環(huán)境工程原理課件

第一部分環(huán)境工程原理基礎環(huán)境工程原理張旭：zhangxu@62792336(o)陸松柳：lusl@

第一部分環(huán)境工程原理基礎環(huán)境工程原理張旭：zha質量衡算與能量衡算流體輸送、流體中的過程加熱、冷卻、設備保溫等熱量傳遞吸收、吸附、萃取、膜分離生物、化學反應質量傳遞給水處理、污水處理，廢氣處理，固體廢棄物處理土壤凈化給水排水管道工程流體流動第一部分環(huán)境工程原理基礎質量衡算與能量衡算流體輸送、流體中的過程加熱、冷卻、設備保溫主要內容第二章質量衡算與能量衡算第三章流體流動第四章熱量傳遞第五章質量傳遞主要內容第二章質量衡算與能量衡算第二節(jié)質量衡算第三節(jié)能量衡算第二章質量衡算與能量衡算第一節(jié)常用物理量第二節(jié)質量衡算第三節(jié)能量衡算第二章質一、計量單位計量單位是度量物理量的標準

物理量＝數(shù)值×單位國際單位制，其國際符號為SI7個基本單位2個輔助單位導出單位

mkg7個基本單位第一節(jié)常用物理量一、計量單位計量單位是度量物理量的標準物理量＝數(shù)值×單位國按照定義式由基本單位相乘或相除求得，并且其導出單位的定義式中的比例系數(shù)永遠取1。式中F——力；m——質量；a——加速度；u——速度；t——時間；S——距離；k——比例系數(shù)。當采用其它單位制時，將各物理量的單位代入定義式中，得到的k不等于1。例如，上例中，若距離的單位為cm，則k=0.01。導出單位力的導出單位，按牛頓運動定律寫出力的定義式，即2個輔助單位按照國際單位制規(guī)定，取k=1，則力的導出單位為按照定義式由基本單位相乘或相除求得，并且其導出單位的定義式中國際單位制中規(guī)定了若干具有專門名稱的導出單位國際單位制中規(guī)定了若干具有專門名稱的導出單位二、物理量的單位換算同一物理量用不同單位制的單位度量時，其數(shù)值比稱為換算因數(shù)

解：按照題意，將kgf/cm2中力的單位kgf換算為N，cm2換算為m2。查表，N與kgf的換算因數(shù)為9.80665，因此1kgf＝9.80665N又1cm＝0.01m所以1.033kgf/cm2＝1.033×9.80665N/(0.01m)2=1.013×105N/m2例如1m長的管用英尺度量時為3.2808ft，則英尺與米的換算因數(shù)為3.2808。

例1：已知1atm＝1.033kgf/cm2，將其換算為N/m2。二、物理量的單位換算同一物理量用不同單位制的單位度量時，其數(shù)【例題】設備壁面因強制對流和輻射作用向周圍環(huán)境中散失的熱量可用下式表示，即式中：——對流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，kcal/（m2·h·℃）——設備周圍空氣流動速度，cm/s若將的單位改為W/(m2·K),u的單位改為m/s，試將上式加以變換?！纠}】設備壁面因強制對流和輻射作用向周圍環(huán)境中散失的熱量可解：根據(jù)附錄，1kcal＝4186.8W·s，1h=3600s；1℃表示溫差為1℃，用K表示溫度時，溫差為1K。因此1kcal/（m2·h·℃）＝4186.8/3600W/(m2·K)＝1.163W/(m2·K)1cm/s＝0.01m/s將上兩式帶入原式中，得整理上式，并略去上標，得令為以W/(m2·K)為單位的傳熱系數(shù)，為以m/s為單位的速度W/(m2·K)解：根據(jù)附錄，1kcal＝4186.8W·s，1h=360三、因次和無因次準數(shù)因次用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性質稱為它的因次。因次與單位的區(qū)別：因次是可測量的性質；單位是測量的標準，用這些標準和確定的數(shù)值可以定量地描述因次。可測量物理量可以分為兩類：基本量和導出量。其它物理量均可以以M、L、t和T的組合形式表示其因次:[速度]=[密度]=[壓力]=[粘度]=基本因次:質量、長度、時間、溫度的因次，分別以M、L、t和T表示，簡稱MLtT因次體系?！疚锢砹俊勘硎驹撐锢砹康囊虼?，而不是指具有確定數(shù)值的某一物理量。利用因次所建立起來的關系是定性的而不是定量的。Lt－1ML－3ML－1t－2ML－1t－1三、因次和無因次準數(shù)因次用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性無因次準數(shù)由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無因次準數(shù)。無因次準數(shù)既無因次，又無單位，其數(shù)值大小與所選單位制無關。只要組合群數(shù)的各個量采用同一單位制，都可得到相同數(shù)值的無因次準數(shù)。準數(shù)符號定義雷諾數(shù)(Reynold)Re=無因次準數(shù)由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無因參考內容：因次分析法通過對影響某一過程和現(xiàn)象的各種因素（物理量）進行因次分析，將物理量表示成為若干個無因次準數(shù)，然后借助實驗數(shù)據(jù)，建立這些無因次變量之間的關系式。參考內容：因次分析法通過對影響某一過程和現(xiàn)象的各種因環(huán)境工程原理課件雷諾數(shù)，代表慣性力與粘性力的比值，反映流動特性；歐拉數(shù)，代表阻力損失引起的壓降與慣性力之比。管路的長徑比，反映幾何尺寸的特性；絕對粗糙度與管徑之比，稱為相對粗糙度通過實驗，回歸求取關聯(lián)式中的待定系數(shù)?！昂谙洹蹦Ｐ头ɡ字Z數(shù)，代表慣性力與粘性力的比值，反映流動特性；歐拉數(shù)，代表四、常用物理量（一）濃度1．質量濃度與摩爾濃度（1）質量濃度cA，c（2）摩爾濃度CA

