面积的动量，称为动量通量，单位为N/m2。稳态系统：系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，不随时间变化。非稳态系统：系统中流速、压力、密度等物理量随时间变化量纲：用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为量纲。 无量纲准数：由各种变量和参数组合而成的没有单位的群数。吸附分离：通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。亨利定律：在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比。雷诺数：一种可用来表征流体流动情况的无量纲数，以Re表

3、示，Re=vr/，其中v、分别为流体的流速、密度与黏性系数，r为一特征线度吸附平衡：在一定温度和压力下，当流体(气体或液体)与固体吸附剂经长时间充分接触后，吸附质在流体相和固体相中的浓度达到平衡状态，称为吸附平衡。环境工程原理重点1. 基本单位：长度(m) 质量(kg) 时间(s) 电流(A) 热力学温度(开K) 物质的量(mol) 发光强度(坎 cd)2. 量纲是可测量的性质，而单位是测量的标准。3. 稳态非反应系统 qm1=qm2 即 r1qv1+r2qv2=rmqm 。 4. 对于稳态过程，系统内无热量积累，Eq=0，Shp-Shf=q。5. n单位质量流体的体积，成为流体的比体积或质量

4、流体，m3/kg。6. 对于不可压缩流体，比体积v或密度r为常数， p2p1vdp=Dp/r 1/2D(aum)2+gDz+Dp/r=-We-Shf 7. 伯努利方程 1/2Dum2+gDz+Dp/r=0。8. 脉动是湍流的最基本特征。9. 在液成分界面上：t=t1=t2 (剪切应力)。10. 边界层理论 指黏性流体流经固体边壁时，在壁面附近形成的流速梯度明显的流动薄层。在大Re情况下，整个流场分为外部理想流体运动区域和边界层黏性流体运动区域(紧贴壁面处，速度梯度很大，粘性力很高，作用与惯性力同等重要)。 11. 绕平板流动，一是在壁面附近速度变化较大的的区域，即边界层，流动阻力主要集中在这一

5、区域；二是远离壁面、速度变化较小的区域，即外部流动区域，流动阻力课忽略不计。在平板的前缘处，边界层厚度较小，速度梯度较大，抑制扰动的粘性力也大，流体流动为层流，此区域叫做层流边界层。由于边界层厚度的增加，促使层外流体加速，惯性上升，而受壁面制约的黏性力却在下降，致使扰动迅速发展，边界层内的流体由层流转变为湍流，叫做湍流边界层。在湍流边界层内，分为层流底层、缓冲层、湍流中心。12. 减小边界层的厚度可以减少热量传递和质量传递过程中的阻力，如适当增大流体的运动速度，使其呈湍流状态，在流道内壁做矩形槽，在列管换热器的列管中放置金属丝或麻花铁。13. 圆直管内，一部分是核心区，即未受流体黏性影响的速度

6、均匀分布区，一部分是核心区至管壁环状边界层区域。当流速较小时，进口段形成的边界层交汇时，边界层的流态是层流，则以后的充分发展段保持层流流动速度分布曲线称抛物线形。当流速较大时，交汇时若已发展为湍流，则下游也是湍流，速度分布曲线较平坦。14. 进口段附近的摩擦系数最大，其后沿流动方向平缓减少，并趋于流动充分发展后的不变值。15. 边界层分离，(如物体表面曲率较大时，则往往会出现边界层与固体壁面相脱离的现象) 壁面附近的流体将会发生倒流并产生漩涡，导致流体能量大量损失的现象。16. 边界层分离与否取决于流动特征及物流表面曲率等，必要条件是黏性力作用和逆压梯度。17. 层流比湍流更容易分离(因为其近

7、壁处速度随y增长缓慢，逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点)。Re影响分离点位置，湍流分离点较层流延后产生。18. 对于水平直管无外力输入条件下不可压缩流体的稳态流动Dpf=8muml/r02=32muml/d2 l=64/Re f=l/4 。19. 傅里叶定律q=Q/A=-ldT /dy Q(传热速率，W) q(热流密度，W/m2) l(热导系数，W/mk) dT /dy(热量传递的推动力，K/m)。20. 气体的导热系数随温度升高而增高。除水(最大)和甘油外，液体导热系数随温度升高而减小。纯金属随温度升高而减小，合金相反。晶体随温度升高而减小，非晶体相反，切非晶体均低于晶体。石墨是制作

