環(huán)境工程原理補充習習題參考答案-第一部分某0830-756207565

1、環(huán)境工程原理修訂材料（2007年）35目 錄總結2第二章 質量衡算與能量衡算2第三章 流體流動3第四章 熱量傳遞6第五章 質量傳遞9思考題補充11第二章 質量衡算與能量衡算11第三章 流體流動11第四章 熱量傳遞12第五章 質量傳遞12習題補充14第二章 質量衡算與能量衡算14第三章 流體流動16第四章 熱量傳遞21第五章 質量傳遞28中英文術語33第二章 質量衡算與能量衡算33第三章 流體流動33第四章 熱量傳遞34第五章 質量傳遞35總結第二章 質量衡算與能量衡算一、單位換算二、常用物理量及其表示方法定義相關內容濃度質量濃度：混合物總質量濃度：質量分數*：；氣液兩相體系：液相中某組分的質量

2、分數； 氣相中某組分的質量分數；質量比：與換算：物質的量濃度：與換算：摩爾分數：摩爾比：與換算：；氣態(tài)：流量體積流量：與換算：質量流量：流速平均流速：通量單位時間、單位面積上通過的物理量；表示傳遞速率水處理：一般1L污水可近似認為等于1000g。1mgL 的質量分數為1mg1000g110-61ppm污水濃度過高時，1mgL的質量分數為110-3混合物密度值大氣污染控制工程：* 環(huán)境工程中常用體積分數；若視為理想氣體三、質量與能量衡算1質量衡算以物料全部組分為對象：（質量守恒）以某種元素或物質為對象1）穩(wěn)態(tài)非反應系統(tǒng)： 2）穩(wěn)態(tài)反應系統(tǒng)：（一級反應）3）非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)： 2能量衡算（不考慮做功，僅

3、考慮熱量交換）封閉系統(tǒng)開放系統(tǒng)（穩(wěn)態(tài)）有相變：相變時吸收或放出熱量，但溫度不變無相變：第三章 流體流動一、衡算方程質量衡算，對于不可壓縮流體管內流動能量衡算總能量方程：機械能方程：對于不可壓縮流體二、流體流動內摩擦力1流態(tài)雷諾數判定2內摩擦力（1）牛頓黏性定律，適用于層流（2）為動力黏性系數，表示單位法向速度梯度下，由于流體黏性引起的內摩擦力或剪切應力的大小。溫度液體；氣體（3）流體類別見表3.2.2（4）流動狀態(tài)與剪切應力層流：剪切應力由分子運動引起，服從牛頓黏性定律湍流：剪切應力由分子運動和質點脈動引起，三、邊界層1邊界層理論要點（1）當實際流體沿固體壁面流動時，緊貼壁面處存在非常薄的一層

4、區(qū)域邊界層（2）在邊界層內，流體流速很小，但速度梯度很大（3）在邊界層內，黏性力可以達到很高的數值，它所起的作用與慣性力同等重要，在邊界層內不能全部忽略粘性（4）流動分兩個區(qū)域，在邊界層外的整個流動區(qū)域，可將粘性力全部忽略，近似看成是理想流體的流動2邊界層形成過程（1）繞平板流動（圖） 邊界層厚度：層流；湍流 減小邊界層厚度可以減小傳遞過程阻力：增大流速使湍流化，矩形槽或放置金屬絲破壞邊界層形成（2）圓直管內流動（圖：層、湍流） 層流速度拋物線型分布；湍流充分發(fā)展段速度分布曲線較平坦，層流底層厚度 進口段長度：層流；湍流約50倍管徑3邊界層分離能量損失（圖） 產生條件：存在黏性作用和逆壓梯度

5、層流較湍流易發(fā)生；湍流的分離點靠后，尾流區(qū)小四、阻力損失成因影響因素雷諾數物體形狀表面粗糙度摩擦阻力湍流-大；層流-小粗糙表面-大形體阻力湍流-??；層流-大良繞體-?。环橇祭@體-大粗糙表面促進湍流化-小五、圓直管內流動的阻力損失1沿程損失（1）（2）速度分布及阻力損失流動形態(tài)速度分布阻力損失系數層流湍流一般流體輸送的Re范圍內，n=1/71.過渡區(qū)按湍流處理偏安全2.湍流區(qū)Re4000：柏拉休斯：卡門：3.完全湍流區(qū)2局部損失或六、管路計算（不可壓縮流體）簡單管路：常數；復雜管路（圖）分支管路：總管流量等于各支管流之和；總機械能守恒并聯(lián)管路：；七、流體測量測量儀表流速（流量）表達式特點測速管（