，

C2.質量分數(shù)與摩爾分數(shù)（1）質量分數(shù)和體積分數(shù)組分A的質量分數(shù)混合物的總質量組分A的質量組分A的摩爾質量四、常用物理量（一）濃度2.質量分數(shù)與摩爾分數(shù)組分A的質量分ppm——液體中的組分濃度，μg/g，10-6（質量分數(shù)）ppb——μg/kg，10-9（質量分數(shù)）在水處理中，污水中的污染物濃度一般較低，1L污水的質量可以近似認為等于1000g，所以實際應用中，常常將質量濃度和質量分數(shù)加以換算，即1mg/L＝1g/m3＝1×10-6（質量分數(shù)）=1ppm1μg/L＝1mg/m3＝1×10-9（質量分數(shù)=1ppb當污染物的濃度過高，導致污水的比重發(fā)生變化時，上兩式應加以修正，即1mg/L＝1×10-6×污水的密度 1μg/L＝1×10-9×污水的密度ppm——液體中的組分濃度，μg/g，10-6（質量分數(shù)在大氣污染控制工程中，經(jīng)常用體積分數(shù)來表示污染物質的濃度。當氣體混合物中有百萬分之一的體積為污染物質時，例如ml/m3，則此氣態(tài)污染物質濃度為10-6（體積分數(shù)），ppmv。1摩爾任何理想氣體在相同的壓強和溫度下有著同樣的體積，因此可以用體積分數(shù)表示污染物質的濃度，在實際應用中非常方便；同時，該單位的最大優(yōu)點是與溫度、壓力無關。例如，10-6（體積分數(shù)）表示每106體積空氣中有1體積的污染物，這等價于每106摩爾空氣中有1摩爾污染物質。又因為任何單位摩爾的物質有著相同數(shù)量的分子，10-6（體積分數(shù)）也就相當于每106個空氣分子中有1個污染物分子。在大氣污染控制工程中，經(jīng)常用體積分數(shù)來表示污染物質的濃度。當對于氣體，10-6（體積分數(shù)）和mg/m3之間的關系和壓力、溫度以及污染物質的分子量有關。對于理想氣體，可以用理想氣體狀態(tài)方程表示，即：

式中：p——絕對壓力，atm；

VA——體積，m3；

nA——物質的摩爾數(shù)，mol；

R——理想氣體常數(shù)，0.082L·atm·K-1·mol-1；

T——絕對溫度，K。對于氣體，10-6（體積分數(shù)）和mg/m3之間的關系和壓力、根據(jù)體積分數(shù)和質量濃度的定義根據(jù)體積分數(shù)和質量濃度的定義（2）摩爾分數(shù)組分A的摩爾分數(shù)混合物的總摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)當混合物為氣液兩相體系時，常以x表示液相中的摩爾分數(shù)，y表示氣相中的摩爾分數(shù)，

組分A的質量分數(shù)與摩爾分數(shù)的關系（2）摩爾分數(shù)組分A的摩爾分數(shù)混合物的總摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)3．質量比與摩爾比組分A的質量比混合物中惰性物質的質量組分A的質量（當混合物中除組分A外，其余為情性組分時）組分A的摩爾比混合物中惰性物質的摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)質量比與質量分數(shù)的關系摩爾比與摩爾分數(shù)的關系組分A與惰性組分的關系3．質量比與摩爾比組分A的質量比混合物中惰性物質的質量組分【例】在1atm、25℃條件下，某室內空氣一氧化碳的體積分數(shù)為9.0×10-6。用質量濃度表示一氧化碳的濃度。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，1mol空氣在1atm和25℃下的體積為一氧化碳（CO）的分子質量為28g/mol，所以CO的質量濃度為mg/m3【例】在1atm、25℃條件下，某室內空氣一氧化碳的體積分數(shù)（二）流量體積流量質量流量（三）流速一維流動二維流動三維流動（二）流量體積流量質量流量（三）流速一維流動圓形管道在管路設計中，選擇適宜的流速非常重要!!!。一般地，液體的流速取0.5~3.0m/s,氣體則為10~30m/s。

速度分布（主體）平均流速按體積流量相等的原則定義流速影響流動阻力和管徑，因此直接影響系統(tǒng)的操作費用和基建費用。圓形管道在管路設計中，選擇適宜的流速非常重要!!!。一般地單位時間內通過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是表示傳遞速率的重要物理量。（四）通量單位時間內通過單位面積的熱量，稱為熱量通量，單位為J/（m2·s）；單位時間內通過單位面積的某組分的質量，成為該組分的質量通量，單位為kmol/（m2·s）；單位時間內通過單位面積的動量，稱為動量通量，單位為N/m2。單位時間內通過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是表示第二節(jié)質量衡算質量衡算通常被稱為物料衡算，依據(jù)質量守恒定律，當發(fā)生化學反應的時候，物質既沒有產(chǎn)生，也沒有消失。進行質量衡算時，首先需要劃定衡算的系統(tǒng)，其次要確定衡算的對象與衡算的基準。分析物質流劃定衡算的系統(tǒng)確定衡算的對象某物質第二節(jié)質量衡算質量衡算通常被稱為物料衡算，依據(jù)質量守恒定律衡算的系統(tǒng)用來分析質量遷移的特定區(qū)域，即衡算的空間范圍環(huán)境設備或管道中一個微元體——微分衡算一個反應池、一個車間，或者一個湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣，甚至可以是整個地球——總衡算可以是物料的全部組分，也可以是物料中的關鍵組分。衡算的對象衡算的基準：對一定時間段或一定質量物質進行衡算衡算的系統(tǒng)用來分析質量遷移的特定區(qū)域，即衡算的空間范圍環(huán)總質量衡算由宏觀尺度系統(tǒng)的外部（進、出口及環(huán)境）各有關物理量的變化來考察系統(tǒng)內部物理量的總體平均變化?？梢越鉀Q環(huán)境工程中的物料平衡、能量轉換與消耗、設備受力，以及管道內的平均流速、阻力損失等許多有實際意義的問題，但不能得知系統(tǒng)內部各點的變化規(guī)律?？傎|量衡算由宏觀尺度系統(tǒng)的外部（進、出口及環(huán)境）各有關物理量（一）以物料的全部組分為衡算對象t時間內輸入系統(tǒng)的物料質量t時間內輸出系統(tǒng)的物料質量t時間內系統(tǒng)中積累的物料質量單位時間輸入物料質量－單位時間輸出物料質量＝單位時間內積累物料質量單位時間輸入系統(tǒng)的物料質量，即輸入系統(tǒng)的質量流量，也稱為輸入速率

