環(huán)境工程原理

1、1. 增大傳熱的措施：1.增大傳熱面積 2增大平均溫差 3.提高傳熱系數(shù)2. 熱量傳遞方式主要有：導(dǎo)熱，熱對(duì)流和熱輻射3. 萃取劑的選擇：a的大小反映了萃取劑對(duì)溶質(zhì)A的萃取容易程度。若a>1，表示溶質(zhì)A在萃取相中的相對(duì)含量比萃余相中高，萃取時(shí)組分A可以在萃取相中富集，a越大，組分 A與B的分離越容易。若 a=1，則組分A與B在兩相中的組成比例相同，不能用萃取的方法分離。4. 膜分離是以具有選擇透過功能的薄膜為分離介質(zhì)，通過在膜兩側(cè)施加一種或多種推動(dòng)力，使原料中的某組分選擇性地優(yōu)先透過膜，從而達(dá)到混合物分離和產(chǎn)物的提取，濃縮，純化等目的。條件：在選擇分離因子時(shí)，應(yīng)使其值大于1。如果組分 A

2、通過膜的速度大于組分 B,膜分離因子表示為 aA/B;反之。則為 aB/A;如果aA/B=aB/A=1, 則不能實(shí)現(xiàn)組分A與組分B的分離。5. 離子交換速率的影響因素：1.離子的性質(zhì) 2.樹脂的交聯(lián)度 3.樹脂的粒徑 4.水中離子濃度5.溶液溫度6. 流速或攪拌速率6. 本征動(dòng)力學(xué)方程實(shí)驗(yàn)測(cè)量中怎樣消除對(duì)外擴(kuò)散的影響：加大流體流動(dòng)速度，提高流體湍流程度，可以減小邊界層厚度，使邊界的擴(kuò)散阻力小到足以忽略的程度。7. 吸附劑的主要特性：1.吸附容量大。2.選擇性強(qiáng)。3.溫定性好。4.適當(dāng)?shù)奈锢硖匦浴?.價(jià)廉易得。常見的吸附劑；活性炭，活性炭纖維，炭分子篩，硅膠,活性氧化鋁，沸石分子篩8. 固相催化

3、反應(yīng)過程：反應(yīng)物的外擴(kuò)散一反應(yīng)物的內(nèi)擴(kuò)散一反應(yīng)物的吸附一表面反應(yīng)一產(chǎn)物的脫附一產(chǎn)物的內(nèi)擴(kuò)散一產(chǎn)物的外擴(kuò)散9. 測(cè)速管特點(diǎn)：測(cè)得的是點(diǎn)流速，特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，流體的能量損失小，因此較多地用于測(cè)量氣體的流速，特別適用于測(cè)量大直徑管路中的氣體流速。當(dāng)流體中含有固體雜質(zhì)時(shí)，易堵塞測(cè)壓孔?？装辶髁坑?jì)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，固定安裝，安裝方便，但流體通過孔板流量計(jì)時(shí)阻力損失較大。文丘里流量計(jì)特點(diǎn)：阻力損失小，尤其適用于低壓氣體輸送中流量的測(cè)量；但加工復(fù)雜，造價(jià)高，且安裝時(shí)流量計(jì)本身在管道中占據(jù)較長(zhǎng)的位置。轉(zhuǎn)子流量計(jì)特點(diǎn)：必須垂直安裝，流體自下而上流動(dòng)，能量損失小，測(cè)量范圍寬，但耐溫，耐壓性差。10. 物理

4、吸收和化學(xué)吸收的區(qū)別物理吸收僅僅涉及混合物分中某一祖分的簡(jiǎn)單傳質(zhì)過程，溶質(zhì)在氣液兩相間的平衡關(guān)系決定了溶劑在相同傳遞過程的方向，極限以及傳質(zhì)推動(dòng)力化學(xué)吸收指溶劑 A被吸收劑吸收后，繼續(xù)與吸收劑或者其中的活性組分B發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氣液相際傳質(zhì)和液相內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行11. 簡(jiǎn)述溫室效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理（資料：地球和太陽表面溫度的平均溫度分別為288K和5800K）地球吸收太陽的輻射能量才能如此巨大的輻射能量，但是，太陽輻射在地球上的波長(zhǎng)要遠(yuǎn)短于地球向空間輻射的波長(zhǎng)，這種波長(zhǎng)的變化扮演了溫室效應(yīng)中至關(guān)重要的角色。二氧化碳及其他溫室氣體對(duì)于來自太陽的短波相對(duì)透明，但是它們往往吸收那些由地球輻射出去的長(zhǎng)波。