6、畢托管）測得的是點流速孔板流量計固定安裝；阻力損失較大文丘里流量計比孔板流量計減少了機械能損失轉子流量計使用條件與標定條件不符時必須垂直安裝，流體自下而上流動第四章 熱量傳遞一、概述熱量傳遞熱傳導對流傳熱流體中質點發(fā)生相對位移引起，通常也指流體與固體壁面之間的熱傳遞；僅發(fā)生在液體和氣體中輻射傳熱通過電磁波傳遞能量；不需要任何介質，可在真空中傳播氣體分子不規(guī)則運動固體晶格振動和自由電子的遷移液體分子振動分子間相互碰撞二、熱傳導1基本公式：傅立葉定律：，熱量通量溫度梯度；熱量沿溫度降低的方向傳遞。液體：水的最大，常用作導熱介質（多孔隔熱材料受潮隔熱性）；除水和甘油外，T，壓力影響不大2導熱系數固體

7、：金屬非金屬；金屬有雜質；純金屬T；合金T；晶體T；非晶體T氣體：，利于絕熱保溫（工業(yè)上多孔保溫材料）；T, p (高壓時)單層平壁：不隨溫度變時，熱阻，即傳導距離&壁面面積&導熱熱阻&熱傳導速率Q多層平壁：穩(wěn)態(tài)時各層熱量流量相等，R0為污垢熱阻圓管壁： 多層圓管壁：3應用模型三、對流傳熱1基本公式：牛頓冷卻定律：物性特征（流體本身）：，cp，傳熱速率；黏度傳熱速率2傳熱速率影響因素幾何特征（邊界條件）：固體壁面形狀、尺寸、粗糙度等流動特征：流動起因（強制對流Q自然對流Q）、狀態(tài)（湍流Q 層流Q）、相變（有相變Q無相變Q）3對流傳熱系數（經驗式）圓管：；蒸汽冷凝：傳熱類型經驗式應用條件管內強制

8、對流圓形直管內強烈湍流（1）提高流速及減小管徑可強化傳熱，前者更有效加熱f=，冷卻f=;Re104, Pr120,L/di50圓形直管內強烈湍流（2）（定性溫度），w（壁溫）高黏度Pr16700圓形直管內強烈湍流（3）在（1）、（2）基礎上乘以修正系數短管L/di50圓形直管內層流（4）Re23006Pr25000圓形直管內過渡流態(tài)（5）在湍流對應經驗式基礎上乘以修正系數2300Re104圓形彎管（6）按直管對應經驗式基礎上乘以修正系數大自然空間對流，C為常數（查表）蒸汽冷凝傳熱豎壁或豎管上的膜狀冷凝，層流， 為豎壁面溫度（TW）與蒸汽在操作壓力下飽和溫度（TS）之差，r為冷凝潛熱（由TS確定

9、）Re2000水平管外冷凝，d0為管外徑4熱損失最大時的保溫層直徑，為使加保溫層后熱損失小于裸管時的熱損失，應使保溫層厚度5總傳熱系數（熱側為外側）在間壁熱阻和污垢熱阻可忽略時：若，為間壁外側對流傳熱控制，提高間壁外側對流傳熱系數是提高K值的關鍵；若，為間壁內側對流傳熱控制6傳熱推動力與平均溫差、傳熱單元數法四、輻射傳熱1輻射傳熱=發(fā)出輻射能的過程+吸收輻射能的過程當兩個溫度不等的物體輻射傳熱時，熱量從高溫物體向低溫物體傳遞2物體輻射能力灰體，灰體黑度克?；舴蚨桑海珹為灰體吸收率黑體單色輻射能力；最大單色輻射能力的波長與溫度關系3物體間的輻射傳熱，典型情況下的面積A和物體1對物體2的輻射角系

10、數查表4.4.1第五章 質量傳遞環(huán)境工程中常見的傳質過程有：吸收、萃取、吸附、離子交換、膜分離。傳質過程可分為分子傳質與對流傳質：分子傳質對流傳質機理：分子擴散 擴散通量：濃度分布 機理：渦流擴散、分子擴散單向擴散：等分子反向擴散：有化學反應的擴散：、等分子雙向擴散： 單向擴散：擴散通量：單向擴散傳質系數等分子雙向擴散傳質系數思考題補充第二章 質量衡算與能量衡算1一罐揮發(fā)性化學物質（苯）被倒在一個小池塘里，現(xiàn)要求計算出流出池塘的小溪水中苯的濃度，列出所需要的數據。（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environment

11、al Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p127 Discussion Question 3-2，無改動）2一片在湖底的石灰石（碳酸鈣）緩慢溶解，為了計算物料平衡，你可以假設：A）系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)B）系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)C）上述兩種都可以D）上述兩者都不行（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p127 Discussion Question 3-1，無改動）3 寫出一個污水處理廠污水處理過程的質量衡