單位時間輸出系統(tǒng)的物料質量，即輸出系統(tǒng)的質量流量，也稱為輸出速率

單位時間系統(tǒng)內積累的物料質量，也稱為物料的積累速率

輸入物料質量－輸出物料質量＝內部積累物料質量（一）以物料的全部組分為衡算對象t時間內輸入系統(tǒng)的物料質量t穩(wěn)態(tài)流動的數(shù)學特征：當系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，不隨時間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)；當上述物理量不僅隨位置變化，而且隨時間變化，稱為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)對于穩(wěn)態(tài)過程，內部無物料積累穩(wěn)態(tài)流動的數(shù)學特征：當系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理（二）以某種元素或某種物質為衡算對象質量衡算系統(tǒng)圖輸入速率－輸出速率＋轉化速率=積累速率（二）以某種元素或某種物質為衡算對象質量衡算系統(tǒng)圖輸入1．穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng)【例題】一條河流的上游流量為10m3/s，氯化物的濃度為20mg/L，有一條支流匯入，流量為5m3/s，其氯化物濃度為40mg/L。視氯化物為不可降解物質，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算匯合點下游河水中的氯化物濃度，假設在該點流體完全混合。解：首先劃定衡算系統(tǒng)，繪制質量平衡圖1．穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng)【例題】一條河流的上游流量為10m3/s，氯化物的輸出速率為

氯化物的輸入速率為氯化物的輸出速率為 氯化物的輸入速率為【例題2.2-2】某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池用于去除水中的懸浮物，濃縮池用于將沉淀的污泥進一步濃縮，濃縮池的上清液返回到沉淀池中。污水流量為5000m3/d，懸浮物含量為200mg/L，沉淀池出水中懸浮物濃度為20mg/L，沉淀污泥的含水率為99.8%，進入濃縮池停留一定時間后，排出的污泥含水率為96%，上清液中的懸浮物含量為100mg/L。假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中沒有生物作用。求整個系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水的比重為1000kg/m3。？？？c0c1c2c4c3【例題2.2-2】某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池(1)求污泥產(chǎn)量以沉淀池和濃縮池的整個過程為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象，因系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸入系統(tǒng)的懸浮物量等于輸出的量已知=5000m3/d，＝200mg/L，＝20mg/L，＝(100-96)/(100/1000)＝40(g/L)＝40000(mg/L)＝(100-99.8)/(100/1000)＝2(g/L)＝2000(mg/L)＝100mg/L污泥含水率為污泥中水和污泥總量的質量比，因此污泥中懸浮物含量為輸入速率

輸出速率=22.5(m3/d)＝4977.5(m3/d)(1)求污泥產(chǎn)量已知=5000m3/d，＝200mg/L，＝(2)濃縮池上清液量取濃縮池為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象污泥含水率從99.8％降低到96％，污泥體積由472.5m3/d減少為22.5m3/d，相差20倍。輸入速率

輸出速率=450(m3/d)＝472.5(m3/d)(2)濃縮池上清液量污泥含水率從99.8％降低到96％，污泥【例】某熱電廠所采用的煤的熱值為24kJ/g，平均含碳量約62%，含硫量平均為2%。排放標準規(guī)定，發(fā)電廠每輸入106kJ熱量，二氧化硫的允許排放量為260g；顆粒物的允許排放量為13g。燃料中，10%未燃燒的礦物質形成了灰，其中約有70%的灰為飛灰，30%以底灰的形式從燃燒室中排出。假設燃煤熱電廠每輸入3個單位的熱能，輸出1個單位的電能。（1）求每輸送1kW·h電能所允許排放出的二氧化硫、顆粒物和碳的量（假設所有的碳都釋放到大氣中）；（2）為滿足二氧化硫的排放標準，二氧化硫控制系統(tǒng)的效率要達到多少？（3）為滿足顆粒物的排放標準，顆粒物控制系統(tǒng)的效率要達到多少？【例】某熱電廠所采用的煤的熱值為24kJ/g，平均含碳量環(huán)境工程原理課件2．穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng)污染物的生物降解經(jīng)常被視為一級反應，即污染物的降解速率與其濃度成正比。假設體積V中可降解物質的濃度均勻分布，則

反應速率常數(shù)，1/s或1/d物質濃度負號表示污染物隨時間的增加而減少體積2．穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng)污染物的生物降解經(jīng)常被視為一級反應，即污染物【例題】一個湖泊的容積為10.0×106m3。有一流量為5.0m3/s、污染物濃度為10.0mg/L的受污染支流流入該湖泊.同時，還有一污水排放口將污水排入湖泊，污水流量為0.5m3/s，濃度為100mg/L。污染物的降解速率常數(shù)為0.201/d。假設污染物質在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸發(fā)等原因增加或者減少。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。解：假設完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度輸入速率輸出速率

降解速率1/d【例題】一個湖泊的容積為10.0×106m3。有一流量為5.【例】在一個大小為500m3的會議室里面有50個吸煙者，每人每小時吸兩支香煙。每支香煙散發(fā)1.4mg的甲醛。甲醛轉化為二氧化碳的反應速率常數(shù)為k＝0.401/h。新鮮空氣進入會議室的流量為1000m3/h，同時室內的原有空氣以相同的流量流出。假設混合完全，估計在25℃、1atm的條件下，甲醛的穩(wěn)態(tài)濃度。并與造成眼刺激的起始濃度0.05×10-6（體積分數(shù)）相比較。室內濃度cV=500m3輸入速率輸出速率降解速率＝50×2×1.4＝140mg/h＝1000×c＝1000cmg/h1/h【例】在一個大小為500m3的會議室里面有50個吸煙者，每人3.非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)采用微分衡算式【例題】一圓筒形儲罐，直徑為0.8m。罐內盛有2m深的水。在無水源補充的情況下，打開底部閥門放水。已知水流出的質量流量與水深的關系為解：根據(jù)質量衡算方程kg/s，求經(jīng)過多長時間后，水位下降至1m？kg/skgt=1518s≠03.非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)采用微分衡算式【例題】一圓筒形儲罐，直徑為0第三節(jié)能量衡算分析能量流流體輸送中，通過水泵對水做功，將水提升到高處兩大類問題：主要涉及物料溫度與熱量變化的過程－冷卻、加熱、散熱

系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)內各種能量相互轉化－流體輸送用熱水或蒸汽加熱水或污泥用冷水吸收電廠的廢熱水電站中，水的勢能經(jīng)過大壩轉變?yōu)閯幽埽苿訙u輪旋轉流體在管道中流動，由于粘性產(chǎn)生摩擦力，消耗機械能，轉變?yōu)闊崃克A熱系統(tǒng)熱量衡算機械能衡算——水或污泥吸收熱量溫度升高——冷卻水吸收熱量溫度升高Qh