5、所以在大氣中積累的溫室氣體，就像一床包裹在地球表面的毯子， 攪亂了地球的輻射平衡，導(dǎo)致地球溫度升高。12. 為什么多孔材料具有保溫性能？保溫材料為什么需要防潮多孔材料的孔隙中保留大量氣體，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)小，從而起到保溫效果。水的導(dǎo)熱系數(shù)較大，如果保溫材料受潮，將會(huì)增大整體的導(dǎo)熱系數(shù)，從而使得保溫性能降低，所以要防潮13. 球體在空氣中運(yùn)動(dòng)，試分析在相同的逆壓梯度下，不同流態(tài)的邊界層對(duì)運(yùn)動(dòng)阻力的影響。若球體體積較小，運(yùn)動(dòng)速度較快，球體主要受到阻力有摩擦阻力和形體阻力，且形體阻力占主導(dǎo)。在相同的逆壓梯 度下，層流邊界層靠近壁面?zhèn)人俣忍荻刃?，邊界層分離點(diǎn)靠前，尾流區(qū)較大，形體阻力大。而湍流邊界層速度

6、梯度 大，邊界層分離點(diǎn)后移，尾流區(qū)較小，形體阻力減小，運(yùn)動(dòng)阻力也相應(yīng)減小。14.某工業(yè)廢氣中含有氨，擬采用吸收法進(jìn)行預(yù)處理。根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)，分析提高氨去除效率的方法和具體措 施一、采用吸收能力較強(qiáng)的洗液，如酸性溶液；二、可采用噴霧等方法增大接觸面積；三、適當(dāng)增加壓強(qiáng)；四、加快 廢氣流速，加強(qiáng)擾動(dòng)；五、逆向流動(dòng)等等。15.邊界層厚度：通常將流體速率達(dá)到來流速率99%時(shí)的流體層厚度定義為邊界層厚度。邊界層分離的必要條件：黏性作用和逆壓梯度。層流邊界層比湍流層更容易分離。16圓管層流流動(dòng)的平均速率為最大速率的一半。17.對(duì)于圓管層流流動(dòng)的摩擦阻力，流量不變時(shí)，產(chǎn)生的能量損失：當(dāng)管長(zhǎng)增加一倍時(shí)，阻力

7、損失引起的壓降增加一倍（ 2）當(dāng)管徑增加一倍時(shí)，壓降變?yōu)樵瓉淼?/16.18強(qiáng)化換熱器傳熱過程的途徑：增大傳熱面積、增大平均溫差、提高傳熱系數(shù)減少熱阻的主要方法：提高流體的速度、增強(qiáng)流體的擾動(dòng)、在流體中加固體顆粒、在氣流中噴入液滴、采用短管 換熱器、防止結(jié)垢和及時(shí)清除污垢19. 分子擴(kuò)散：由分子的微觀運(yùn)動(dòng)（無規(guī)則運(yùn)動(dòng)）引起的物質(zhì)擴(kuò)散稱為分子擴(kuò)散。渦流擴(kuò)散：由流體渦團(tuán)的宏觀運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散稱為渦流擴(kuò)散。20. 離子交換速率的控制步驟：A.邊界水膜內(nèi)的遷移 B交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散 C.離子交換D.交聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的擴(kuò)散 E.邊界水膜內(nèi)的遷移A和E稱為液膜擴(kuò)散步驟或外擴(kuò)散；B和D稱為樹脂顆粒內(nèi)擴(kuò)散或孔道擴(kuò)散步C為

8、交換反應(yīng)步驟21.表面過濾與深層過濾的區(qū)別表面過濾深層過濾發(fā)生條件顆粒物濃度咼，濾速慢，濾餅易形成顆粒物濃度低，濾速快過濾介質(zhì)織布或多孔固體，過濾介質(zhì)的 孔一般比顆粒物的粒徑小固體顆粒，過濾介質(zhì)層的空隙大于顆粒 物的粒徑有效過濾介質(zhì)主要是濾餅固體顆粒實(shí)際應(yīng)用真空過濾機(jī)，板框式壓濾機(jī)，慢濾池， 袋濾器快濾池兩者聯(lián)系表面過濾中濾餅的比阻和深層過濾中過濾介質(zhì)的比阻均可用公式 （” K 1 （1） 2a 2 ）求得r322. 傳質(zhì)單元是指通過一定高度的填料層傳質(zhì)，使一相組成的變化恰好等于該段填料中的平均推動(dòng)力，這樣一段填料層的傳質(zhì)稱為一個(gè)傳質(zhì)單元傳質(zhì)單元數(shù)即為這些傳質(zhì)單元的數(shù)目，只取決于傳質(zhì)前后氣，液