12、算關系（包括污水和污泥系統(tǒng)）。4描述自來水在壺中被燒開過程中與外界的能量交換。第三章 流體流動第一節(jié)1 管流系統(tǒng)的質量衡算方程如何表示對不可壓縮流體的穩(wěn)態(tài)過程可如何簡化有何物理意義2 流體攜帶哪些能量3 能否用平均流速表示平均動能4 什么是流體的流動功第二節(jié)1 什么是雷諾數不同流場，其特征速度及特征尺寸是否相同其臨界值是否相同2 什么是黏度動力黏度與運動黏度有何不同3 泥漿、中等含固量的懸浮液屬于什么流體其流動規(guī)律如何描述怎樣改善其流動性4、粘性流體在靜止時有沒有剪應力理想流體在運動時有沒有剪應力若流體靜止時沒有剪應力，那么它們是不是都沒有粘性第三節(jié)1 實際流體的流動有什么特征2 邊界層厚度對

13、傳遞過程有何影響可采取哪些措施強化傳遞過程3 圓直管內邊界層的形成和發(fā)展有哪幾種情形4 什么是進口段長度層流、湍流進口段長度哪個長5 為什么網球表面粗糙從運動阻力方面分析。第四節(jié)1 阻力損失可分為幾種有哪些影響因素2 流體湍流流動時，磨擦系數與什么有關若其完全湍流，則又與什么有關3 什么是局部阻力它對流體流動有什么影響其計算方法有哪兩種4 將一管路上的閘門關小，則管內流量、局部阻力、沿程阻力及總阻力將如何變化第五節(jié)1 環(huán)境工程中的管路計算問題可分為哪幾類2 簡單管路、復雜管路如何區(qū)分3 流體以層流狀態(tài)流過兩并聯(lián)管段，兩管管長、內徑比均為1：2，則其體積流量比為多少第六節(jié)1 有哪些流體測量的儀器

14、2 哪些流量計屬于變壓頭流量計解釋其工作原理。3 哪些流量計屬于變截面流量計解釋其工作原理。4 在一管路中，當孔板流量計的孔徑和文丘里流量計的喉徑相同時，相同流動條件下，比較兩流量計流量系數的大小。5 簡述轉子流量計的工作原理。第四章 熱量傳遞1空氣在鋼管內流動，管外用水蒸氣冷凝，鋼管的壁溫接近空氣溫度還是水蒸氣溫度設管壁清潔，沒有污垢。（來源：何潮洪，竇梅等編，化工原理習題精解（上冊），科學出版社，2003，p159例4-18）2如果你赤腳走在地板上，在室內溫度相同情況下，磚地板比木地板感覺更冷，解釋原因。（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Pr

15、inciples of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p127 Discussion Question 3-5，無改動）3在計算熱傳導非相變一側流體吸收/放出的熱量、換熱器間壁兩側的流體主體換熱以及換熱器的熱量衡算時，所指的傳熱推動力（溫差）各是什么（來源：楊國泰等編，化學工程基礎學習指導，化學工業(yè)出版社，2003，參考p39內容）4兩個溫度相同、不互相接觸的物體之間是否存在熱輻射是否存在熱量傳遞5在全球變暖問題中，極地冰蓋的融化被認為會加速地球變暖，從熱輻射角度解釋這一問題。比較流動、傳熱、邊界層的異同。第五章 質量傳遞第一

16、節(jié)1 什么是傳質舉例環(huán)境工程中的傳質過程。2 引起傳質的推動力有哪些3 什么是吸收在環(huán)境工程中有何應用4 吸附與吸收有何異同點5 什么是膜分離目前有哪些膜分離技術。第二節(jié)1 費克定律有哪幾種表達形式有何異同點2 什么是分子擴散系數其物理意義是什么3 比較物質在氣體、液體、固體中分子擴散系數的大小。4 簡述渦流擴散系數的物理意義及影響因素。第三節(jié)1 什么是單向擴散和等分子反向擴散2 單向擴散、等分子反向擴散物質的濃度分布如何3 組分A通過靜止組分B進行穩(wěn)態(tài)擴散過程中，分析組分B存在濃度梯度但通量為零的原因。4 分析化學反應堆分子傳質過程的影響。在什么條件下分子傳質的速率由化學反應控制什么條件下則

17、由擴散控制 5 對于雙組分混合氣體，兩種組分各自的擴散通量有何聯(lián)系第四節(jié)1 什么是對流傳質它與分子傳質有什么不同2 簡述施密特數的物理意義。3 湍流邊界層可分為哪幾個區(qū)各區(qū)的傳質過程有何不同4 傳質進口段長度如何確定分析其與流動進口段長度的關系。5 對流傳質速率方程可有哪些表達形式各傳質分系數間有何聯(lián)系習題補充第二章 質量衡算與能量衡算1計算體積混合比為295ppb時N2O的質量濃度。空氣壓力為一個大氣壓，溫度25。解：295ppb為空氣中N2O的體積分數。N2O分子的摩爾質量為44g/mol。由理想氣體狀態(tài)方程可得（來源：2006環(huán)境化學作業(yè)習題一，張彭義老師；數據有改動）2市售硫酸濃度一般