W熱水供應系統(tǒng)第三節(jié)能量衡算分析能量流流體輸送中，通過水泵對水做功，能量輸入輸出的方式：（1）流體攜帶能量進出系統(tǒng)（2）系統(tǒng)與外界交換能量（熱，功）熱量

做功一、能量衡算方程能量衡算依據(jù)能量守恒定律，能量既不會消失也不能被創(chuàng)造。在給定的過程中，能量會發(fā)生形式上的改變——開放系統(tǒng)——封閉系統(tǒng)能量輸入輸出的方式：熱量做功一、能量衡算任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對外所作的功之差，即物料所具有的各種能量之和，即總能量物料從外界吸收的熱量物料對外界所作的功系統(tǒng)內部物料能量的變化

系統(tǒng)內能量的變化＝（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內物料能量的積累）對于物料總質量：任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內能量的積累）＝（系統(tǒng)從外界吸收的熱量）－（對外界所作的功）對于單位時間：（單位時間輸出系統(tǒng)的物料帶出的總能量）－（單位時間輸入系統(tǒng)的物料帶入的總能量）＋（單位時間系統(tǒng)內能量的積累）＝（單位時間系統(tǒng)從外界吸收的熱量）－（單位時間對外界所作的功）對于單位質量物料：（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系＝0能量可用焓表示主要涉及物料溫度與熱量變化的過程－冷卻、加熱、散熱

－熱量衡算輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和系統(tǒng)內能量的積累

環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量

＝0能量可用焓表示主要涉及物料溫度與熱量變化的過程輸出系統(tǒng)的單位時間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和單位時間內輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和單位時間內系統(tǒng)內能量的積累

單位時間內環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量

對于單位時間：計算時注意單位！單位時間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和單位物質的焓定義為焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時間基準外，還需要選取物態(tài)與溫度基準，通常以273K物質的液態(tài)為基準。單位質量物質的焓單位質量物質的內能物質所處的壓力單位質量物質的體積物質的焓定義為焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質交換的系統(tǒng)

大氣層、封閉的系統(tǒng)等二、封閉系統(tǒng)的能量衡算系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內部能量的積累對物料總質量進行衡算內部能量的變化表現(xiàn)為？封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質交換的系統(tǒng)二、封閉系統(tǒng)的能量衡算系有相變情況下吸收或放出潛熱物質的潛熱物料的定壓比熱容

物料溫度改變物料的質量無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化（1）恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的增加，即（2）恒容、不做非體積功的條件下，體系所吸收的熱量全部用于增加體系的內能，即物料的定容比熱容

對于固體或液體：有相變情況下吸收或放出潛熱【例】熱水器發(fā)熱元件的功率是5kW，將水20L從15℃加熱到85℃，試計算需要多少時間？假設所有電能都轉化為水的熱能，忽略水箱自身溫度升高所消耗的能量和從水箱向環(huán)境中散失掉的能量。

解：以熱水器中水所占的體積為衡算系統(tǒng)，為封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)吸收的熱量來自發(fā)熱元件，加熱時間為，輸入的熱量為Q＝5×Δt＝5ΔtkW·h水中能量的變化為＝20×1×4.18×（85－15）＝5852kJ輸入的能量等于水中能量的變化水＝0.325h373K飽和水的焓【例】熱水器發(fā)熱元件的功率是5kW，將水20L從15℃加熱到kJkJ開放系統(tǒng)－與環(huán)境既有物質交換又有能量交換的系統(tǒng)三、開放系統(tǒng)的能量衡算對于單位時間物料進行衡算對于穩(wěn)態(tài)過程開放系統(tǒng)三、開放系統(tǒng)的能量衡算對于單位時間物料進行衡算對于【例】在一列管式換熱器中用373K的飽和水蒸氣加熱某液體，液體流量為1000kg/h。從298K加熱到353K，液體的平均比熱容為3.56kJ/(kg·K)。飽和水蒸氣冷凝放熱后以373K的飽和水排出。換熱器向四周的散熱速率為10000kJ/h。試求穩(wěn)定操作下加熱所需的蒸氣量。解：取整個換熱器為衡算系統(tǒng)，時間基準為1h，物態(tài)溫度基準為273K液體?！纠吭谝涣泄苁綋Q熱器中用373K的飽和水蒸氣加熱某液體，液輸入系統(tǒng)的物料的焓值包括：設飽和水蒸氣用量為Gkg/h，查得373K的飽和水蒸氣的焓為2677kJ/kg，飽和水的焓為418.68kJ/kg輸出系統(tǒng)的物料的焓值包括：=－10000kJ/h解得G＝91.1kg/h飽和水蒸氣的焓：298K的液體：飽和水蒸氣的焓298K的液體373K飽和水的焓：353K的液體：353K的液體373K飽和水的焓輸入系統(tǒng)的物料的焓值包括：設飽和水蒸氣用量為Gkg/h，查Q=5m3/h【例】一污水池內有50m3的污水，溫度為15℃，為加速消化過程，需將其加熱到35℃。采用外循環(huán)法加熱，使污水以5m3/h的流量通過換熱器，換熱器用水蒸氣加熱，其出口溫度恒定為100℃。假設罐內污水混合均勻，污水的密度為1000kg/m3，不考慮池的散熱，問污水加熱到所需溫度需要多少時間？非穩(wěn)態(tài)過程解：池中污水混合均勻，因此任意時刻從池中排出的污水溫度與池中相同，設其為T℃。以污水池為衡算系統(tǒng)，以0℃的污水為溫度物態(tài)基準。輸出系統(tǒng)的焓系統(tǒng)內積累的焓輸入系統(tǒng)的焓TQ=5m3/h【例】一污水池內有50m3的污水，溫度為15℃邊界條件：℃℃h邊界條件：℃℃h當只有一種物料流經(jīng)系統(tǒng)輸入或輸出熱量時，因物料進入系統(tǒng)而輸入的能量為

1HHFw=?

因物料離開系統(tǒng)所輸出的能量為

2HHPw=?