9、相的組成和相平衡關(guān)系，與設(shè)備的情況無關(guān)，其值的大小反映了吸收過程的難易程度傳質(zhì)單元高度是完成一個(gè)傳質(zhì)單元分離任務(wù)所需要的填料層高度，主要取決于設(shè)備情況、物理特性及操作條件等， 其值大小反映了填料層傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)性能的優(yōu)劣23. 離子交換速率的影響因素A. 離子性質(zhì)：離子的化合價(jià)越高，其孔道擴(kuò)散速率越慢B. 樹脂的交聯(lián)度：樹脂的交聯(lián)度大，離子在樹脂網(wǎng)孔內(nèi)的擴(kuò)散就慢C樹脂的粒徑：樹脂粒徑越小，離子在孔道擴(kuò)散的距離越短，同時(shí)液膜擴(kuò)散的表面積增加，因此樹脂整體的交換速率越快。對(duì)于液膜擴(kuò)散，離子交換速率與樹脂粒徑成反比；對(duì)于孔道擴(kuò)散， 離子交換速率與樹脂粒徑的二次方程反比D. 水中離子濃度：離子濃度越大時(shí)，

10、其在水膜中的擴(kuò)散很快，離子交換速率為孔道擴(kuò)散控制，反之，為液膜擴(kuò)散 控制E. 溶液溫度：升高溶液溫度，有利于提高栗子交換速率F. 流速或攪拌速率：增加樹脂表面水流流速或提高攪拌速率，可以增加樹脂表面附近的水流紊動(dòng)程度，在一定程度上可提高液膜擴(kuò)散速率。24. 膜傳遞的過程模型A. 通過微孔的傳遞：在最簡(jiǎn)單的情況下是單純的對(duì)流傳遞B. 基于擴(kuò)散的傳遞：要傳遞的組分首先必須被溶解在膜相內(nèi)25. 空時(shí)：反應(yīng)器有效體積與物料體積流量之比值。t=V/qv空速：指單位反應(yīng)器有效體積所能處理的物料的體積流量。表示單位時(shí)間能處理幾倍于反應(yīng)器體積的物料，反 映了一個(gè)反應(yīng)器的強(qiáng)度。SV= qv/V26. 間歇操作是

11、將反應(yīng)原料原料一次加入反應(yīng)器，反應(yīng)一段時(shí)間或達(dá)到一定的反應(yīng)程度后一次取出全部的反應(yīng)物料，然后進(jìn)入下一批原料的投入、反應(yīng)和物料的取出，因此有時(shí)也稱為分批操作連續(xù)地將原料輸入反應(yīng)器，反應(yīng)物料也連續(xù)地流出反應(yīng)器，這樣的操作稱為連續(xù)操作27. 全混流：指反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器后，能瞬間達(dá)到完全混合，反應(yīng)器內(nèi)的濃度、溫度等處處相同。全混流認(rèn)為返混 為無限大。推流：指物料以相同的流速和一致的方向移動(dòng)，即物料在反應(yīng)器內(nèi)齊頭并進(jìn)，在徑向充分混合，但不存在軸向 混合，即返混為0.28. 平推流反應(yīng)器的特點(diǎn)：A.在連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作條件下，反應(yīng)器各斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化B.反應(yīng)器內(nèi)各組分濃度等參數(shù)隨軸向位置變化而變化

12、，故反應(yīng)速率隨之變化C.在反應(yīng)器的徑向斷面上各處濃度均一，不存在濃度分布。平推流反應(yīng)器滿足條件：A.管式反應(yīng)器的管長(zhǎng)是管徑的10倍以上，各斷面上的參數(shù)不隨時(shí)間變化而變化B.固相催化反應(yīng)器的填充層直徑是催化劑粒徑的10倍以上。29. 基質(zhì)抑制：對(duì)于苯酚、氨、醇類等對(duì)微生物生長(zhǎng)有毒害作用的基質(zhì)，在低濃度范圍內(nèi)，生長(zhǎng)速率隨基質(zhì)濃度的 增加而增加，但當(dāng)其濃度增加到某一數(shù)值時(shí)，生長(zhǎng)速率反而隨基質(zhì)濃度的增加而降低，這種現(xiàn)象稱基質(zhì)抑制作 用代謝產(chǎn)物抑制：在某些情況下，代謝產(chǎn)物會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)，這種現(xiàn)象稱代謝產(chǎn)物抑制現(xiàn)象。30. 本征動(dòng)力學(xué)反應(yīng)物吸附過程控制：二 我一kaPaKpKsKaPp(i/Ks)Kp

13、Pp 1r表面反宜知嚴(yán)呀的脫陽達(dá)到平謖表面反應(yīng)過程控制應(yīng) KaPa(Kp/Ks)Pp1 KA PAKP ppl. V- nRp _4I %”減-心p占耳的駛附這到平k產(chǎn)物脫附：AkpKsKaPa Pp/Kp1 KaPa(1 Ks)31.費(fèi)克定律：Naz -D ab dc (用物質(zhì)的量濃度表示)dz式中：NAz單位時(shí)間在z方向上經(jīng)單位面積擴(kuò)散的組分 c a組分 A的物質(zhì)的量濃度，kmol/m3；D ab組分A在組分B中進(jìn)行擴(kuò)散的分子擴(kuò)散系數(shù),A的量，即擴(kuò)散通量，也稱擴(kuò)散速率，kmol/ ( nT s);m/s ；dC組分A在z方向上的濃度梯度，kmol/(m 3 m)。dz對(duì)于液體混合物，常用質(zhì)