18、為93%（質量分數），求硫酸的質量濃度和物質的量濃度。已知100%硫酸密度為1.839g/cm3，設溶液溫度為14。（不考慮硫酸和水混合后體積的變化）解：14時水的密度為999.1kg/m3，即999.1g/L；硫酸（H2SO4）的摩爾質量為98g/mol。質量濃度 物質的量濃度（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p66 Example 2-18，數據有改動）3一個混合良好的池塘每天接收污水430m3，污水中含有機污染物18

19、0mg/L。池塘水面面積11萬m2，水深1m。有機污染物生物降解反應速率常數為，假設忽略蒸發(fā)、滲漏、降雨，求穩(wěn)態(tài)時池塘中有機污染物濃度。解：以池塘為衡算系統(tǒng)，以有機污染物為衡算對象。由衡算關系得：穩(wěn)態(tài)時（池塘混合良好） 解得（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p100 Example 3-6，數據和解答過程有改動）4某反應池表面積10萬m2，平均深度1m；含污染物濃度為100mg/L的污水以8640m3/d的速度流入該池。穩(wěn)

20、態(tài)情況下，該池出水污染物濃度不能超過20mg/L。設池中混合狀態(tài)良好，且不考慮水量變化，則降解反應速率至少要是多少若改為串聯(lián)使用兩個同樣深度、表面積為5萬m2的反應池，則降解反應速率要求是更高、更低還是不變解：1）單一反應池由于池中混合狀態(tài)良好，由質量衡算：整理得2）兩反應池串聯(lián)時，降解反應速率要求變低（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p125 Problems 3-17，3-18，數據無改動）5一根雨水管道含NaCl濃度

21、為1250mg/L，匯入一條小溪，流速為2000L/min；該小溪原NaCl濃度為18mg/L，流速為2.0m3/s。設雨水管水流和溪水完全混合，NaCl沒有發(fā)生轉化，系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。求匯合點后溪水中NaCl濃度。解：2.0m3/s120000L/min由質量衡算得（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p98 Example3-5，數據有改動）6一圓筒形儲槽，橫截面積為0.4m2，槽內充滿水，水的深度為1.8m。進水管水流流量為

22、0.32kg/s；出水管中水的流出速率qm2 (kg/s)與水位z (m) 的關系為。若同時打開進水管和出水管，儲槽中的水能否放干若能，求出所需的時間；若不能，求儲槽中水位變化趨勢。若關閉進水管，情況又如何儲槽的水位何時達到0.3m解：（1）由非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)的質量衡算可得：，其中qm1 = 0.32kg/s；代入得：令可得z = 1.78m，即槽中水位下降至1.78m后達到穩(wěn)定狀態(tài)，水位保持不變。（2）若關閉進水管，qm1 = 0，理論上儲槽的水位會趨向于零，對該式分離變量積分求水位達0.3m所需時間：（來源：沙慶云主編，傳遞原理，大連理工大學出版社，p16 例2-2，參考原題有較大改動）7每小時

23、有500kg溫度為60的飽和水蒸氣通入冷凝器，冷凝器頂部有20的冷卻水噴入，水蒸氣與冷卻水直接接觸后冷凝下來與冷卻水混合從冷凝器底部排出，溫度28。冷凝器頂部用真空泵每小時抽出5kg的25的飽和水蒸氣，求每小時冷卻水的用量（不計熱損失）。解：設冷卻水用量為x kg/h，排出冷卻水 y kg/h，各溫度下液態(tài)水及水蒸氣的焓值查表質量衡算熱量衡算，即，代入得聯(lián)立、解得（林愛光，化學工程基礎學習指引和習題解答，清華大學出版社，2003，p66，2-1）8某食品公司用100的沸水對雪梨進行去皮以便裝罐，排出的廢水中含高濃度有機物，因此在排放前需要進行生化處理。40m3的水被排入座20的鋼筋混凝土水池。

24、設廢水與環(huán)境無熱交換。鋼筋混凝土水池質量42000kg，比熱。則水池與廢水的平衡溫度是多少解：廢水的密度近似為1000kg/m3水的焓變水池的焓變達到平衡時，聯(lián)立解得T=358K，即85。（來源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清華大學出版社，p115 Example 3-12，無改動）第三章 流體流動1某廢液流經由內徑分別為65mm、50mm的圓管組成的串聯(lián)管路，流量為1.5L/s，試計算廢液在大管和小管中的流速解：串聯(lián)管路，兩管的流量相等，