式中：w——通過系統(tǒng)的物料的質量流量，kg/h或kg/s；

1H——單位質量物料進入系統(tǒng)時的焓，kJ/kg；

2H——單位質量物料離開系統(tǒng)時的焓，kJ/kg。

則系統(tǒng)的能量變化率為

()12HHHHFP-=-??w

開放系統(tǒng)中能量變化率的計算：當只有一種物料流經(jīng)系統(tǒng)輸入或輸出熱量時，因物料進入系統(tǒng)而輸入()12HHHHFP-=-??w

（1）當物料無相變時，若定壓比熱容不隨時間變化，或取物料平均溫度下的定壓比熱容時，

()TcHHHHpFPD=-=-??ww12

例如，用水對熱電廠進行冷卻，w表示冷卻水的質量流量，ΔT表示冷卻水在流經(jīng)熱電廠的冷凝器后溫度的升高。

（2）物料有相變時，例如熱流體為飽和蒸汽，放出熱量后變?yōu)槔淠?。當冷凝液以飽和溫度離開系統(tǒng)時，

()rHHHHFPww=-=-??12

式中：r——飽和蒸汽的冷凝潛熱，kJ/kg。

當物料離開系統(tǒng)時的溫度低于飽和溫度時，

()TcrHHHHpFPD+=-=-??www12

物料經(jīng)過系統(tǒng)放出潛熱時，r為負值！()12HHHHFP-=-??w【例】

燃煤發(fā)電廠將煤的化學能的三分之一轉化為電能，輸出電能1000MW。其余三分之二的化學能以廢熱的形式釋放到環(huán)境中，其中有15%的廢熱從煙囪中排出，其余85%的余熱隨冷卻水進入附近的河流中。如圖2.3-12所示。河流上游的流速為100m3/s，水溫為20℃。試計算：（1）若冷卻水的溫度只升高了10℃，冷卻水的流量為多少？（2）這些冷卻水進入河流后，河水的溫度將變化多少？【例】燃煤發(fā)電廠將煤的化學能的三分之一轉化為電能，輸出電能（1）以冷卻水為衡算對象則冷卻水能量的變化率為水的密度為1000kg/m3，故水的體積流量為40.6m3/s。設冷卻水的質量流量為冷卻水吸收熱量速率為（1）以冷卻水為衡算對象則冷卻水能量的變化率為水的密度為10（2）以河流水為衡算對象，在100m3/s的流量下，吸收1700MW能量后河水溫度的變化為河水溫度升高了4.1℃，變?yōu)?4.1℃。（2）以河流水為衡算對象，在100m3/s的流量下，吸收17第一部分環(huán)境工程原理基礎環(huán)境工程原理張旭：zhangxu@62792336(o)陸松柳：lusl@

第一部分環(huán)境工程原理基礎環(huán)境工程原理張旭：zha質量衡算與能量衡算流體輸送、流體中的過程加熱、冷卻、設備保溫等熱量傳遞吸收、吸附、萃取、膜分離生物、化學反應質量傳遞給水處理、污水處理，廢氣處理，固體廢棄物處理土壤凈化給水排水管道工程流體流動第一部分環(huán)境工程原理基礎質量衡算與能量衡算流體輸送、流體中的過程加熱、冷卻、設備保溫主要內容第二章質量衡算與能量衡算第三章流體流動第四章熱量傳遞第五章質量傳遞主要內容第二章質量衡算與能量衡算第二節(jié)質量衡算第三節(jié)能量衡算第二章質量衡算與能量衡算第一節(jié)常用物理量第二節(jié)質量衡算第三節(jié)能量衡算第二章質一、計量單位計量單位是度量物理量的標準

物理量＝數(shù)值×單位國際單位制，其國際符號為SI7個基本單位2個輔助單位導出單位

mkg7個基本單位第一節(jié)常用物理量一、計量單位計量單位是度量物理量的標準物理量＝數(shù)值×單位國按照定義式由基本單位相乘或相除求得，并且其導出單位的定義式中的比例系數(shù)永遠取1。式中F——力；m——質量；a——加速度；u——速度；t——時間；S——距離；k——比例系數(shù)。當采用其它單位制時，將各物理量的單位代入定義式中，得到的k不等于1。例如，上例中，若距離的單位為cm，則k=0.01。導出單位力的導出單位，按牛頓運動定律寫出力的定義式，即2個輔助單位按照國際單位制規(guī)定，取k=1，則力的導出單位為按照定義式由基本單位相乘或相除求得，并且其導出單位的定義式中國際單位制中規(guī)定了若干具有專門名稱的導出單位國際單位制中規(guī)定了若干具有專門名稱的導出單位二、物理量的單位換算同一物理量用不同單位制的單位度量時，其數(shù)值比稱為換算因數(shù)

解：按照題意，將kgf/cm2中力的單位kgf換算為N，cm2換算為m2。查表，N與kgf的換算因數(shù)為9.80665，因此1kgf＝9.80665N又1cm＝0.01m所以1.033kgf/cm2＝1.033×9.80665N/(0.01m)2=1.013×105N/m2例如1m長的管用英尺度量時為3.2808ft，則英尺與米的換算因數(shù)為3.2808。