14、量分?jǐn)?shù)表示濃度，于是又可寫成Naz - D AB dX "A ；Adz當(dāng)混合物的濃度用質(zhì)量濃度表示時(shí)，又可寫為N AA-D AB d aAdz32.準(zhǔn)數(shù)Helfferich數(shù)（He）:根據(jù)液膜擴(kuò)散控制與顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制兩種模型得到的半交換周期，即交換率達(dá)到一半時(shí)所需要的時(shí)間之比，得到:He qoDr b1 （52 a/b）Co° D 1He=1，表示液膜擴(kuò)散與顆粒內(nèi)擴(kuò)散兩種控制因素同時(shí)存在，且作用相等；He>> 1,表示液膜擴(kuò)散所需要之半交換周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于顆粒內(nèi)擴(kuò)散時(shí)之半交換周期，故為液膜擴(kuò)散控制； He<< 1,表示為顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制。Vermeulen

15、 數(shù)（Ve）4.8(q°DrD1 co bb1、)PeVe> 0.3，為液膜擴(kuò)散控制;33.細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)細(xì)胞的生長(zhǎng)量反應(yīng)消耗的某一基質(zhì)量-Yx /s1/ 2Ve< 0.3，為顆粒內(nèi)擴(kuò)散控制;0.3 < Ve< 3.0，為兩種因素皆起作用的中間狀態(tài)。Yx/C細(xì)胞生長(zhǎng)量細(xì)胞的含碳率 碳源消耗量碳源的含碳率XYx/S X34.代謝產(chǎn)物的產(chǎn)率系數(shù)Yp / S代謝產(chǎn)物生成量 基質(zhì)消耗量rpYp / crs代謝產(chǎn)物生成量基質(zhì)消耗量產(chǎn)物含碳率基質(zhì)含碳率PYp / sS35.固體催化劑的物理性狀（1）比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量催化劑具有的表面積稱為比表面積。記為(2)as顆?？左w積又

16、稱孔容積，簡(jiǎn)稱孔容，是指每克催化劑內(nèi)部微孔所占有的體積，用顆粒微孔體積 顆?？傮w積孔隙率是催化劑顆粒孔容積占總體積的分率，用?3表示pVg表示，其單位是m3 g-1 oV gVp(3)固體密度又稱真密度，是指催化劑固體物質(zhì)單位體積（不包括孔占有的體積）的質(zhì)量，用P g.cm -3。顆粒密度是指單位體積固體催化劑顆粒（包括孔體積）的質(zhì)量，用p顆粒微孔體積固體體積S表示, 表示，單位為單位為g.cm -3 .M pVgp顆粒微孔體積Vg sMpVg 亞 1 %. Ss（4）顆粒微孔的結(jié)構(gòu)與孔體積分布：除孔容外，顆粒內(nèi)微孔的性狀和孔徑對(duì)催化劑的性質(zhì)也有很大的影響。用孔體積分布，即不同孔徑的微孔所占總

17、孔體積的比例，可以粗略的評(píng)價(jià)微孔的結(jié)構(gòu)，（5）顆粒堆積密度（p b）:顆粒質(zhì)量mpb 填充層體積V填充層空隙率（& b）:填充層顆粒間空隙體積填充層體積填充層體積-顆粒體積填充層體積2.2假設(shè)在25C和1.013 x 1pa的條件下，SQ的平均測(cè)量濃度為 400卩g/rB,若允許值為0.14 X 10，問是否符合要求?解：由題，在所給條件下，將測(cè)量的SO2質(zhì)量濃度換算成體積分?jǐn)?shù)，即RT 103APMa38.314 298 10400 10 90 15 10 6大于允許濃度，故不符合要求1.013 105 64'2.8某河流的流量為3.0m3/s，有一條流量為0.05m3/s的小

18、溪匯入該河流。為研究河水與小溪水的混合狀況，在溪水中加入示蹤劑。假設(shè)儀器檢測(cè)示蹤劑的濃度下限為1.0mg/L。為了使河水和溪水完全混合后的示蹤劑可以檢出,溪水中示蹤劑的最低濃度是多少？需加入示蹤劑的質(zhì)量流量是多少？假設(shè)原河水和小溪中不含示蹤劑。解：設(shè)溪水中示蹤劑的最低濃度為則根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有0.05 p=( 3 + 0.05) X 1.0 解之得p= 61 mg/L加入示蹤劑的質(zhì)量流量為61 X 0.05g/s= 3.05g/s2.9假設(shè)某一城市上方的空氣為一長(zhǎng)寬均為100 km、高為1.0 km的空箱模型。干凈的空氣以 4 m/s的流速?gòu)囊贿吜魅?。假設(shè)某種空氣污染物以10.0 kg/s的

