環(huán)境工程原理試題庫(kù).pdf

一、填空題（每空 1 分，共 20 分） 1、 從技術(shù)原理上看，環(huán)境污染控制技術(shù)可以分為 隔離技術(shù) 、 分離技術(shù) 和 轉(zhuǎn)化技術(shù) 三大類(lèi)。 2、環(huán)境污染控制技術(shù)中，轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用化學(xué)反應(yīng)或生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化 成無(wú)害物質(zhì)或易于分離的物質(zhì)，從而使污染物質(zhì)得到凈化與處理。 3、某室內(nèi)空氣中O3的濃度是 0.0810 -6（體積分?jǐn)?shù)） ，在 1.013105Pa、25下， 該濃度可表示為 157.06 g/m 3。 4、某室內(nèi)空氣中O3的濃度是 0.0810 -6（體積分?jǐn)?shù)） ，在大氣壓力為 0.83105Pa 和 15下，該濃度可表示為 2.7710 -9 mol/L。 5、當(dāng)系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，而不隨時(shí)間變化，稱(chēng) 為 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ； 當(dāng)上述物理量不僅隨位置變化， 而其隨時(shí)間變化時(shí)， 則稱(chēng)為 非 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 。 6、當(dāng)系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，而不隨時(shí)間變化，稱(chēng) 為穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)特征是0 t = 。 7、當(dāng)能量和物質(zhì)都能夠穿越系統(tǒng)的邊界時(shí)，該系統(tǒng)稱(chēng)為 開(kāi)放系統(tǒng) ；只有能 量可以穿越邊界而物質(zhì)不能穿越邊界的系統(tǒng)稱(chēng)為 封閉系統(tǒng) 。 8、流體流動(dòng)存在兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)： 層流 和湍流， 脈動(dòng) 是湍流流動(dòng)資基本 的特征。 9、雷諾數(shù)綜合反映了流體的物理屬性、流體的幾何特征和流動(dòng)速度對(duì)流體運(yùn)動(dòng) 特征的影響，可用以判別流體的流動(dòng)狀態(tài)。 10、 流動(dòng)阻力 指流體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，邊界物質(zhì)施加于流體且與流動(dòng)方向相反 的一種作用力。 阻力損失起因于粘性流體的內(nèi)摩擦造成的 摩擦阻力 和物體前 后壓強(qiáng)差引起的 形體阻力 。 11、管道內(nèi)局部阻力損失的計(jì)算一般采用兩種方法，即阻力系數(shù)法和當(dāng)量長(zhǎng)度法 。 12、以伯努利方程為基礎(chǔ)的測(cè)量裝置可分為 變壓頭流量計(jì) 和 變截面流量計(jì) 兩大類(lèi)，轉(zhuǎn)子流量計(jì)就是后者中常見(jiàn)的一種。 13、熱量傳遞主要有三種方式： 熱傳導(dǎo) 、對(duì)流傳熱和 輻射傳熱 。傳熱可 以以其中一種方式進(jìn)行，也可以同時(shí)以?xún)煞N或三種方式進(jìn)行。 14、導(dǎo)熱系數(shù)是物質(zhì)的物理性質(zhì)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)溫度的升高而增大，液體的 導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)溫度的升高而減小。 15、換熱器傳熱過(guò)程的強(qiáng)化措施多從以下三方面考慮：增大傳熱面積、 增大平 均溫差 和 提高傳熱系數(shù) 。 