例1：已知1atm＝1.033kgf/cm2，將其換算為N/m2。二、物理量的單位換算同一物理量用不同單位制的單位度量時，其數(shù)【例題】設備壁面因強制對流和輻射作用向周圍環(huán)境中散失的熱量可用下式表示，即式中：——對流-輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)，kcal/（m2·h·℃）——設備周圍空氣流動速度，cm/s若將的單位改為W/(m2·K),u的單位改為m/s，試將上式加以變換。【例題】設備壁面因強制對流和輻射作用向周圍環(huán)境中散失的熱量可解：根據(jù)附錄，1kcal＝4186.8W·s，1h=3600s；1℃表示溫差為1℃，用K表示溫度時，溫差為1K。因此1kcal/（m2·h·℃）＝4186.8/3600W/(m2·K)＝1.163W/(m2·K)1cm/s＝0.01m/s將上兩式帶入原式中，得整理上式，并略去上標，得令為以W/(m2·K)為單位的傳熱系數(shù)，為以m/s為單位的速度W/(m2·K)解：根據(jù)附錄，1kcal＝4186.8W·s，1h=360三、因次和無因次準數(shù)因次用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性質稱為它的因次。因次與單位的區(qū)別：因次是可測量的性質；單位是測量的標準，用這些標準和確定的數(shù)值可以定量地描述因次。可測量物理量可以分為兩類：基本量和導出量。其它物理量均可以以M、L、t和T的組合形式表示其因次:[速度]=[密度]=[壓力]=[粘度]=基本因次:質量、長度、時間、溫度的因次，分別以M、L、t和T表示，簡稱MLtT因次體系?！疚锢砹俊勘硎驹撐锢砹康囊虼危皇侵妇哂写_定數(shù)值的某一物理量。利用因次所建立起來的關系是定性的而不是定量的。Lt－1ML－3ML－1t－2ML－1t－1三、因次和無因次準數(shù)因次用來描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的可測量性無因次準數(shù)由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無因次準數(shù)。無因次準數(shù)既無因次，又無單位，其數(shù)值大小與所選單位制無關。只要組合群數(shù)的各個量采用同一單位制，都可得到相同數(shù)值的無因次準數(shù)。準數(shù)符號定義雷諾數(shù)(Reynold)Re=無因次準數(shù)由各種變量和參數(shù)組合而成的沒有單位的群數(shù)，稱為無因參考內容：因次分析法通過對影響某一過程和現(xiàn)象的各種因素（物理量）進行因次分析，將物理量表示成為若干個無因次準數(shù)，然后借助實驗數(shù)據(jù)，建立這些無因次變量之間的關系式。參考內容：因次分析法通過對影響某一過程和現(xiàn)象的各種因環(huán)境工程原理課件雷諾數(shù)，代表慣性力與粘性力的比值，反映流動特性；歐拉數(shù)，代表阻力損失引起的壓降與慣性力之比。管路的長徑比，反映幾何尺寸的特性；絕對粗糙度與管徑之比，稱為相對粗糙度通過實驗，回歸求取關聯(lián)式中的待定系數(shù)。“黑箱”模型法雷諾數(shù)，代表慣性力與粘性力的比值，反映流動特性；歐拉數(shù)，代表四、常用物理量（一）濃度1．質量濃度與摩爾濃度（1）質量濃度cA，c（2）摩爾濃度CA

，

C2.質量分數(shù)與摩爾分數(shù)（1）質量分數(shù)和體積分數(shù)組分A的質量分數(shù)混合物的總質量組分A的質量組分A的摩爾質量四、常用物理量（一）濃度2.質量分數(shù)與摩爾分數(shù)組分A的質量分ppm——液體中的組分濃度，μg/g，10-6（質量分數(shù)）ppb——μg/kg，10-9（質量分數(shù)）在水處理中，污水中的污染物濃度一般較低，1L污水的質量可以近似認為等于1000g，所以實際應用中，常常將質量濃度和質量分數(shù)加以換算，即1mg/L＝1g/m3＝1×10-6（質量分數(shù)）=1ppm1μg/L＝1mg/m3＝1×10-9（質量分數(shù)=1ppb當污染物的濃度過高，導致污水的比重發(fā)生變化時，上兩式應加以修正，即1mg/L＝1×10-6×污水的密度 1μg/L＝1×10-9×污水的密度ppm——液體中的組分濃度，μg/g，10-6（質量分數(shù)在大氣污染控制工程中，經(jīng)常用體積分數(shù)來表示污染物質的濃度。當氣體混合物中有百萬分之一的體積為污染物質時，例如ml/m3，則此氣態(tài)污染物質濃度為10-6（體積分數(shù)），ppmv。1摩爾任何理想氣體在相同的壓強和溫度下有著同樣的體積，因此可以用體積分數(shù)表示污染物質的濃度，在實際應用中非常方便；同時，該單位的最大優(yōu)點是與溫度、壓力無關。例如，10-6（體積分數(shù)）表示每106體積空氣中有1體積的污染物，這等價于每106摩爾空氣中有1摩爾污染物質。又因為任何單位摩爾的物質有著相同數(shù)量的分子，10-6（體積分數(shù)）也就相當于每106個空氣分子中有1個污染物分子。在大氣污染控制工程中，經(jīng)常用體積分數(shù)來表示污染物質的濃度。當對于氣體，10-6（體積分數(shù)）和mg/m3之間的關系和壓力、溫度以及污染物質的分子量有關。對于理想氣體，可以用理想氣體狀態(tài)方程表示，即：

式中：p——絕對壓力，atm；

VA——體積，m3；

nA——物質的摩爾數(shù)，mol；

R——理想氣體常數(shù)，0.082L·atm·K-1·mol-1；

T——絕對溫度，K。對于氣體，10-6（體積分數(shù)）和mg/m3之間的關系和壓力、根據(jù)體積分數(shù)和質量濃度的定義根據(jù)體積分數(shù)和質量濃度的定義（2）摩爾分數(shù)組分A的摩爾分數(shù)混合物的總摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)當混合物為氣液兩相體系時，常以x表示液相中的摩爾分數(shù)，y表示氣相中的摩爾分數(shù)，

組分A的質量分數(shù)與摩爾分數(shù)的關系（2）摩爾分數(shù)組分A的摩爾分數(shù)混合物的總摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)3．質量比與摩爾比組分A的質量比混合物中惰性物質的質量組分A的質量（當混合物中除組分A外，其余為情性組分時）組分A的摩爾比混合物中惰性物質的摩爾數(shù)組分A的摩爾數(shù)質量比與質量分數(shù)的關系摩爾比與摩爾分數(shù)的關系組分A與惰性組分的關系3．質量比與摩爾比組分A的質量比混合物中惰性物質的質量組分【例】在1atm、25℃條件下，某室內空氣一氧化碳的體積分數(shù)為9.0×10-6。用質量濃度表示一氧化碳的濃度。解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，1mol空氣在1atm和25℃下的體積為一氧化碳（CO）的分子質量為28g/mol，所以CO的質量濃度為mg/m3【例】在1atm、25℃條件下，某室內空氣一氧化碳的體積分數(shù)（二）流量體積流量質量流量（三）流速一維流動二維流動三維流動（二）流量體積流量質量流量（三）流速一維流動圓形管道在管路設計中，選擇適宜的流速非常重要!!!。一般地，液體的流速取0.5~3.0m/s,氣體則為10~30m/s。