19、總排放速率進(jìn)入空箱，其降解反應(yīng)速率常數(shù)為0.20h5假設(shè)完全混合，(1 )求穩(wěn)態(tài)情況下的污染物濃度；(2)假設(shè)風(fēng)速突然降低為 1m/s，估計(jì)2h以后污染物的濃度。解：(1)設(shè)穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為 p則由質(zhì)量衡算得 10.0kg/s( 0.20/3600) XpX 100X 100X 1Xm0/s 4X 100X 1 X pm3/s= 0解之得 p= 1.05 X T?hg/m 3(2)設(shè)空箱的長(zhǎng)寬均為L(zhǎng),高度為h,質(zhì)量流量為 qm,風(fēng)速為u。根據(jù)質(zhì)量衡算方程qm1qm2dmdt有 qm uLh k L2hddtL2h帶入已知量，分離變量并積分,3600dt0d1.05 10 2 10-66.6

20、10-5積分有 p= 1.15 X 10mg/m 32.11有一裝滿水的儲(chǔ)槽，直徑1m、高3m。現(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm,測(cè)得水流過小孔時(shí)的流速U0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系U0 = 0.62 (2gz) 0.5”試求放出1m3水所需的時(shí)間。 解：設(shè)儲(chǔ)槽橫截面積為A1,小孔的面積為 A2由題得 A2uo= dV/dt，即 uo= dz/dt X1/A2所以有一dz/dt X (100/4) 2= 0.62 ( 2gz) 0.5即有一 226.55 X-Z.5dz = dtzo= 3mZ1= zo 1m3X ( nX 0.25mi -1= 1.73m積分計(jì)算得t = 189.8s

21、4.3某燃燒爐的爐壁由 500mm厚的耐火磚、380mm厚的絕熱磚及250mm厚的普通磚砌成。其入值依次為1.40W/(mK), 0.10 W/(m K)及 0.92 W/(m K)。傳熱面積A為1m2。已知耐火磚內(nèi)壁溫度為 1000C,普通磚外壁溫度為50C。(1)單位面積熱通量及層與層之間溫度；(2)若耐火磚與絕熱磚之間有一2cm的空氣層，其熱傳導(dǎo)系數(shù)為0.0459W/(m -°C )。內(nèi)外壁溫度仍不變，問此時(shí)單位面積熱損失為多少？解：設(shè)耐火磚、絕熱磚、普通磚的熱阻分別為1、2、3。(1 )由題易得 1 =一T = 0.357 m2 K/W1.4Wm1K 12= 3.8 m2 K

22、/W ,3 = 0.272 m2 K/W所以有 q =T一 = 214.5W/m 2123由題 T1= 1000 C , T2 = T1 - QR = 923.4 C, T3= T1-Q ( R1 + R2) = 108.3 C ,T4 = 50 C(2)由題，增加的熱阻為 '= 0.436 m2 K/W q = T/(1 +2十3 +' = 195.3W/m 23.5如圖3-3所示，有一直徑為 1m的高位水槽，其水面高于地面8m，水從內(nèi)徑為100mm的管道中流出，管路出口高于地面2m，水流經(jīng)系統(tǒng)的能量損失(不包括出口的能量損失)可按hf 6.5u2計(jì)算，式中u為水在管內(nèi)的流速

23、，單位為 m/s。試計(jì)算/ 1)若水槽中水位不變，試計(jì)算水的流量；/ 2)若高位水槽供水中斷，隨水的出流高位槽液面下降，試計(jì)算液面下降1m所需的時(shí)間。解：/1)以地面為基準(zhǔn)，在截面 1-1和2-2'之間列伯努利方程，有2 2 U1 /2+ P1/ 什 gZ1 = U2 /2 +p2/ 什 gZ2+ Sih由題意得P1= p2,且U1= 0所以有 9.81m/s2x(8m 2m)= u2/2 + 6.5u2解之得 u= 2.90m/sqv= uA = 2.90m/s x>n0.01r2/4= 2.28 x 10m3/s/ 2)由伯努利方程，有u/2 + gz1 = U22/2 +