8、耐腐蚀换热器的理想材料。21. 对流传热指流体中质点发生相对位移而发生的热量传递过程。22. 传热机理，流体边界层流动情况，决定了流体与壁面间对流传热的机理。层流，流体层与层之间无流体质点的宏观运动，在垂直于流动方向上，热量传递通过导热进行(流动增加壁面处的温度梯度)。湍流，靠近壁面的层流底层(主要热阻)中，导热，温度分布几乎为直线，斜率较大；湍流中心，主要依靠热对流，温度梯度较小且区域平坦；缓冲层中，对流、导热，温度梯度比层流底层小。湍流流动中存在流体质点的随机脉动，传热过程被强化。23. 传热边界层，指壁面附近因传热而使流体温度发生较大区域变化的区域，传热阻力取决于传热边界层厚度。普兰德系

9、数pr =运动黏度/导温系数=黏度*定压比热容/导热系数，无量纲数，表面分子动量传递能力和分子热量传递能力的比值。24. 辐射传热，A+R+D=0即物体对辐射的吸收率+反射率+穿透率=1。对于不透明体(固体液体)，D=0，A+R=1，吸收能力大的物体其反射能力就小;气体，R=0，A+D=1，吸收能力大的气体其穿透能力差。25. 涡流扩散，由于流体质点强烈掺混所导致的物质扩散。26. 扩散通量(由组分AB组成的双分混合气体，A为溶质B为惰性成分)，单位mol/m2s,平均速率um=(cAuA+cBuB)/c。 扩散速率 uA,D=uA-uM ，uB,D=uB-uM 。扩散通量，NM=cum=NA

10、+NB 。组分A的分子扩散通量，NA,D=NA-cA(NA+NB)/c 。27. 对流传质，指运动着的流体与相界面之间发生的传质过程，也成为对流扩散。层流在垂直流动方向上，只存在浓度梯度引起的分子扩散；湍流，在垂直于主流方向上除了分子扩散外，更重要的是涡流扩散。28. 传质边界层，指壁面附近浓度梯度较大的流体层，也成为浓度边界层。29. Kx=kLc, 组分A的摩尔分数差表示推动力的液相传质分系数=液相传质分系数*浓度30. 重力沉降，是利用非均匀混合物中待分离颗粒与流体之间的密度差，在重力场中根据所受的重力不同，将颗粒从流体中分离的方法。计算方法：试差法，摩擦群数法。无量纲判断K，K36，沉

11、降属于层流区，K3.3*105，湍流区。31. 过滤，是分离液体和气体非均匀混合物的常用方法，其过程是混合物中的流体在推动力(重力，压力，离心力)作用下通过过滤介质时，流体中的固体颗粒被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒的分离。按过滤机理分类：表面过滤(通常发生在颗粒物体浓度较高，过滤速度缓慢，滤饼层容易形成的情况下，逐渐增厚的滤饼层是真正有效的过滤介质)，深层过滤适用于(颗粒含量少的流体如水的净化，烟气除尘，现象通常发生在以固体颗粒为过滤介质的过滤操作中)。按促进流体的推动力分类，重力(水处理中的快滤池)、真空(水处理中的转筒真空过滤机)、压力差(加压砂滤池也可用于气体除尘)、离心

12、。32. 恒压过滤，V2+2VVe=KA2t q2+2qqe=Kt 若过滤量已达到V，即滤饼厚度已积累到L的条件下，时间从0到t，滤液量从V到V，得(V2-V12)+2Ve(V-V1)=KA2t33. 恒速过滤，q=ut，V=Aut，则V2+VVe=1/2KA2t q2+qqe=1/2Kt 。34. 双模理论，基本特点1.相接处的气液两项流体间存在着稳定的相界面，界面两层分别有一层虚拟的气膜和液膜。溶质分子以稳态的分子扩散连续通过这两层膜。2,。在相界面处，气液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力，溶质在界面上两相的组成存在平衡关系。3.在膜以外，气液两相流体都充分湍动，不存在浓度梯度，