速度分布（主體）平均流速按體積流量相等的原則定義流速影響流動阻力和管徑，因此直接影響系統(tǒng)的操作費用和基建費用。圓形管道在管路設計中，選擇適宜的流速非常重要!!!。一般地單位時間內通過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是表示傳遞速率的重要物理量。（四）通量單位時間內通過單位面積的熱量，稱為熱量通量，單位為J/（m2·s）；單位時間內通過單位面積的某組分的質量，成為該組分的質量通量，單位為kmol/（m2·s）；單位時間內通過單位面積的動量，稱為動量通量，單位為N/m2。單位時間內通過單位面積的物理量稱為該物理量的通量。通量是表示第二節(jié)質量衡算質量衡算通常被稱為物料衡算，依據(jù)質量守恒定律，當發(fā)生化學反應的時候，物質既沒有產(chǎn)生，也沒有消失。進行質量衡算時，首先需要劃定衡算的系統(tǒng)，其次要確定衡算的對象與衡算的基準。分析物質流劃定衡算的系統(tǒng)確定衡算的對象某物質第二節(jié)質量衡算質量衡算通常被稱為物料衡算，依據(jù)質量守恒定律衡算的系統(tǒng)用來分析質量遷移的特定區(qū)域，即衡算的空間范圍環(huán)境設備或管道中一個微元體——微分衡算一個反應池、一個車間，或者一個湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣，甚至可以是整個地球——總衡算可以是物料的全部組分，也可以是物料中的關鍵組分。衡算的對象衡算的基準：對一定時間段或一定質量物質進行衡算衡算的系統(tǒng)用來分析質量遷移的特定區(qū)域，即衡算的空間范圍環(huán)總質量衡算由宏觀尺度系統(tǒng)的外部（進、出口及環(huán)境）各有關物理量的變化來考察系統(tǒng)內部物理量的總體平均變化。可以解決環(huán)境工程中的物料平衡、能量轉換與消耗、設備受力，以及管道內的平均流速、阻力損失等許多有實際意義的問題，但不能得知系統(tǒng)內部各點的變化規(guī)律?？傎|量衡算由宏觀尺度系統(tǒng)的外部（進、出口及環(huán)境）各有關物理量（一）以物料的全部組分為衡算對象t時間內輸入系統(tǒng)的物料質量t時間內輸出系統(tǒng)的物料質量t時間內系統(tǒng)中積累的物料質量單位時間輸入物料質量－單位時間輸出物料質量＝單位時間內積累物料質量單位時間輸入系統(tǒng)的物料質量，即輸入系統(tǒng)的質量流量，也稱為輸入速率

單位時間輸出系統(tǒng)的物料質量，即輸出系統(tǒng)的質量流量，也稱為輸出速率

單位時間系統(tǒng)內積累的物料質量，也稱為物料的積累速率

輸入物料質量－輸出物料質量＝內部積累物料質量（一）以物料的全部組分為衡算對象t時間內輸入系統(tǒng)的物料質量t穩(wěn)態(tài)流動的數(shù)學特征：當系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，不隨時間變化，稱為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)；當上述物理量不僅隨位置變化，而且隨時間變化，稱為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)對于穩(wěn)態(tài)過程，內部無物料積累穩(wěn)態(tài)流動的數(shù)學特征：當系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理（二）以某種元素或某種物質為衡算對象質量衡算系統(tǒng)圖輸入速率－輸出速率＋轉化速率=積累速率（二）以某種元素或某種物質為衡算對象質量衡算系統(tǒng)圖輸入1．穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng)【例題】一條河流的上游流量為10m3/s，氯化物的濃度為20mg/L，有一條支流匯入，流量為5m3/s，其氯化物濃度為40mg/L。視氯化物為不可降解物質，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，計算匯合點下游河水中的氯化物濃度，假設在該點流體完全混合。解：首先劃定衡算系統(tǒng)，繪制質量平衡圖1．穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng)【例題】一條河流的上游流量為10m3/s，氯化物的輸出速率為

氯化物的輸入速率為氯化物的輸出速率為 氯化物的輸入速率為【例題2.2-2】某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池用于去除水中的懸浮物，濃縮池用于將沉淀的污泥進一步濃縮，濃縮池的上清液返回到沉淀池中。污水流量為5000m3/d，懸浮物含量為200mg/L，沉淀池出水中懸浮物濃度為20mg/L，沉淀污泥的含水率為99.8%，進入濃縮池停留一定時間后，排出的污泥含水率為96%，上清液中的懸浮物含量為100mg/L。假設系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，過程中沒有生物作用。求整個系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水的比重為1000kg/m3。？？？c0c1c2c4c3【例題2.2-2】某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池(1)求污泥產(chǎn)量以沉淀池和濃縮池的整個過程為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象，因系統(tǒng)穩(wěn)定運行，輸入系統(tǒng)的懸浮物量等于輸出的量已知=5000m3/d，＝200mg/L，＝20mg/L，＝(100-96)/(100/1000)＝40(g/L)＝40000(mg/L)＝(100-99.8)/(100/1000)＝2(g/L)＝2000(mg/L)＝100mg/L污泥含水率為污泥中水和污泥總量的質量比，因此污泥中懸浮物含量為輸入速率

輸出速率=22.5(m3/d)＝4977.5(m3/d)(1)求污泥產(chǎn)量已知=5000m3/d，＝200mg/L，＝(2)濃縮池上清液量取濃縮池為衡算系統(tǒng)，懸浮物為衡算對象污泥含水率從99.8％降低到96％，污泥體積由472.5m3/d減少為22.5m3/d，相差20倍。輸入速率

輸出速率=450(m3/d)＝472.5(m3/d)(2)濃縮池上清液量污泥含水率從99.8％降低到96％，污泥【例】某熱電廠所采用的煤的熱值為24kJ/g，平均含碳量約62%，含硫量平均為2%。排放標準規(guī)定，發(fā)電廠每輸入106kJ熱量，二氧化硫的允許排放量為260g；顆粒物的允許排放量為13g。燃料中，10%未燃燒的礦物質形成了灰，其中約有70%的灰為飛灰，30%以底灰的形式從燃燒室中排出。假設燃煤熱電廠每輸入3個單位的熱能，輸出1個單位的電能。（1）求每輸送1kW·h電能所允許排放出的二氧化硫、顆粒物和碳的量（假設所有的碳都釋放到大氣中）；（2）為滿足二氧化硫的排放標準，二氧化硫控制系統(tǒng)的效率要達到多少？（3）為滿足顆粒物的排放標準，顆粒物控制系統(tǒng)的效率要達到多少？【例】某熱電廠所采用的煤的熱值為24kJ/g，平均含碳量環(huán)境工程原理課件2．穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng)污染物的生物降解經(jīng)常被視為一級反應，即污染物的降解速率與其濃度成正比。假設體積V中可降解物質的濃度均勻分布，則