25、即 大管流速 小管流速2密度為1000kg/m3、黏度為的污水流過一內徑為7mm的排水圓管，流速為0.2m/s。保持流量不變，當管徑增大一倍時，計算流速并判斷流態(tài)。解：由連續(xù)性方程 可得 為層流狀態(tài)。320的水流過內徑為27mm的圓管，試問流量需多大時，才能達到穩(wěn)定湍流已知20的水密度，黏度。解：圓管內流動，當Re4000時，為湍流。 由 可得4從水塔管道輸送水，水塔水面距出水管口的垂直距離為10m，管道全長500m，管件的局部阻力可近似等于管道全長的一半，摩擦系數為，水溫為20，輸水量為10 m3/h，求水管的最小直徑。解：取水塔水面為11截面，水管出水口為22截面，基準水平面通過出水管的水

26、平中心線，在兩截面間列伯努利方程 已知 上式可化簡為吳岱明編，化工原理及化學反應工程公式、例題、測驗，北京 ：輕工業(yè)出版社, 1987年，31頁5通過測速管測得某圓形管道中的水流速分布為，其中為管中心流速，為管半徑25mm。（1）請寫出剪應力的表達式。（2）已知水的粘度為10-3Pas，當測得管中心流速為0.16m/s時，管壁處的剪應力為多少解：（1）由剪應力定義及流速分布可得 （2）管壁處剪應力6某廢液流入直徑為40mm的管道，流量為0.1L/s。計算該流動的進口段長度，并求距管口5m處的邊界層厚度。已知廢液的密度，黏度解：流速 ，則流動狀態(tài)為層流。 進口段長度 距管口5m處的邊界層厚度即為

27、管的半徑，即7某流體以0.6m/s的流速沿一平壁流動，已知該流體的密度為1.2kg/L，黏度為10-3Pas，試分別計算距平壁前緣0.5m、2m處流體的雷諾數及邊界層厚度。解：距前緣0.5m處： 流動狀態(tài)為層流流動邊界層厚度 距前緣2m處： 流動狀態(tài)為湍流流動 邊界層厚度8密度為1.3kg/L、黏度為10-3Pas的污水流過內徑為20mm的圓管，流量為4 kg/s時，求污水在管中的流速分布。解： 為湍流狀態(tài)，且，因此有 流速分布，式中r的單位為mm。9黏度為810-3Pas、密度為850kg/m3的液體在內徑為14mm的鋼管內以1m/s的流速流動，（1）判斷流體的流動狀態(tài)。（2）求截面上局部流

28、速等于平均流速的位置到管軸線的距離。（3）若該管路為水平管，上游壓力為105Pa，流體要流經多長的管段才能使壓力降為105Pa。解：（1），為層流流動。 （2）層流流動時，流速分布為，且 當時，可得 （3）因為是水平等徑管，所以兩截面上的靜壓差等于阻力壓差，且層流有，所以匡國柱主編，化工原理學習指導，大連：大連理工大學出版社，2002年，19頁 10用一內徑26mm、長30m的不銹鋼管輸送密度為103kg/m3、黏度為10-2Pas的濃硫酸，當管內流速分別為0.5m/s和2.3m/s時，分別計算管道所產生的壓強降。已知不銹鋼管道的粗糙度=0.3mm。解：管路中的壓降當時： ，流動狀態(tài)為層流 摩

29、擦系數壓降 當時：，流動狀態(tài)為湍流 由和Re查圖得 壓降楊國泰、楊繼紅等編，化學工程基礎學習指導，北京：化學工業(yè)出版社，2003，26頁 （改造）11有一內徑為d1的排污管，為了增加排污量，緊靠該管并聯(lián)一內徑為d2的管道，已知兩管中的流速分別為u1和u2，流量分別為qv1和qv2，且均為層流流動，分別求u1/u2、qv1/ qv2與d1/ d2的關系。若d1=1m,要增加的50%的排污量，計算d2。解：并聯(lián)管路阻力相等，即 因為，且，則化簡上式可得，即 因為，所以 當時，吳岱明編，化工原理及化學反應工程公式、例題、測驗，北京 ：輕工業(yè)出版社, 1987年，32頁12空氣流過管道，在管路上裝一文

30、丘里流量計，以U形管水壓差測量壓力差。若喉管的直徑為500mm，空氣最大流量可達3.6kg/s，問壓差計需多大的量程已知該狀態(tài)下空氣密度為1.205kg/m3，水的密度為998kg/m3，文丘里流量計的流量系數為。解：體積流量 截面面積 由文丘里流量計流量公式可得 因此U形管壓差計量程至少需14.1mm。13某轉子流量計，出廠時用標況空氣進行標定，其刻度范圍為2050m3/h。常溫、常壓下，若用該流量計測定CO2流量，其流量范圍是多少若希望能測定50 m3/h 的CO2，則應對轉子做怎樣的簡單加工解：標況下空氣密度測量條件下，CO2密度由于轉子密度遠大于測量氣體密度，因此可得則測定CO2時的下