24、gz2+ Sh即 U12/2 + gz1 =7U22 + gZ2由題可得 U1/U2= /0.1/1) 2= 0.01取微元時(shí)間dt，以向下為正方向，則有U1 = dz/dt所以有 / dz/dt) 2/2 + gz1= 7 / 100dz/dt) 2/2 + gz2積分解之得t = 36.06s3.9 一鍋爐通過內(nèi)徑為 3.5m的煙囪排除煙氣，排放量為 3.5 x 1m3/h，在煙氣平均溫度為 260C時(shí)，其平均密 度為0.6 kg/m 3，平均粘度為2.8 x 104Pas。大氣溫度為20C，在煙囪高度范圍內(nèi)平均密度為1.15 kg/m 3。為克服煤灰阻力，煙囪底部壓力較地面大氣壓低245

25、 Pa。問此煙囪需要多高？假設(shè)粗糙度為5mm。解：設(shè)煙囪的高度為 h，由題可得 ，u =qv/A = 10.11m/s ,Re= du p /=7.58 x 10相對(duì)粗糙度為 s /= 5mm/3.5m = 1.429 x 1)3查表得 匸0.028所以摩擦阻力hfh u2d2建立伯努利方程有 u,/2 + pi/ p+gzi = U22/2 + p2 葉 gz2+ S h由題有 ui = U2, pi = po 245Pa, p2= po p空gh(hx 1.15 kg/mfx 9.8m/S 245Pa) / (0.6kg/m 3)= hx 9.8m/W+ hx X (lO.llm/s )

26、2/2 解之得 h= 47.64m3.10用泵將水從一蓄水池送至水塔中，如圖3-4所示。水塔和大氣相通，池和塔的水面高差為60m，并維持不變。水泵吸水口低于水池水面2.5m，進(jìn)塔的管道低于塔內(nèi)水面1.8m。泵的進(jìn)水管 DN150，長(zhǎng)60m，連有兩個(gè)90°彎頭和一個(gè)吸濾底閥。泵出水管為兩段管段串聯(lián)，兩段分別為DN150、長(zhǎng)23m和DN100、長(zhǎng)100 m ,不同管徑的管道經(jīng)大小頭相聯(lián)，DN100的管道上有3個(gè)90°彎頭和一個(gè)閘閥。泵和電機(jī)的總效率為 60%。要求水的流量為140 m3/h , 如果當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)為0.46元/ ( kW-h)，問每天泵需要消耗多少電費(fèi)？(水溫為25C

27、，管道視為光滑管解：由題，在進(jìn)水口和出水口之間建立伯努利方程，有We = gh+Sh25C時(shí)，水的密度為 997.0kg/m 3,粘度為0.9 x 103Pas管徑為 100mm 時(shí)，u = 4.95m/s , Re= du p / = 5.48 x 10 為湍流為光滑管，查圖，匸0.02管徑為 150mm 時(shí)，u =2.20m/s , Re= du p / =3.66 x 10管道為光滑管，查圖， 匸0.022泵的進(jìn)水口段的管件阻力系數(shù)分別為 吸濾底閥Z= 1.5; 90°彎頭 =0.75;管入口 = 0. 5Sh1 =( 1.5 + 0.75 x+0.5 + 0.022 x 60

28、15) x (2.20m/s ) 2/2= 29.76m2/s2泵的出水口段的管件阻力系數(shù)分別為大小頭 =0.3; 90°彎頭Z= 0.75;閘閥 =0.17;管出口 = 1Sh = (1 + 0.75 x+0.3+ 0.17 + 0.02 x 100/1) x (4.95m/s2 + (0.023 x/035) x (2.20m?s2 = 299.13m2/s2We= gh + S f=29.76m2/s2 + 299.13m2/s2 + 60mx 9.81m/s2 = 917.49 m2/s2= 917.49J/kgWn =( 917.49J/kg/60%) x 140rf/h

29、x 997.0kg/m= 5.93 x 10w總消耗電費(fèi)為 59.3kWX 0.46元/ ( kW-h) x 24h/d= 654.55 元/d4.4某一60 mnx 3mm的鋁復(fù)合管，其導(dǎo)熱系數(shù)為 45 W/(m K),外包一層厚 30mm的石棉后，又包一層厚為 30mm的軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.15W/(m K)和0.04 W/(m K)。試求(1)如已知管內(nèi)壁溫度為-105C，軟木外側(cè)溫度為 5 C,則每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？(2 )若將兩層保溫材料互換，互換后假設(shè)石棉外側(cè)溫度仍為5C,則此時(shí)每米管長(zhǎng)的冷損失量為多少？解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對(duì)數(shù)平均半徑分別為rm1、r

30、m2、rm3。由題有 rm1 =3 mm = 28.47mm, rm2=30 mm = 43.28mmrm3 =30 mm = 73.99mm3060lnln2730b3In9060(1) R/L= bb2(1)基于管外表面積的總傳熱系數(shù); 解：(1)將鋼管視為薄管壁，則有11b1K 一1 2m34902.9510rs1 rs2K/W0.0022m45K/WK/Wm2 K/W 0.00026m 2458K/W 0.000176mK/W K= 338敕 E K)s2100%rs1rs2(2)產(chǎn)生污垢后增加的熱阻百分比為丄K0.1760.262.950.1760.26注：如不視為薄管壁，將有5 %