16、在深層過(guò)濾中，流體的懸浮顆粒隨流體進(jìn)入濾料層進(jìn)而被濾料捕獲，該過(guò)程 主要包括以下幾個(gè)行為：遷移行為、附著行為、脫落行為。 17、重力場(chǎng)中顆粒的沉降過(guò)程受到重力、浮力和 流體阻力 的作用，當(dāng)三者達(dá) 到平衡時(shí)，顆粒以恒速作下沉運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的速度稱(chēng)為 沉降速度 。 18、反映旋風(fēng)分離器分離性能的主要指標(biāo)有 臨界直徑 和 分離效率 。 19、反應(yīng)器一般主要有三種操作方式，即 間歇操作 、連續(xù)操作和 半間歇或 半連續(xù) 操作。 20、反應(yīng)器設(shè)計(jì)經(jīng)常用到四類(lèi)基本方程： 反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程 、連續(xù)方程、熱量 方程、 動(dòng)量方程 。 21、 單位時(shí)間單位體積反應(yīng)層中某組分的反應(yīng)量或生成量稱(chēng)為該組分的 反應(yīng)速 率 ， 有時(shí)可用反應(yīng)物濃度減少到初始濃度的 1/2 時(shí)所需要的時(shí)間即 半衰期 來(lái)表達(dá)。 22、反應(yīng)器設(shè)計(jì)經(jīng)常用到的基本方程主要基于 質(zhì)量恒定原理 、能量守恒定律 和 動(dòng)量守恒定律 ，它們都符合“輸入=輸出+消耗+累積”模式。 23、 連續(xù)操作中一物料 “微元” 從反應(yīng)器入口到出口經(jīng)歷的時(shí)間稱(chēng)為 停留時(shí)間 ； 單位反應(yīng)器有效體積所能處理的物料的體積流量稱(chēng)為 空間速度 ， 單位為時(shí)間 的倒數(shù)。 24、 在實(shí)際的反應(yīng)器中， 物料的流動(dòng)和混合狀態(tài)十分復(fù)雜， 為了便于分析和計(jì)算， 常設(shè)想存在兩種極端的理想流動(dòng)狀態(tài)： 完全混合流 和 平推流 。 25、吸收操作本質(zhì)上是混合氣體組分從氣相到液相的相間傳質(zhì)過(guò)程，所用的液體 溶劑稱(chēng)為吸收劑，吸收后得到的溶液稱(chēng)為吸收液。 26、吸收操作本質(zhì)上是混合氣體組分從氣相到液相的相間傳質(zhì)過(guò)程，混合氣體中 能顯著溶于液體溶劑的組分稱(chēng)為溶質(zhì)，吸收后的氣體稱(chēng)為吸收尾氣（或凈化氣） 。 27、 對(duì)于恒溫恒容條件下的不可逆單一反應(yīng)， 零級(jí)反應(yīng)的半衰期為 1/2AO tc/ 2=k， 一級(jí)反應(yīng)的半衰期為 1/2 0.693 t k =。 二、選擇題（每空 3 分，共 30 分） 1、從傳熱角度看，下面幾種冷卻發(fā)電機(jī)的方式中，（ D ）的冷卻效果最好。 A.水冷 B.氫冷 C.氣冷 D.水沸騰冷卻 2、物體能夠發(fā)射熱輻射的基本條件是（ A ） A.溫度大于0K B.具有傳播介質(zhì) C. 具有較高溫度 D.表面較黑 3、下列氣體中，可以視為熱輻射透明體的是（ B ） A. 二氧化碳 B. 空氣 C. 水蒸汽 D. 二氧化硫氣體 4、有兩臺(tái)同樣的管殼式換熱器，擬作氣體冷卻器用。在氣、液流量及進(jìn)口溫度 一定時(shí)，為使氣體溫度降到最低應(yīng)采用的流程為（ D ）。 A.氣體走管外，氣體并聯(lián)逆流操作 B.氣體走管內(nèi)，氣體并聯(lián)逆流操作 C.氣體走管內(nèi)，氣體串聯(lián)逆流操作 D.氣體走管外，氣體串聯(lián)逆流操作 5、有一轉(zhuǎn)子流量計(jì)，原來(lái)采用鋼制的轉(zhuǎn)子，現(xiàn)用形狀相同的塑料轉(zhuǎn)子代替，此 時(shí)，同刻度下的流量（ B ）。 A.增加 B.減少 C.不變 D.不確定 6、水在兩根同軸套管組成的環(huán)隙內(nèi)作穩(wěn)定的軸向?qū)恿髁鲃?dòng)，對(duì)流動(dòng)充分發(fā)展的區(qū)域， 下述結(jié)論中的（ A ）是錯(cuò)誤的。 A.