31、限為，同理求得其上限為，所以測量范圍為。根據，要使CO2的測量上限提高，需將轉子頂端面積削小，增大環(huán)隙面積，設在加工前后不變，則，即削小轉子上邊緣，使其上端面積減小到保證環(huán)隙面積為原來的倍。柴城敬等編，化工原理課程學習指導，天津：天津大學出版社，2003年，31頁（改造）第四章 熱量傳遞1有一球形容器，內外壁半徑和溫度分別為r1、T1和r2、T2，器壁材料的導熱系數，試推導球形壁內穩(wěn)態(tài)傳熱速率Q的計算公式。解：穩(wěn)態(tài)一維熱傳導，Q不隨半徑變化，由傅立葉定律：整理得，進行積分令，則（來源：何潮洪，竇梅等編，化工原理習題精解（上冊），科學出版社，2003，p143例4-4，無改動）2某燃燒爐的平壁有

32、耐火磚、絕熱磚和建筑磚三種材料砌成，各層材料的厚度和導熱系數依次為b1=200mm，；b2=250mm，；b3=200mm，。已知耐火磚內側溫度為900，絕熱磚和建筑磚接觸面上的溫度為280。求：（1）各種材料以單位面積計的熱阻；（2）燃燒爐熱通量及導熱總溫差；（3）燃燒爐平壁中各材料層的溫差分布。解：（1）各種材料的熱阻：耐火磚：絕熱磚：建筑磚：（2）穩(wěn)態(tài)條件下通過各材料層的熱通量相等熱通量導熱總溫差（3）熱阻大的材料層溫差推動力也大（來源：何潮洪，竇梅等編，化工原理習題精解（上冊），科學出版社，2003，p140例4-1，無改動）3有一過熱蒸氣輸送管，管外徑d0=320mm，壁溫Tw0=5

33、10，外包兩層保溫層，內層為粉煤灰無熟料泡沫混凝土，其；外層為石棉硅藻土，其。若每米長的管子熱損失為m，最外層壁溫為50。試求兩層保溫層交界處的壁溫和外層厚度。解：（1）通過多層圓筒壁的傳熱有解得兩層保溫層交界處Tw1=215（2）保溫層外層平均溫度由 解得r2 = 0.209m外層壁厚（來源：林愛光，化學工程基礎學習指引和習題解答，清華大學出版社，2003，p69，2-5）4在57mm3mm的蒸氣管（管材的）的外壁包1層25mm、導熱系數的石棉層。蒸氣管的內壁溫度為175，石棉層外表面溫度為50。試求每米蒸氣管單位時間所損失的熱量。欲在石棉層外再加一層導熱系數的氧化鎂保溫材料，使熱損失為原先

34、的一半，設總溫度差保持不變，試問此保溫材料應該為多厚解：每米蒸氣管單位時間損失的熱量為總溫差不變，熱損失減半，即熱阻加倍即（來源：林愛光，化學工程基礎學習指引和習題解答，清華大學出版社，2003，p71，2-7）5.單管程列管式熱交換器，由60根23mm1.5mm的鋼管組成。水在管內的流速為1m/s，冷水進、出口溫度各為20和46，管長2米。求：（1）管壁對水的對流傳熱系數（2）管內壁溫度（3）若將總管數改為50根，管長增加到2m以上，但保持冷卻水量不變，求此時的對流傳熱系數，并與原來相比較。（按薄壁管計算）解：（1）定性溫度，特征長度查表得33時流體被加熱，取f = （2）由熱量衡算管內壁溫

35、度為（注：如采用對數平均溫度計算，得93.3）（3）改變鋼管根數，冷卻水量不變，則 管長2m以上，則仍為長管則（來源：林愛光，化學工程基礎學習指引和習題解答，清華大學出版社，2003，p73，2-12）6的飽和水蒸氣在一列管式換熱器的管間冷凝以預熱水，水在25mm2.5mm的鋼管內以0.6m/s的速度流過，進口溫度為20，至出口加熱到80。取水蒸氣冷凝傳熱系數，水側污垢熱阻為，忽略管壁熱阻。求（1）傳熱系數K；（2）操作一年后，由于水垢積累，換熱能力下降，若水量不變，進口溫度仍為20，其出口水溫升至70，求此時的傳熱系數及污垢熱阻。解：（1）定性溫度查表得50時（2）定性溫度查表得45時，查表