31、左右的數(shù)值誤差。100%17.34%4.10在套管換熱器中用冷水將100 C的熱水冷卻到50C,0 180 X 10m的管內(nèi)流動(dòng)，溫度從 20C升至30C。已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為 失，且近似認(rèn)為冷水和熱水的比熱相等，均為4.18 kJ/ ( kg K).試求(1 )冷卻水的用量；(2)兩流體分別為并流和逆流流動(dòng)時(shí)所需要的管長(zhǎng)，并加以比較。解：(1 )由熱量寸恒可得 qmcCpcAT= qmhCph AT熱水的質(zhì)量流量為3500kg/h。冷卻水在直徑為2320 W/ (m2K)。若忽略熱損(2)并流時(shí)有 AT= 80K, AT= 20KT2T180K20KTm43.28 KIn80T12

32、0qmc= 3500kg/h X 50/10 C= 17500kg/h33030=K m/WKm/WKm/W245 28.4720.1543.2820.04 73.99=3.73 X 104k m/W + 0.735K m/W + 1.613Km/W=2.348K m/WQ/L =T - 46.84W/mR/L(2) R/L=bib321rm122rm223rm333030W m/KWm/KWm/K245 28.4720.0443.2820.15 73.99=3.73 X 10Km/W + 2.758K m/W + 0.430K m /W=3.189Km /WTQ/L = 34.50W/mR/

33、L4.9在換熱器中用冷水冷卻煤油。水在直徑為0 19 X 2m的鋼管內(nèi)流動(dòng)，水的對(duì)流傳熱系數(shù)為3490 W/ ( m2 K),煤油的對(duì)流傳熱系數(shù)為 458 W/ ( m2K)o換熱器使用一段時(shí)間后，管壁兩側(cè)均產(chǎn)生污垢，煤油側(cè)和水側(cè)的污垢熱阻分別為0.000176 m2 K/W和0.00026m2 K/W，管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為 45 W/ (m K)。試求(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。由熱量守恒可得 KAATm = qmhCph AT即 Kn dLA(T= qmhCph AT_ qmhCph Th3500 kg / h 4.18kJ/(kg K) 50KL23.58 rmK d Tm 2320W

34、/(m2 K) 0.18m 43.28K逆流時(shí)有 AT= 70K, AT = 30KTm70K 30KInT2Tiln°47.21 K30同上得LqmhCphT hK d Tm3500kg /h 4.18kJ/(kg K) 50Ko noz 3.28m2320W/(m2 K) 0.18m 47.21 K比較得逆流所需的管路短，故逆流得傳熱效率較高。4.12火星向外輻射能量的最大單色輻射波長(zhǎng)為13.2 ym若將火星看作一個(gè)黑體，試求火星的溫度為多少?33解：由 AmT= 2.9 X 1（? 得 t 2.9 32.9 10219 70 Km 13.2 10 181.00510 3 3 1

35、0998.2 0.186 26.1直徑60叩的石英顆粒，密度為2600kg/m3,求在常壓下，其在20C的水中和20C的空氣中的沉降速度 （已知該條件下，水的密度為998.2kg/m3,黏度為1.005 X 10-3Pa；空氣的密度為1.205kg/m 3,黏度為1.81 X 10Pas）。解：（1）在水中，假設(shè)顆粒的沉降處于層流區(qū)，由式（）得:檢驗(yàn):3.1310 3 m/sp gd p Ut186r dpUt 60103.13ReP1.00522600998.29.816010 6位于在層流區(qū)，與假設(shè)相符，計(jì)算正確。（2）在空氣中應(yīng)用K判據(jù)法，得，Kd p3g p2636010 69.811

36、.2052600521.81 10 520.336所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得:6 20.28 m/sP gd P226009.816010Ut -518 18 1.81 106.6落球黏度計(jì)是由一個(gè)鋼球和一個(gè)玻璃筒組成，將被測(cè)液體裝入玻璃筒，然后記錄下鋼球落下一定距離所需要的時(shí)間，即可以計(jì)算出液體黏度?，F(xiàn)在已知鋼球直徑為10mm，密度為7900 kg/m 3,待測(cè)某液體的密度為1300kg/m 3,鋼球在液體中下落 200m m,所用的時(shí)間為 9.02s,試求該液體的黏度。解：鋼球在液體中的沉降速度為ut L/s 200 10 3 /9.02 0.022 m/s假設(shè)鋼球的沉