速度分布沿半徑方向呈拋物線型 B.速度分布沿軸向均勻 C.速度最大處的剪應(yīng)力為零 D.在環(huán)隙的內(nèi)外兩壁面上的速度相等 7、在外徑為d的圓管外包裹厚度為b的保溫層（導(dǎo)熱系數(shù)為），保溫層外的對(duì) 流傳熱系數(shù)為 。若 d/，則對(duì)單位管長(zhǎng)而言（ C ）。 A. 當(dāng)b=/-d/2 時(shí)，熱損失最小 B. 當(dāng)/=d+2b 時(shí)，熱損失最大 C. 當(dāng) b=/-d/2時(shí)，熱損失最大 D. 包上保溫層總比原來(lái)（不包）要小 8、為減少室外設(shè)備的熱損失，保溫層外包一層金屬皮，一般說(shuō)來(lái)應(yīng)該是（A ） A. 表面光滑，顏色較淺 B. 表面粗糙，顏色較深 C. 表面粗糙，顏色較淺 D.表面光滑，顏色較深。 9、327 的黑體輻射能力為 27黑體輻射能力的（ C ）倍。 A. 4 B. 8 C. 16 D. 32 10、 一定流量的含有A組分的液體沿平壁面湍流流動(dòng)， 其對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)k=100m 2/s， 如濃度和物性都不變，流速增加，則k值（ A ） A. 增加 B. 減少 C. 不變 D. 不確定 11、在管殼式換熱器中，冷熱流體之間換熱，若將殼程由單程改為雙程，則傳熱 溫度差（ A ）。 A. 增加 B. 減少 C. 不變 D. 不確定 12、氣體吸收時(shí)，若可溶氣體的濃度較高，則總體流動(dòng)對(duì)傳質(zhì)的影響是（ A ）。 A. 增強(qiáng) B. 減弱 C. 不變 D. 不確定 13、下面各影響因素中，使流動(dòng)阻力減小的是（ C ） A. 流過(guò)進(jìn)口段 B. 流過(guò)彎管段 C. 升高壁面溫度 D. 增加流速 14、通常流體粘度隨溫度的變化規(guī)律為（C） A、溫度升高，粘度減小 B、溫度升高，粘度增大 C、對(duì)液體溫度升高，粘度減小，對(duì)氣體則相反 D、對(duì)液體溫度升高，粘度增大，對(duì)氣體則相反 15、在全混流反應(yīng)器中，反應(yīng)器的有效容積與進(jìn)料流體的容積流速之比為（A） 。 A、空間時(shí)間 B、反應(yīng)時(shí)間 C、停留時(shí)間 D、空間速度 16、降塵室的生產(chǎn)能力與下列哪一項(xiàng)無(wú)關(guān)（C） 。 A、降塵室的沉降面積 B、顆粒的沉降速度 C、降塵室的高度 D、降塵室的層數(shù) 17、下列沉降設(shè)備中，哪一種不是利用離心沉降的原理來(lái)分離懸浮物的（B） 。 A、旋液分離器 B、沉降槽 C、旋風(fēng)分離器 三、簡(jiǎn)答題（每題 5 分，共 10 分） 1、為什么多孔材料具有保溫性能？保溫材料為什么需要防潮？ 答：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。 （2分）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。（3分） 2、試比較深層過(guò)濾和表面過(guò)濾的特點(diǎn)和差異。 答：表面過(guò)濾通常發(fā)生在過(guò)濾流體中顆粒物濃度較高或過(guò)濾速度較慢、濾餅層容 易形成的情況。此時(shí)固體顆粒被過(guò)濾介質(zhì)截留，并在其表面逐漸積累成濾餅，其 后逐漸增厚的濾餅層成為真正有效的濾餅層。（3分）深層過(guò)濾通常發(fā)生在以固 體顆粒為過(guò)濾介質(zhì)的過(guò)濾操作中，過(guò)濾通道長(zhǎng)而曲折，顆粒物隨流體可進(jìn)入過(guò)濾 介質(zhì)層，在攔截、慣性碰撞、擴(kuò)散沉淀等作用下顆粒物附著在介質(zhì)表面上而與流 體分開(kāi)。（2分） 3、對(duì)于由以下兩個(gè)反應(yīng)構(gòu)成的反應(yīng)系統(tǒng)，試通過(guò)濃度變化曲線定性說(shuō)明在下述 半間歇操作系統(tǒng)中各組分的濃度變化。 （1）先向反應(yīng)器中加入 A，之后連續(xù)加入 B； （2）先向反應(yīng)器中加入 B，之后連續(xù)加入 A； 答：（a）先向反應(yīng)器中加入 A，之后連續(xù)加入 B 的濃度變化曲線：（3 分） （b）先向反應(yīng)器中加入 B，之后連續(xù)加入 A 的濃度變化曲線：（2 分） 4、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)所學(xué)知識(shí)，分析提高 氨去除效率的方法和具體措施。 答：（1）采用吸收能力較強(qiáng)的洗液，如酸性溶液； （2）采用噴霧等方法增大接觸面積； （3）適當(dāng)增加壓強(qiáng)； （4）加快廢氣流速，加強(qiáng)擾動(dòng)； （5）逆向流動(dòng)等等。 5、在深層過(guò)濾中，為什么要盡量避免表層濾料的堵塞？ 答：深層過(guò)濾中表層的堵塞引起的水頭損失接近于指數(shù)函數(shù)增加，后果會(huì)造成濾 料表層以下的濾料層不能充分利用而使過(guò)濾運(yùn)行周期變短。 6、空氣中含有SO2和CO氣體，其分壓相同，試判斷哪種污染物更易被水吸收？如 果采用化學(xué)吸收，哪個(gè)物質(zhì)的吸收速率提高更大？為什么？ 答： GG 111 KkHk =+ L ，通常吸收條件下，kG和kL的數(shù)值大致相當(dāng)，但是不同溶質(zhì) 的亨利系數(shù)相差很大，SO2比CO在水中有更大的溶解度，則H更大，所以SO2液膜的 阻力相比CO小，總阻力小，相同分壓條件下SO2更容易被水吸收。化學(xué)吸收減少 液膜阻力，CO相比SO2液膜阻力在總阻力中比例更大，所以CO吸收速率提高更大。 7、有一個(gè)套管換熱器，內(nèi)管外側(cè)裝有翅片，用水冷卻空氣，空氣和水各應(yīng)走哪 里（管內(nèi)和殼間）？試解釋原因。 答：裝有翅片的目的一方面是為了加大接觸面積；另一方面是為了破壞邊界層形 成以提高對(duì)流傳熱系數(shù)。 要提高傳熱器的傳熱效果，應(yīng)當(dāng)提高限制步驟的傳熱 效果。因此，在用水冷卻空氣的換熱過(guò)程中，空氣對(duì)流傳熱慢，是制約因素。所 以，翅片應(yīng)放在空氣一側(cè)，即空氣走殼間，水走管內(nèi)。 8、燃燒廢氣中含有SO2，欲采用吸收法去除。根據(jù)你所學(xué)的知識(shí)，分析提高去除 效率的方法。 答：吸收法可近似認(rèn)為單向擴(kuò)散，為了提高吸收效率，可以增加SO2的濃度（濃 縮尾氣） ，換用高效的吸收液（堿液等） ；同時(shí)及時(shí)更換新的吸收液；增大吸收液 與SO2的接觸面積（霧狀噴淋） ；適當(dāng)增加溫度和壓強(qiáng)，以加快堿液對(duì)SO2的吸收速 率。 9、在空氣水間壁換熱器中，為強(qiáng)化換熱可采取哪些措施？傳熱壁面的溫度接 近于哪一側(cè)的溫度？ 答： （1）提高總傳熱系數(shù)：氣側(cè)傳熱控制，所以強(qiáng)化氣側(cè)，走管外，加翅片；水 側(cè)提高流速；提高溫差采用逆流操作。 （2）接近水側(cè)溫度，因?yàn)樗畟?cè)熱阻小， 溫差小。 10、采用旋流分離器和離心機(jī)對(duì)懸濁液中的固體成分進(jìn)行分離，如果改變裝置直 徑，其各自的離心分離因數(shù)將如何變化？ 答：旋流分離器分離因數(shù) 2 i C m u K r g =，增加直徑分離因數(shù)變小，減少直徑分離因數(shù) 變大，保持不變。離心分離器分離因數(shù) 2 C r K g =，增加直徑分離因數(shù)變大，減 少直徑分離因數(shù)變小，保持不變。 11、什么是空間時(shí)間和空間速度？它們所表達(dá)的物理意義各是什么？ 答： （1） 空間時(shí)間指反應(yīng)器有效體積(V)與物料體積流量(Q)之比值。其物理意 義為處理與反應(yīng)器體積相同的物料所需要的時(shí)間。 （2）空間速度指單位反應(yīng)有效 體積所能處理的物料的體積流量。 空間速度表示單位時(shí)間內(nèi)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。 12、簡(jiǎn)述氣體輻射的特點(diǎn)。 答： （1）不同氣體的輻射能力和吸收能力差別很大； （2）氣體的輻射和吸收對(duì)波長(zhǎng)具有選擇性； （3）氣體發(fā)射和吸收輻射能發(fā)生在整體氣體體積內(nèi)部。 