36、得的水蒸氣溫度為120.6。原來現(xiàn)在qm保持不變，cp近似不變，又 得（來源：林愛光，化學工程基礎學習指引和習題解答，清華大學出版社，2003，p79，2-20）7在一鋼管中心裝有熱電偶測量管內空氣的溫度。設熱電偶的溫度讀數為300，熱電偶的黑度為，空氣與熱電偶之間的對流傳熱系數為，鋼管內壁溫度為250。試求由于熱電偶與管壁之間的輻射傳熱而引起的測溫誤差。解：由于熱電偶被鋼管內壁包圍，熱電偶與鋼管內壁之間的輻射傳熱量 輻射熱通量熱電偶除對管壁進行輻射外，還從空氣以對流方式取得熱量，穩(wěn)定情況下，兩者傳熱量相等。設空氣真實溫度為T0 測量誤差（來源：何潮洪，竇梅等編，化工原理習題精解（上冊），科學

37、出版社，2003，p154例4-13，無改動）8有兩個很大的固體平面，彼此平行且相互輻射換熱，一個平面的溫度為600，黑度為；另一個平面的溫度為500，黑度為。求它們之間每平方米、每小時的凈輻射熱量。若將其中一個的平面溫度從600提高到700（設其黑度不變），問凈輻射傳熱量可提高到多少解：（1）單位面積上代入得（2）同理可得平面溫度提高為700后（來源：林愛光，化學工程基礎學習指引和習題解答，清華大學出版社，2003，p74，2-13）9在一內徑為2.5mm的管子的軸心位置上，穿一直徑為0.05mm的細導線以測定氣體的導熱系數。當導線通以0.3A的電流時，產生的壓降為mm。測得導線溫度T1為1

38、67，空心管內壁溫度為150。求：（1）充入管內的氣體的導熱系數（2）若導線黑度為，估算不計入輻射傳熱時所引起的誤差。解：每米導線發(fā)熱量穩(wěn)態(tài)下，此熱量通過氣體傳導到管內壁，即（2）輻射的傳熱量 ，代入式得每米導線實際導熱傳熱量代入式得，相對誤差可見輻射傳熱引起的誤差不大。（來源：楊國泰等編，化學工程基礎學習指導，化學工業(yè)出版社，2003，p56，2-9）10某化工廠用絕對壓力為的飽和水蒸氣將環(huán)丁砜水溶液由105加熱到115后，送再生塔再生。已知溶液體積流量qV為200m3/h，溶液的密度為1080kg/m3，比定壓熱容，所用換熱器的傳熱系數。求水蒸氣消耗量和逆流操作所需的傳熱面積。解：（1）環(huán)

39、丁砜水溶液吸收的熱量查表的飽和水蒸氣氣化潛熱，汽化溫度T=133.3不考慮熱損失情況下，由熱量衡算（2）蒸汽溫度保持為，環(huán)丁砜水溶液從378K升溫至388K，則（來源：楊國泰等編，化學工程基礎學習指導，化學工業(yè)出版社，2003，p58，2-11）11在外徑為152mm的水平管內通有171的飽和水蒸氣，管外空氣溫度為21。室內四周墻壁、天花板及地板溫度皆與室內空氣溫度相同。已知：當管道不保溫時，每米管長因空氣自然對流造成的熱損失為530W/m；當管道外面覆蓋50mm厚的保溫層時，保溫層外表面溫度降為59，每米管長因空氣自然對流造成的熱損失為m。求：（1）管道不保溫，管壁黑度，每米管長因輻射造成的

40、熱損失（2）管道外面包50mm厚的保溫層，使保溫層表面溫度降為59，保溫材料外面裹一層黑度的鍍鋅薄鐵皮，求每米管長因輻射造成的熱損失（3）在以上兩種情況下，每米管長的總熱損失是多少解：（1）設房間內所有物體均與室內空氣同溫，而房間四周面積遠大于蒸氣管表面（2）當管道外面包50mm厚的保溫層，并外包鍍鋅薄鐵皮，保溫層外徑d=0.252m（3）未保溫時保溫后第五章 質量傳遞1標準大氣壓、293K下，氫氣在氨氣中的擴散系數為，那么、50下，氫氣在氨氣中的擴散系數是多少解：楊國泰、楊繼紅等編，化學工程基礎學習指導，北京：化學工業(yè)出版社，2003，66頁 （改造） 2氫氣通過厚度為0.5cm的靜止空氣進

41、行擴散，氣體總壓為，溫度為0，在此靜止氣體厚度兩邊的氫氣分壓分別為、，擴散系數，計算氫氣通過該厚度空氣的擴散速率。解：本題為單向分子傳質則擴散速率即為擴散通量楊國泰、楊繼紅等編，化學工程基礎學習指導，北京：化學工業(yè)出版社，2003，66頁 （改造）3用吸收塔吸收廢氣中的二氧化硫氣體，條件為常壓、25，溶解度系數。塔內某一截面上，氣相主體中二氧化硫分壓，氣液相界面，液相中，氣相傳質系數。計算液相傳質系數及傳質速率。解：傳質速率即為傳質通量 在相界面上，氣、液兩相平衡，有 穩(wěn)態(tài)傳質過程，氣、液兩相傳質速率相等則4在一容器中，N2和O2的混合氣體發(fā)生擴散過程。系統(tǒng)總壓為，溫度為273K，擴散系數為。