13、组分均一，没有传质阻力；溶质在每一相中的传质阻力都集中在虚拟的膜层以内。因此，相际传质阻力全部集中在两层膜中，故该模型又称为双阻力模型。可简化为溶质组分通过气液两层膜的稳态分子扩散过程。35. 气液对流传质，(NA)G=kG(pA-pAi)= (pA-pAi)/(1/kG) ；(NA)L=kL(cAi-cA)= (cAi-cA) /(1/ kL) 。 若稳态分子扩散，气液对流传质速率相等，则(pA-pAi)/ (cAi-cA)= kL/ kG 。36. 吸附，通过多空固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程，发生在气固或液固

14、体系的非均匀相界面上。物理吸附(数值上与吸附质的冷凝热相等)，范德华力；化学吸附(数值上相当于化学反应热)，分子间化学键力。吸附放热是由于化学键力远大于范德华力，化学吸附热比物理吸附热大得多。第六章 沉降1.斯托克斯公式（算完后要检验）层流区：ReP2 CD=24/ReP ut颗粒终端沉降速度过渡区：2ReP103 艾仑(Allen)公式2.沉降分离设备：水处理：平流沉淀池 P220重力降尘器能除去最小粒径：位于沉淀池（降尘室）最高点的颗粒沉降至池底需要的时间为 ： 流体通过沉淀池（降尘室）的时间为: 为满足除尘或悬浮物要求，t停t沉 即 流体中直径为dc的颗粒完全去除的条件。 3.P225离

15、心沉降离心沉降速度重力沉降 旋风分离器（临界直径、影响因素（填空题）根据颗粒离心沉降速度方程式，假设气体密度r颗粒密度rP，相应于临界直径dc的颗粒沉降速度为： 根据假设颗粒在沉降过程中所穿过的气流最大厚度等于进气口宽度B。颗粒最大沉降时间为： 若气体进入排气管之前在筒内旋转圈数为N，则运行的距离为2prmN，故气体在筒内的停留时间为 令t沉=t停，得： 一般旋风分离器以圆筒直径D为参数，其它参数与D成比例，B=D/4。D增加，dc增大，分离效率减少。第七章 过滤 P243过滤理论：过滤速度u定义为： dt微分过滤时间, s dVdt时间内通过过滤面的滤液量, m3 A过滤面积, m2 过滤速

16、度与推动力之间的关系可用下式（Darcy 定律）表示：Rm：过滤介质过滤阻力, 1/mRc：滤饼层过滤阻力, 1/m假设rm，r分别为过滤介质和滤饼层的过滤比阻, 1/m2 Rm= rmLm；Rc= rL r：与过滤介质上形成的滤饼层的孔隙结构特性有关L：与滤液量有关，在过滤过程中是变化的假设每过滤1m3滤液得滤饼f（m3） 可把过滤介质的阻力转化成厚度为Le的滤饼层阻力 则（1）可压缩滤饼： r0：单位压差下滤饼的比阻，m-2 Pa-1；s：滤饼的压缩指数，将比阻计算式代入式（1）主要掌握K的表达形式： 则： （2）恒压过滤 ：在过滤过程中，过滤压差自始自终保持恒定，K为常数若过滤介质阻力可

17、忽略不计，则简化 恒速过滤：恒速过滤是指在过滤过程中过滤速度保持不变，即滤液量与过滤时间呈正比 代入式（2） 若忽略过滤介质阻力，则简化为：第八章 吸收吸收的基本概念：依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中物理溶解度（或化学反应活性）的不同，而将气体混合物分离的操作过程。本质上是混合气体组分从气相到液相的相间传质过程。类型：(1)按溶质和吸收剂之间发生的反应：物理吸收：水净化含SO2锅炉尾气 化学吸收：碱液净化含SO2锅炉尾气(2)按混合气体中被吸收组分数目：单组分吸收：如用水吸收HCl气体制取盐酸多组分吸收：碱液吸收烟气（含SO2, NOx, CO2, CO等）(3)按体系温度是否变化：如果液