四、計(jì)算題（每題 10 分，共 40 分） 1、乙酸的水解反應(yīng)可以近似看作一級(jí)反應(yīng)，該反應(yīng)在 300K時(shí)的速率方程為： -rA(molm -3s-1)=2.7710-3c A。將乙酸濃度為 600mol/m 3的液體以 0.05m3/min 的速度送入一完全混合流反應(yīng)器。試求以下幾種情況下的乙酸的轉(zhuǎn)化率： （1）反應(yīng)器的體積為 0.80m 3時(shí)； （2）0.40m 3的反應(yīng)器，2 個(gè)串聯(lián)使用時(shí)； （3）0.20m 3的反應(yīng)器，4 個(gè)串聯(lián)使用時(shí)。 解：（1）平均空間時(shí)間為： 3 0.80 60 s960s 50 10 = 3 A0 A1 3 c600 c164.0mol/m 1+k1+2.77 10960 = A0A1 A1 A0 cc600 164 x7 c600 2.7% = （2）每個(gè)槽的平均空間時(shí)間為： 3 0.40 60 s480s 50 10 = () () 3 A0 A2 22 3 c600 c110.6mol/m 1+k 1+2.77 10960 = A0A2 A2 A0 cc600 110.6 x8 c600 1.6% = （3）每個(gè)槽的平均空間時(shí)間為： 3 0.20 60 s240s 50 10 = () () 3 A0 A444 3 c600 c78.1mol/m 1+k 1+2.77 10240 = A0A4 A4 A0 cc60078.1 x8 c600 7.0% = 2、 在常壓 101.3kPa、 溫度為 25時(shí)， CO2在水中溶解的亨利系數(shù)為 1.6610 5 kPa， 現(xiàn)將含CO2摩爾分?jǐn)?shù)為 0.05 的空氣與CO2濃度為 1.010 -3kmol/m3的水溶液接觸， 試： （1）判斷傳質(zhì)方向； （2）以分壓差和濃度差表示傳質(zhì)推動(dòng)力； （3）計(jì)算逆流接觸時(shí)空氣中CO2的最低含量。 解：（1）空氣中CO2的分壓為： pCO2= 101.30.05 kPa= 5.06 kPa 因?yàn)樗芤褐蠧O2濃度很低，可以認(rèn)為其密度和平均相對(duì)分子質(zhì)量皆與水相 同，所以溶液的總濃度為： 33 0 997 ckmol/ m55.4kmol/ m M18 = CO2在水溶液中的摩爾分?jǐn)?shù)為： 3 5 1.0 10 x1.8 10 55.4 = 根據(jù)亨利定律，可得CO2的平衡分壓為： 2 5-5 co pEx1.66 101.8 10 kPa2.99kPa = CO2在空氣中的實(shí)際分壓為pCO2=5.06 kPa 2 co p 2 co p，可以判斷發(fā)生CO2吸收過(guò)程，CO2由氣相向液相傳遞。 （2）以分壓差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力為： 22 coco ppp(5.062.99)kPa2.07kPa = 根據(jù)亨利定律，和空氣中CO2分壓平衡的水溶液摩爾分?jǐn)?shù)為 2 CO *5 5 p 5.06 x3.05 10 E1.66 10 = 以濃度差表示的傳質(zhì)推動(dòng)力為： *5534 0 c(xx )c(3.05 101.8 10 ) 55.4kmol/ m6.92 10 kmol/ m = 3 （3）逆流接觸時(shí)，出口氣體可以達(dá)到的極限濃度為進(jìn)口水溶液的氣相平衡 濃度，由前面的計(jì)算可知，與水溶液平衡的氣相CO2分壓為 2.99kPa，因此空氣中 CO2的摩爾分?jǐn)?shù)最小為： * min2 2.99 yy0.0 101.3 =3 3、在實(shí)驗(yàn)室中，用過(guò)濾面積為 0.1m 2的濾布對(duì)某種懸浮液進(jìn)行過(guò)濾，在恒定壓差 下，過(guò)濾 5min得到濾液 1L，再過(guò)濾 5min得到濾液 0.6L。如果再過(guò)濾 5min，可 以再得到多少濾液？ 