42、已知相距0.02m的兩截面上，N2分壓分別為和，試求：（1）N2 和O2為等分子反向擴散時，N2的傳質通量。（2）O2為停滯組分時，N2的傳質通量。解：（1）等分子反向擴散 （2）單向擴散楊國泰、楊繼紅等編，化學工程基礎學習指導，北京：化學工業(yè)出版社，2003，68頁 （改造）5A、B兩氣體在一長為1m的管中相互擴散，管子各處溫度均為298K，總壓均為。兩端A氣體的含量分別為。已知擴散系數為。試求A氣體的傳質通量，并求出A氣體的濃度分布。解：由于管中各處溫度、壓力均勻，因此為等分子反向擴散。 等分子反向擴散的傳質通量可寫為 穩(wěn)態(tài)擴散過程，則有 對上式兩次積分可得，式中C1、C 2為積分常數。

43、由邊界條件可得A氣體的濃度分布為 何潮洪等編，化工原理習題精解（下冊），北京：科學出版社, 2003年，3頁（改造）6如下圖，在一細長管子底部盛入液體A，不溶解于A的氣體B在管頂緩慢流過，于是A進行汽化并通過B的氣層擴散。由于A不斷消耗，其液面隨時間不斷下降。試推導組分A在B中的擴散系數的表達式。NA氣體B解：可視為組分A通過停滯組分B的擴散，則 組分A的擴散通量采用其液面變化率可表示為 因此有， 即邊界條件：時，；時， 積分可得7直徑為10mm的萘球在空氣中進行穩(wěn)態(tài)擴散。空氣的壓力為，溫度為318K，萘球表面溫度也為318K。 在此條件下，萘在空氣中的擴散系數為，萘的飽和蒸汽壓為。試求萘球表

44、面的擴散通量。不考慮萘球大小的變化。解：該擴散為組分A通過停滯組分B的擴散過程。 由，得 因為，所以，整理得 依題意，擴散面積是變化的，故擴散通量為變量，此時擴散速率為常量，為 其中擴散面積。 于是有 分離變量，并積分得，其中為萘球表面壓強，即萘的飽和蒸汽壓。賈紹義等主編，化工傳質與分離過程，北京：化學工業(yè)出版社，2001年，22頁8氣體A流經催化劑表面，并進行型的聚合反應，在流體主體內不發(fā)生反應。反應產物B離開催化劑表面后即進入氣體中。求導出組分A擴散通量的表達式。解：由反應式可知 則 對上式積分 得到王紹亭等編，動量、熱量與質量傳遞習題解，北京：化學工業(yè)出版社，1990年，251頁9在總壓

45、為下，組分A通過停滯組分B進行擴散。當某兩點組分A的分壓為時，由實驗測得此情況下的傳質系數。試計算在同樣條件下組分A和B進行等分子反向擴散時的傳質系數，并求出后一種情況下的傳質通量。解：總壓，有 等分子反向擴散傳質系數傳質通量王紹亭等編，動量、熱量與質量傳遞習題解，北京：化學工業(yè)出版社，1990年，271頁10一直徑為20mm的球形萘粒置于壓力、溫度為45的空氣中，空氣流速為0.3m/s。已知該狀態(tài)下，萘在空氣中的擴散系數為，空氣運動黏度為，試計算對流傳質系數。解：施密特數 雷諾數 施伍德數 對流傳質系數何潮洪等編，化工原理習題精解（下冊），北京：科學出版社, 2003年，12頁（改造）中英文

46、術語第二章 質量衡算與能量衡算計量單位Unit國際單位制International System of Units量綱Dimension無量綱準數Dimensionless number 質量濃度Mass Concentration量濃度Molar Concentration質量分數Mass Fraction摩爾分數Mole Fraction質量比Mass Ratio摩爾比Mole Ratio流量Flux流速Flow rate通量Flux質量衡算Conservation of Matter衡算系統(tǒng)Control Volume衡算對象邊界System Boundary穩(wěn)態(tài)Steady State

47、能量衡算Conservation of Energy焓Enthalpy封閉系統(tǒng)Open System開放系統(tǒng)Closed System相變Phase Change第三章 流體流動內能inner energy; intrinsic energy; internal energy; internal energy動能energy of motion; kinetic energy位能energy of position; potential energy靜壓能、流動功連續(xù)性方程 continuity equation內摩擦力internal friction剪切力 shear stresses摩擦阻力 friction drag形體阻力 form drag黏度 viscosity牛頓黏性定律 Newton viscosity law邊界層boundary layer層流laminar current; lamellar flow; filamental flow; laminar flow滯流laminar flow; viscous flow; stagnation