18、相温度明显升高称为非等温吸收如果液相温度基本保持不变称为等温吸收 1. 物理吸收（亨利定律）判断传质的方向：根据相平衡，计算平衡时溶质在气相或液相中的组成。与实际的组成比较，可以判断传质方向。实际液相组成平衡组成，溶质从气相液相2. 双膜理论，怎么画过程要清楚 P270相互接触的气液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜。 在相界面处，气液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有传质阻力。 在膜层以外，气液两相流体都充分湍动，不存在浓度梯度，组成均一，没有传质阻力3. KG与kG之间关系搞清楚 （例题8.2.2 P274）总传质阻力等于气膜阻力和液膜阻力之和4. 传质阻力分

19、析（选择、简答）化学吸收不要求书上P2735. 吸收因数（考试时会告诉公式）例8.4.1第九章 吸附1、概念、分类、常见吸附剂及其性质吸附操作是通过多孔固体物质与某一混合组分体系（气体或液体）接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。按作用力性质分类：分物理吸附和化学吸附按吸附剂再生方法分类：变温吸附和变压吸附按原料组成分类：大吸附量分离和杂质去除按分离机理分类：位阻效应、动力学效应和平衡效应 常用吸附剂的主要特性吸附容量大：由于吸附过程发生在吸附剂表面，所以吸附容量取决于吸附剂表面积的大小。 选择性高：对要分离的目的组分有较大的选择性。稳定性好：吸

20、附剂应具有较好的热稳定性，在较高温度下解吸再生其结构不会发生太大的变化。同时，还应具有耐酸碱的良好化学稳定性。 适当的物理特性：适当的堆积密度和强度廉价易得几种常用的吸附剂：活性炭（a.比表面积越大，吸附量越大：但应注意对一些大分子，微孔所提供的比表面积基本上不起作用。b.表面化学特性：活性炭本身是非极性的，但由于表面共价健不饱和易与其它元素如氧、氢结合，生成各种含氧官能团）活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝、沸石分子筛2.怎么选一个吸附剂需要根据被分离对象、分离条件和吸附剂本身的特点确定需要进行试验研究3吸附平衡（很少考计算，考填空）：朗格缪尔公式（单层）与弗兰德里希方程的区别（多层）弗兰德里希（

21、Freunlich）方程： 两边取对数q平衡吸附量，L/kgk和吸附剂种类、特性、温度以及所用单位有关的常数n常数，和温度有关p吸附质气相中的平衡分压, Pa随着p增大，吸附量q随之增加。但p增加到一定程度后，q不再变化 Freundlich方程为经验公式。压力范围不能太宽，低压或高压区域不能得到满意的实验拟合结果。朗格谬尔（langmuir)公式：条件：吸附剂表面性质均一，每一个具有剩余价力的表面分子或原子吸附一个气体分子。吸附质在吸附剂表面为单分子层吸附。吸附是动态的，被吸附分子受热运动影响可以重新回到气相。吸附过程类似于气体的凝结过程，脱附类似于液体的蒸发过程吸附在吸附剂表面的吸附质分子

22、之间无作用力吸附达到平衡时，吸附速度与脱附速度相等，则： p吸附质的平衡分压，Paq, qm分别为吸附量和单分子层吸附容量，L/kgk1Langmuir常数，与吸附剂和吸附质的性质和温度有关，该值越大表示吸附剂的吸附能力越强。公式变换得：当p很小时，则：q=k1qmp 呈亨利定律，即吸附量与气体的平衡分压成正比。当p时， q=qm 此时，吸附量与气体分压无关，吸附剂表面被占满，形成单分子层4.吸附动力学 ：传质过程（简述）P315（1）吸附质从流体主体扩散到吸附剂外表面外扩散（2）吸附质由吸附剂的外表面向微孔中的内表面扩散内扩散（3）吸附质在吸附剂的内部表面上被吸附 一般第(3)步的速度很快，