解：在恒壓過(guò)濾條件下，過(guò)濾方程為： 2 e q2qqKt+= 1 t5 60s=300s= ； 3 232 1 1 10 q1 10 m / m 0.1 = 2 t600s=； 3 232 2 (1+0.6) 10 q1.6 10 m / m 0.1 = -6 代入過(guò)濾方程得到： 22-2 e (1 10 ) +2 1 10 q =300K 22-2 e (1.6 10 ) +2 1.6 10 q =600K 聯(lián)立上面兩式，可以求得： 232 e q =0.7 10 m / m 62 K0.8 10 m /s = 因?yàn)檫^(guò)濾方程為 22 q2 0.7 10 q0.8 10 t+ = 當(dāng)t3=1560s=900s時(shí)，有 22-6 33 q2 0.7 10 q0.8 10900+= 解得： -232 3 q2.073 10 m /m= 所以 -2-2333 32 qq(2.073 101.6 10 ) 0.1m0.473 10 m = 因此，如果再過(guò)濾 5min，可以再得到 0.473L 濾液。 4、用一臺(tái)過(guò)濾面積為 10m 2的過(guò)濾機(jī)過(guò)濾某種懸浮液。已知懸浮液中固體顆粒的 含量為 60kg/m 3，顆粒密度為 1800 kg/m3。已知濾餅的比阻為 41011m-2，壓縮指 數(shù)為 0.3，濾餅含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3，且忽略過(guò)濾介質(zhì)的阻力，濾液的物性接 近 20的水。采用先恒速后恒壓的操作方式，恒速過(guò)濾 10min后，進(jìn)行恒壓操作 30min，得到的總濾液的量為 8m 3。求最后的操作壓差和恒速過(guò)濾階段得到的濾液 量。 解：設(shè)恒速過(guò)濾階段得到的濾液體積為V1，根據(jù)恒速過(guò)濾的方程式（7.2.18a） ， 得 21 2 1 0 2 s KA tpA t V r f = 2 濾液的物性可查得：黏度=110 -3Pas，密度為 998.2 kg/m3，根據(jù)過(guò)濾 的物料衡算按以下步驟求得f： 已知 1m 3懸浮液形成的濾餅中固體顆粒質(zhì)量為 60kg， 含水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.3， 所以濾餅中的水的質(zhì)量y為： 0.3 60 y y = + ，所以kg， 25.7y = 所以濾餅的體積為 6025.7 0.059 1800998.2 += m 3，濾液體積為1 0.059 0.941=m 3， 所以 0.059 0.0627 0.941 f= 所以 122 20 1 311 0 101060 2.394 10 1 104 100.0627 s pA t Vp r f = .730.7 p t （1） 在恒壓過(guò)濾階段，應(yīng)用式（7-2-15） ， 222 1 VVKA= 122 220.720 1 311 0 2 103060 81.436 10 1 104 100.0627 s pA t Vp r f = .7 p（2） 聯(lián)立（1） 、 （2）式，得 2 1 2 1 641.436 6 0.2394 V V =， 所以，求得恒速過(guò)濾的濾液體積 1 3.02V =m 3， 進(jìn)而求得恒壓過(guò)濾的操作壓力Pa 5 1.3 10p = 5、一高位水箱下接33.5mm3.25mm 的水管，將水引向一樓和高于一樓 6m 的 三樓用戶(hù)。已知從水槽到一樓和三樓管出口處的總長(zhǎng)度分別為 20m 和 28m，以上 長(zhǎng)度中包括除球心閥和管出口損失以外的所有局部阻力損失的當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)。 水 槽水面距一樓垂直高度為 17m，摩擦系數(shù)為 0.027，球心閥半開(kāi)和全開(kāi)時(shí)的阻 力系數(shù)分別為 9.5 和 6.4。試求 （1）當(dāng)一樓閥半開(kāi)、三樓閥全開(kāi)時(shí)，三樓的水流速度為多少(m/s)？ （2）當(dāng)一樓閥全開(kāi)時(shí)，三樓是否有水流出？ 