37、降符合斯托克斯公式，則18 utgd p2790013009.811018 0.02216.35 Pas檢驗(yàn)：Re 皿 0.02210 10 3 130000仃2，假設(shè)正確。p16.356.7降塵室是從氣體中除去固體顆粒的重力沉降設(shè)備，氣體通過降塵室具有一定的停留時(shí)間，若在這個(gè)時(shí)間內(nèi)顆粒沉到室底，就可以從氣體中去除，如下圖所示?，F(xiàn)用降塵室分離氣體中的粉塵（密度為4500kg/m3）,操作條件是：氣體體積流量為6m3/s，密度為0.6kg/m 3，黏度為3.0 x 10pas,降塵室高2m，寬2m，長(zhǎng)5m。求能被完全去除的最小塵粒的直徑。解：設(shè)降塵室長(zhǎng)為I,寬為b，高為h，則顆粒的停留時(shí)間為t停

38、l/ui，沉降時(shí)間為t沉h/ut，當(dāng)t停t沉?xí)r,顆粒可以從氣體中完全去除,t停 t沉對(duì)應(yīng)的是能夠去除的最小顆粒，即l/ui h/q因?yàn)閡i hb，所以hqVIhbqVlb0.6 m/s5 2假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得檢驗(yàn)雷諾數(shù)Re pdp min5183 100.69.8145000.68.57 10 5 m 85.7dput8.5710 50.60.6苗 2，在層流區(qū)。310 5所以可以去除的最小顆粒直徑為85.7 ym6.8采用平流式沉砂池去除污水中粒徑較大的顆粒。如果顆粒的平均密度為2240kg/m 3,沉淀池有效水深為1.2m，水力停留時(shí)間為1min，求能夠去除的顆粒最小粒

39、徑（假設(shè)顆粒在水中自由沉降，污水的物性參數(shù)為密度1000kg/m 3，黏度為 1.2 x 悔玄 s）。解：能夠去除的顆粒的最小沉降速度為Uth/t 沉1.2/600.02m/sp gd p21818 ut；18 *1.210 30.021 8810 4 mP g224010009.81dput8810 4 O.°2 10°03 132，假設(shè)錯(cuò)誤。1.2 10 3假設(shè)沉降符合斯克托斯公式，則所以dP檢驗(yàn)Re p假設(shè)沉降符合艾倫公式，則所以dd p'1.40.60.4Uto.27，P0.6gd p Re p0.02 143 a1.2 100.410000.27 2224

40、010009.81ut2.12 10 4 m200 C，體積流量為3800650mm，200 C空氣的解：標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進(jìn)口寬度 B D/40.65/40.1625m,進(jìn)口高度 h D/20.65/20.325m,進(jìn)口氣速 ui % / Bh 3800/3600 /0.1625 0.32519.99m/s所以分離粉塵的臨界直徑為de9 BUi pN92.6010 50.16253.1419.992290567.2710m=7.27 m27.1用板框壓濾機(jī)恒壓過濾某種懸浮液，過濾方程為V V 6 105A2t式中：t的單位為s(1)如果30min內(nèi)獲得5m3濾液，需要面積為 0.4m2的濾框多少

41、個(gè)?(2)求過濾常數(shù) K, qe, te。252解：(1)板框壓濾機(jī)總的過濾方程為 V V 6 10 At在t 30 601800s內(nèi)，V 5m3，則根據(jù)過濾方程51 2 5 6 10 5A2 1800求得，需要的過濾總面積為2A 16.67m ,所以需要的板框數(shù)薛 41.6750.442(2)恒壓過濾的基本方程為V2 2VVe KA 2t與板框壓濾機(jī)的過濾方程比較，可得K 6 10 5m2/sVe 0.5m3, qeVe0.03m3/m2A 16.67te2qe0.032K 6 10 515sm3/h，粉塵密度為2290 kg/m 3,求旋風(fēng)分離器能分離粉塵的臨界直徑(旋風(fēng)分離器的直徑為密度

42、為 0.746 kg/m 3,黏度為 2.60 X 10 Pas)。te為過濾常數(shù)，與qe相對(duì)應(yīng)，可以稱為過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時(shí)間,7.6用過濾機(jī)過濾某懸浮液，固體顆粒的體積分?jǐn)?shù)為0.015,液體粘度為1 X 10 Pas。當(dāng)以98.1kPa的壓差恒壓過濾時(shí)，過濾20min得到的濾液為0.197 m3/m2 ,繼續(xù)過濾20min,共得到濾液0.287 m3/m 2,過濾壓差提高到 196.2kPa時(shí)，過濾20min得到濾液0.256 m3/m2，試計(jì)算qe, r0,s以及兩壓差下的過濾常數(shù) K (濾液黏度為1X 105 Pas)。解：依題意，可得0.197 98100(2)2400(2) 2 0.197 qe-聖