23、吸附传质速率主要取决于第(1)和(2)两步。外扩散速度很慢外扩散控制内扩散速度很慢内扩散控制6. P318吸附操作、概念、计算（例9.5.2）、穿透曲线、穿透点、穿透时间穿透曲线示意图G: 溶液流入速率（m3/(m2s)）r0: 溶液中溶质浓度（kg/m3）z: 固定床吸附塔填充高度（m）rB: 穿透点浓度（kg/m3）rE: 穿透曲线终点浓度（kg/m3）aB: 出口处溶质浓度达到rB时的流量(m3/m2)aa: 吸附区移动了吸附区高度za区间的流量(m3/m2)穿透时间：伯哈特-亚当斯（Bohart-Adams）法通过实验发现，在一定的初始浓度、空床速度和达到一定的穿透浓度的条件下，固定床

24、的床高和穿透时间呈直线关系。该关系又称BDST法（Bed Depth Service Time)。利用该关系可以较方便地计算时间：tb 穿透时间，h;N0 吸附剂的动态吸附容量，kg/m3；z 床高，m;r0 入口料液中吸附剂浓度，kg/m3; v 空床线速度，m/hK 比例系数，m3/(kg h);rB 穿透浓度，kg/m3第一章 绪论1.1简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。环境学科是一门正在蓬勃

25、发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。图1-1是环境学科的分科体系。图1-1 环境学科体系1.2 简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。图1-2是环境工程学的学科体系。环境工程学环境净化与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评

26、价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程土壤净化与污染控制技术废物资源化技术图1-2 环境工程学的学科体系1.3 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。1.4 空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？解：去除空气中挥发性有机物（VOC

27、s）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。1.5 简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。1.6 环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类？它们的主要作用原理是什么？解：从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为“隔离技术”、“分

28、离技术”和“转化技术”三大类。隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染近一步扩大。分离技术是利用污染物与污染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。转化技术是利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。1.7 环境工程原理课程的任务是什么？解：该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程，即水质净化与水污染控制工程、大气（包括室内空气）污染控制工程、固体废物处理处置与管理和资源化工程、物理性污染（热污染、辐射污染、噪声、振动）控制工程、自然资源的合理利用

29、与保护工程、生态修复与构建工程以及其它污染控制工程中涉及到的具有共性的工程学基础、基本过程和现象以及污染控制装置的基本原理，为相关的专业课程打下良好的理论基础。 第二章 质量衡算与能量衡算2.1 某室内空气中O3的浓度是0.0810-6（体积分数），求：（1）在1.013105Pa、25下，用g/m3表示该浓度；（2）在大气压力为0.83105Pa和15下，O3的物质的量浓度为多少？解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为V1V0P0T1/ P1T0 22.4L298K/273K 24.45L所以O3浓度可以表示为0.08106mol48g/mol（

30、24.45L）1157.05g/m3（2）由题，在所给条件下，1mol空气的体积为V1V0P0T1/ P1T0=22.4L1.013105Pa288K/(0.83105Pa273K） 28.82L所以O3的物质的量浓度为0.08106mol/28.82L2.78109mol/L2.2 假设在25和1.013105Pa的条件下，SO2的平均测量浓度为400g/m3，若允许值为0.1410-6，问是否符合要求？ 解：由题，在所给条件下，将测量的SO2质量浓度换算成体积分数，即大于允许浓度，故不符合要求2.3 试将下列物理量换算为SI制单位：质量：1.5kgfs2/m= kg密度：13.6g/cm3

31、= kg/ m3压力：35kgf/cm2= Pa 4.7atm= Pa 670mmHg= Pa功率：10马力 kW比热容：2Btu/(lb)= J/（kgK） 3kcal/（kg）= J/（kgK）流量：2.5L/s= m3/h表面张力：70dyn/cm= N/m 5 kgf/m= N/m解：质量：1.5kgfs2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm3=13.6103kg/ m3压力：35kg/cm2=3.43245106Pa 4.7atm=4.762275105Pa 670mmHg=8.93244104Pa功率：10马力7.4569kW比热容：2Btu/(lb)= 8.3736