解： （1）當(dāng)一樓閥半開(kāi)時(shí)，在截面1-1和2-2之間列伯努利方程 22 1 AA 22 1 1 22 llu z g dd =+ 閥半開(kāi) u 22 2 2022 17 9.810.0270.0279.5 1 0.02720.0272 uu =+ 22 2 96.25166.77uu+= 在截面 1-1 和 3-3 之間列伯努利方程，得 22 A 331 A 13 1 22 lulu z gz g dd =+ 閥全開(kāi) () 22 3 28202202 17 9.816 9.81 0.0270.0276.4 1 0.02720.0272 uu =+ 22 3 98.7107.91uu+= 對(duì)分支點(diǎn)A作質(zhì)量衡算，因?yàn)榭偣芎椭Ч芄軓较嗟?，所以?uu2u3 聯(lián)立、式，解得 u3.45m/s；u23.10m/s；u30.35m/s （2）由上述計(jì)算結(jié)果可以看出，u3很小，因此先假設(shè)當(dāng)一樓閥全開(kāi)時(shí)，三樓沒(méi) 水，此時(shí)輸水系統(tǒng)為簡(jiǎn)單管路。 在截面 1-1 和 2-2 之間列伯努利方程，得 22 1 AA 2 1 1 22 lluu z g dd =+ 閥全開(kāi) 22 2022 17 9.810.0270.0276.4 1 0.02720.0272 uu =+ 解得：u3.49m/s 校核假設(shè)是否正確。 若壓力以表壓表示，則分支點(diǎn) A 所在截面的總機(jī)械能為 22 2A 2 tA2 22 22 3.4923.49 000.0276.4 20.0272 57.25J/kg pluu Ez g d =+ =+ = 閥全開(kāi) 而 33 截面的總機(jī)械能為 2 33 t333 6 9.8158.86J/kg 2 pu Ez gz g =+= 可見(jiàn)，Et3EtA。因此，三樓沒(méi)水流出的假設(shè)成立。 6、某廠計(jì)劃建一水塔，將 20水分別送至第一、第二車(chē)間的吸收塔中。第一車(chē) 間的吸收塔為常壓，第二車(chē)間的吸收塔內(nèi)壓力 20kPa（表壓） ?？偣軆?nèi)徑為 50mm 鋼管， 管長(zhǎng)為 （30+z0） ， 通向兩吸收塔的支管內(nèi)徑為 20mm， 管長(zhǎng)分別為 28m和 15m （以上各管長(zhǎng)均包括所有局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度在內(nèi)） 。噴嘴的阻力損失可以忽略。 鋼管的絕對(duì)粗糙度為 0.2mm?，F(xiàn)要求向第一車(chē)間的吸收塔供應(yīng) 1800kg/h的水，向 第二車(chē)間的吸收塔供應(yīng) 2400kg/h的水，則水塔需要距地面至少多高？ 已知：20水的粘度為 1.010 -3Pas，摩擦系數(shù)可由式 0.23 58 0.1() dRe =+計(jì)算。 解：總管路的流速為： 23322 0m0 uq/(r )4200kg / h(1 10 kg / m0.025 m )0.594m /s= 第一車(chē)間的管路流速為： 23322 1m1 uq/(r )1800kg / h(1 10 kg / m0.01 m )1.59m /s= 第二車(chē)間的管路流速為： 23322 2m2 uq/(r )2400kg / h(1 10 kg / m0.01 m )2.12m/s= 則： 0 Redu/29700 =； 0.23 0 0.1( /d58/ Re)0.0308=+= 1 Redu/31800 =； 0.23 1 0.1( /d58/ Re)0.036=+= 2 Redu/42400 =； 0.23 2 0.1( /d58/ Re)0.0357=+= 以車(chē)間一為控制單元，在0和1 0 1 斷面間列伯努利方程，有 2 111f100 u/ 2gzp /hgzp /+=+ p1=p0，故 22 0 22 0 (1.59m/s) / 29.8m/s3m0.0308 (0.594m/s) (30+z )m/(2 0.05m) +0.036 (1.59m/s)28m/(2 0.02m)9.8m/sz + = 解之得： 0 z10.07m= 以車(chē)間二為控制單元，在0和 0 2 2 斷面間列伯努利方程，有 2 222f200 u/ 2gzp /hgzp /+=+ 2233 22 00 (2.12m/s) / 29.8m/s5m20kPa /(1 10 kg/ m )0.0308 (0.594m/s) (30+z )m/(2 0.05m)+0.0357 (2.12m/s)15m/(2 0.02m)9.8m/sz + = 解之得： 0 z13.90m= 故水塔需距離地面 13.90m。 