反應速率常數(shù)，1/s或1/d物質濃度負號表示污染物隨時間的增加而減少體積2．穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng)污染物的生物降解經(jīng)常被視為一級反應，即污染物【例題】一個湖泊的容積為10.0×106m3。有一流量為5.0m3/s、污染物濃度為10.0mg/L的受污染支流流入該湖泊.同時，還有一污水排放口將污水排入湖泊，污水流量為0.5m3/s，濃度為100mg/L。污染物的降解速率常數(shù)為0.201/d。假設污染物質在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸發(fā)等原因增加或者減少。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。解：假設完全混合意味著湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度輸入速率輸出速率

降解速率1/d【例題】一個湖泊的容積為10.0×106m3。有一流量為5.【例】在一個大小為500m3的會議室里面有50個吸煙者，每人每小時吸兩支香煙。每支香煙散發(fā)1.4mg的甲醛。甲醛轉化為二氧化碳的反應速率常數(shù)為k＝0.401/h。新鮮空氣進入會議室的流量為1000m3/h，同時室內的原有空氣以相同的流量流出。假設混合完全，估計在25℃、1atm的條件下，甲醛的穩(wěn)態(tài)濃度。并與造成眼刺激的起始濃度0.05×10-6（體積分數(shù)）相比較。室內濃度cV=500m3輸入速率輸出速率降解速率＝50×2×1.4＝140mg/h＝1000×c＝1000cmg/h1/h【例】在一個大小為500m3的會議室里面有50個吸煙者，每人3.非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)采用微分衡算式【例題】一圓筒形儲罐，直徑為0.8m。罐內盛有2m深的水。在無水源補充的情況下，打開底部閥門放水。已知水流出的質量流量與水深的關系為解：根據(jù)質量衡算方程kg/s，求經(jīng)過多長時間后，水位下降至1m？kg/skgt=1518s≠03.非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)采用微分衡算式【例題】一圓筒形儲罐，直徑為0第三節(jié)能量衡算分析能量流流體輸送中，通過水泵對水做功，將水提升到高處兩大類問題：主要涉及物料溫度與熱量變化的過程－冷卻、加熱、散熱

系統(tǒng)對外做功，系統(tǒng)內各種能量相互轉化－流體輸送用熱水或蒸汽加熱水或污泥用冷水吸收電廠的廢熱水電站中，水的勢能經(jīng)過大壩轉變?yōu)閯幽?，推動渦輪旋轉流體在管道中流動，由于粘性產(chǎn)生摩擦力，消耗機械能，轉變?yōu)闊崃克A熱系統(tǒng)熱量衡算機械能衡算——水或污泥吸收熱量溫度升高——冷卻水吸收熱量溫度升高Qh

W熱水供應系統(tǒng)第三節(jié)能量衡算分析能量流流體輸送中，通過水泵對水做功，能量輸入輸出的方式：（1）流體攜帶能量進出系統(tǒng)（2）系統(tǒng)與外界交換能量（熱，功）熱量

做功一、能量衡算方程能量衡算依據(jù)能量守恒定律，能量既不會消失也不能被創(chuàng)造。在給定的過程中，能量會發(fā)生形式上的改變——開放系統(tǒng)——封閉系統(tǒng)能量輸入輸出的方式：熱量做功一、能量衡算任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收的熱量與它對外所作的功之差，即物料所具有的各種能量之和，即總能量物料從外界吸收的熱量物料對外界所作的功系統(tǒng)內部物料能量的變化

系統(tǒng)內能量的變化＝（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內物料能量的積累）對于物料總質量：任何系統(tǒng)經(jīng)過某一過程時，其內部能量的變化等于該系統(tǒng)從環(huán)境吸收（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系統(tǒng)內能量的積累）＝（系統(tǒng)從外界吸收的熱量）－（對外界所作的功）對于單位時間：（單位時間輸出系統(tǒng)的物料帶出的總能量）－（單位時間輸入系統(tǒng)的物料帶入的總能量）＋（單位時間系統(tǒng)內能量的積累）＝（單位時間系統(tǒng)從外界吸收的熱量）－（單位時間對外界所作的功）對于單位質量物料：（輸出系統(tǒng)的物料的總能量）－（輸入系統(tǒng)的物料的總能量）＋（系＝0能量可用焓表示主要涉及物料溫度與熱量變化的過程－冷卻、加熱、散熱

－熱量衡算輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和系統(tǒng)內能量的積累

環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量

＝0能量可用焓表示主要涉及物料溫度與熱量變化的過程輸出系統(tǒng)的單位時間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和單位時間內輸入系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和單位時間內系統(tǒng)內能量的積累

單位時間內環(huán)境輸入系統(tǒng)的熱量，即系統(tǒng)的吸熱量

對于單位時間：計算時注意單位！單位時間輸出系統(tǒng)的物料的焓值總和，即物料帶入的能量總和單位物質的焓定義為焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時間基準外，還需要選取物態(tài)與溫度基準，通常以273K物質的液態(tài)為基準。單位質量物質的焓單位質量物質的內能物質所處的壓力單位質量物質的體積物質的焓定義為焓值是溫度與物態(tài)的函數(shù)，因此進行衡算時除選取時封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質交換的系統(tǒng)

大氣層、封閉的系統(tǒng)等二、封閉系統(tǒng)的能量衡算系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于內部能量的積累對物料總質量進行衡算內部能量的變化表現(xiàn)為？封閉系統(tǒng)－與環(huán)境沒有物質交換的系統(tǒng)二、封閉系統(tǒng)的能量衡算系有相變情況下吸收或放出潛熱物質的潛熱物料的定壓比熱容

物料溫度改變物料的質量無相變情況下表現(xiàn)為溫度的變化（1）恒壓過程中，體系所吸收的熱量全部用于焓的增加，即（2）恒容、不做非體積功的條件下，體系所吸收的熱量全部用于增加體系的內能，即物料的定容比熱容

對于固體或液體：有相變情況下吸收或放出潛熱【例】熱水器發(fā)熱元件的功率是5kW，將水20L從15℃加熱到85℃，試計算需要多少時間？假設所有電能都轉化為水的熱能，忽略水箱自身溫度升高所消耗的能量和從水箱向環(huán)境中散失掉的能量。

解：以熱水器中水所占的體積為衡算系統(tǒng)，為封閉系統(tǒng)。系統(tǒng)吸收的熱量來自發(fā)熱元件，加熱時