32、103J/（kgK） 3kcal/（kg）=1.25604104J/（kgK）流量：2.5L/s=9m3/h表面张力：70dyn/cm=0.07N/m 5 kgf/m=49.03325N/m2.4 密度有时可以表示成温度的线性函数，如0+At式中：温度为t时的密度， lb/ft3；0温度为t0时的密度， lb/ft3。t温度，。如果此方程在因次上是一致的，在国际单位制中A的单位必须是什么？解：由题易得，A的单位为kg/（m3K）2.5 一加热炉用空气（含O2 0.21, N2 0.79）燃烧天然气（不含O2与N2）。分析燃烧所得烟道气，其组成的摩尔分数为CO2 0.07，H2O 0.14，O2

33、 0.056，N2 0.734。求每通入100m3、30的空气能产生多少m3烟道气？烟道气温度为300，炉内为常压。解：假设燃烧过程为稳态。烟道气中的成分来自天然气和空气。取加热炉为衡算系统。以N2为衡算对象，烟道气中的N2全部来自空气。设产生烟道气体积为V2。根据质量衡算方程，有0.79P1V1/RT10.734P2V2/RT2即0.79100m3/303K0.734V2/573KV2203.54m32.6某一段河流上游流量为36000m3/d，河水中污染物的浓度为3.0mg/L。有一支流流量为10000 m3/d，其中污染物浓度为30mg/L。假设完全混合。（1）求下游的污染物浓度（2）求

34、每天有多少kg污染物质通过下游某一监测点。解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为（2）每天通过下游测量点的污染物的质量为2.7某一湖泊的容积为10106m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流量为50m3/s。一工厂以5 m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，浓度为100mg/L。污染物降解反应速率常数为0.25d1。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，则输出的浓度也为则由质量衡算，得即5100mg/L（550）m3/s 101060.25m3/s0解之得5.96mg/L2.8某河流的流量为3.0m3/s，有一条流量为0.05

35、m3/s的小溪汇入该河流。为研究河水与小溪水的混合状况，在溪水中加入示踪剂。假设仪器检测示踪剂的浓度下限为1.0mg/L。为了使河水和溪水完全混合后的示踪剂可以检出，溪水中示踪剂的最低浓度是多少？需加入示踪剂的质量流量是多少？假设原河水和小溪中不含示踪剂。解：设溪水中示踪剂的最低浓度为则根据质量衡算方程，有0.05（30.05）1.0解之得61 mg/L加入示踪剂的质量流量为610.05g/s3.05g/s2.9假设某一城市上方的空气为一长宽均为100 km、高为1.0 km的空箱模型。干净的空气以4 m/s的流速从一边流入。假设某种空气污染物以10.0 kg/s的总排放速率进入空箱，其降解反

36、应速率常数为0.20h1。假设完全混合，（1）求稳态情况下的污染物浓度； （2）假设风速突然降低为1m/s，估计2h以后污染物的浓度。解：（1）设稳态下污染物的浓度为则由质量衡算得10.0kg/s（0.20/3600）1001001109 m3/s 41001106m3/s0解之得1.05 10-2mg/m3（2）设空箱的长宽均为L，高度为h，质量流量为qm，风速为u。根据质量衡算方程有带入已知量，分离变量并积分，得积分有1.1510-2mg/m32.10 某水池内有1 m3含总氮20 mg/L的污水，现用地表水进行置换，地表水进入水池的流量为10 m3/min，总氮含量为2 mg/L，同时从

37、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，求水池中总氮含量变为5 mg/L时，需要多少时间？解：设地表水中总氮浓度为0，池中总氮浓度为由质量衡算，得即积分，有求得t0.18 min2.11有一装满水的储槽，直径1m、高3m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4cm，测得水流过小孔时的流速u0与槽内水面高度z的关系u00.62（2gz）0.5试求放出1m3水所需的时间。解：设储槽横截面积为A1，小孔的面积为A2由题得A2u0dV/dt，即u0dz/dtA1/A2所以有dz/dt（100/4）20.62（2gz）0.5即有226.55z-0.5dzdtz03mz1z01m

38、3（0.25m2）-11.73m积分计算得t189.8s2.12 给水处理中，需要将固体硫酸铝配成一定浓度的溶液作为混凝剂。在一配料用的搅拌槽中，水和固体硫酸铝分别以150kg/h和30kg/h的流量加入搅拌槽中，制成溶液后，以120kg/h的流率流出容器。由于搅拌充分，槽内浓度各处均匀。开始时槽内预先已盛有100kg纯水。试计算1h后由槽中流出的溶液浓度。解：设t时槽中的浓度为，dt时间内的浓度变化为d由质量衡算方程，可得时间也是变量，一下积分过程是否有误？30dt（10060t）dC120Cdt即（30120C）dt（10060t）dC由题有初始条件t0，C0积分计算得：当t1h时C15.