7、如下圖所示，從城市給水管網(wǎng)中引一支管，并在端點(diǎn)B處分成兩路分別向一樓 和二樓供水（20） 。已知管網(wǎng)壓力為 0.810 5Pa（表壓） ，支管管徑均為 32mm， 摩擦系數(shù)均為 0.03，閥門(mén)全開(kāi)時(shí)的阻力系數(shù)為 6.4，管段AB、BC、BD的長(zhǎng)度各 為 20m、8m和 13m（包括除閥門(mén)和管出口損失以外的所有局部損失的當(dāng)量長(zhǎng)度） ， 假設(shè)總管壓力恒定。 （1）當(dāng)一樓閥門(mén)全開(kāi)時(shí)，二樓是否有水？ （2）如果要求二樓管出口流量為 0.2L/s，求增壓水泵的揚(yáng)程。 解：設(shè)二樓的流速為u2，一樓的流速為u1，以AC所在平面為基準(zhǔn)面，在A、C斷面 之間建立伯努利方程，有 22 AA11 1f upup gzh 22 +=+ AC 因?yàn)閜1=0（表壓） ，z1=0 則有 22 AA1 fAC upu h 22 +=+ 在 A、D 斷面之間建立伯努利方程，即 22 AA22 2f upup gzh 22 +=+ AD 因?yàn)閜2=0（表壓） ，z2=3m 則有 22 AA2 2f upu gzh 22 +=+ AD （1）假設(shè)二樓沒(méi)有水，即u2=0，此時(shí)uA= u1，則式變?yōu)?A fAC p h = 即： fACA hp / 所以有 2 u0 假設(shè)不成立，二樓有水。 （2）當(dāng)二樓出口流量為 0.2L/s 時(shí)， 2 u =0.249m/s 聯(lián)立、兩式，得 22 12 fAC2fAD uu hgz 22 +=+ h 22 2 12 uu (0.03 8m/0.032m6.4 1)(0.03 13m/0.032m6.4 1)3m 9.8m/s 22 +=+ 可得： u1=2.02m/s 此時(shí)AB段流速為 u0=2.26m/s 22 fAC 22 h0.03 20m/0.032m (2.26m/s) / 2(0.03 8m/0.032m+6.4+1) (2.02m/s) / 2 78.67m /s =+ = 因?yàn)?fACA hp / 所以不需要增壓泵。 8、在套管換熱器中用冷水將 100的熱水冷卻到 50，熱水的質(zhì)量流量為 3500kg/h。冷卻水在直徑為180mm10mm的管內(nèi)流動(dòng)，溫度從 20升至 30。 已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為 2320W/（m 2K）。若忽略熱損失，且近似認(rèn) 為冷水和熱水的比熱相等，均為 4.18 kJ/(kgK)。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）由熱量衡算方程可得 mcpccmhphh qcTqcT= qmc=3500kg/h50/10=17500kg/h （2）并流時(shí)有 2 T80K=， 1 T20K= 21 m 2 1 TT80K20K T43.28K T80K lnln 20KT = 由熱量守恒可得 mmhph KA TqcTh= 即： mmhph K dL TqcTh= mhphh 2 m qcT 3500kg/ h4.18kJ/(kg K) 50K L3.58m K d T2320W /(mk)0.18m 43.28K = 逆流時(shí)有 2 T70K=， 1 T30K= 21 m 2 1 TT70K30K T47.21K T70K lnln 30KT = mhphh 2 m qcT 3500kg / h4.18kJ/(kg K) 50K L3 K d T2320W /(mk)0.18m 47.21K = .28m 比較得逆流所需的管路短，故逆流的傳熱效率較高。 9、某一60mm3mm 的鋁復(fù)合管，其導(dǎo)熱系數(shù)為 45W/(mK)，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 0.15 W/(mK)