39、232.13 有一个43m2的太阳能取暖器，太阳光的强度为3000kJ/（m2h），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0.8L/min。求流过取暖器的水升高的温度。解：以取暖器为衡算系统，衡算基准取为1h。输入取暖器的热量为30001250 kJ/h18000 kJ/h设取暖器的水升高的温度为（T），水流热量变化率为根据热量衡算方程，有18000 kJ/h 0.86014.183TkJ/h.K解之得T89.65K2.14 有一个总功率为1000MW的核反应堆，其中2/3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，河水的流量为100m3/s，水温为2

40、0。（1）如果水温只允许上升10，冷却水需要多大的流量；（2）如果加热后的水返回河中，问河水的水温会上升多少。解：输入给冷却水的热量为Q10002/3MW667 MW（1）以冷却水为衡算对象，设冷却水的流量为，热量变化率为。根据热量衡算定律，有1034.18310 kJ/m3667103KWQ15.94m3/s（2）由题，根据热量衡算方程，得1001034.183T kJ/m3667103KWT1.59K 第三章 流体流动3.1 如图3-1所示，直径为10cm的圆盘由轴带动在一平台上旋转，圆盘与平台间充有厚度=1.5mm的油膜。当圆盘以n=50r/min旋转时，测得扭矩M=2.9410-4 N

41、m。设油膜内速度沿垂直方向为线性分布，试确定油的黏度。图3-1 习题3.1图示解：在半径方向上取dr，则有dMdFr由题有dFdA所以有两边积分计算得代入数据得2.94104Nm（0.05m）42 （50/60）s /（1.5103m）可得8.58103Pas3.2 常压、20的空气稳定流过平板壁面，在边界层厚度为1.8mm处的雷诺数为6.7104。求空气的外流速度。解：设边界层厚度为；空气密度为，空气流速为u。由题，因为湍流的临界雷诺数一般取51056.7104，所以此流动为层流。对于层流层有同时又有两式合并有即有4.641（6.7104）0.5u1103kg/m31.8mm /（1.811

42、05Pas）u0.012m/s3.3 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34 m3/h。求提升水所需要的功率。设水的温度为25。解：设所需得功率为Ne，污水密度为NeWeqv（gzhf）qv=(9.81m/s210m+4J/kg)1103kg/m334/3600m3/s= 964.3W3.4 如图所示，有一水平通风管道，某处直径由400mm减缩至200mm。为了粗略估计管道中的空气流量，在锥形接头两端各装一个U管压差计，现测得粗管端的表压为100mm水柱，细管端的表压为40mm水柱，空气流过锥形管的能量损失可以忽略，管道中空气的密

43、度为1.2kg/m3，试求管道中的空气流量。图3-2 习题3.4图示解：在截面1-1和2-2之间列伯努利方程：u12/2p1/u22/2p2/由题有u24u1所以有u12/2p1/16u12/2p2/即15 u122(p1- p2)/=2(0-)g(R1-R2)/ =2（1000-1.2）kg/m39.81m/s2（0.1m0.04m）/（1.2kg/m3）解之得u18.09m/s所以有u232.35m/sqvu1A8.09m/s（200mm）21.02m3/s3.5 如图3-3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

44、统的能量损失（不包括出口的能量损失）可按计算，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。图3-3 习题3.5图示解：（1）以地面为基准，在截面1-1和2-2之间列伯努利方程，有u12/2p1/gz1u22/2p2/gz2hf由题意得p1p2，且u10所以有9.81m/s2（8m2m）u2/26.5u2解之得u2.90m/sqvuA2.90m/s0.01m2/42.28102m3/s（2）由伯努利方程，有u12/2gz1u22/2gz2hf即u12/2gz17u22gz2由题可得u1/u2（0.1/1）20.