環(huán)境工程原理第二版課后答案

第I篇習(xí)題解答第一章緒論簡要概述環(huán)境學(xué)科的發(fā)展歷史及其學(xué)科體系。解：環(huán)境學(xué)科是隨著環(huán)境問題的日趨突出而產(chǎn)生的一門新興的綜合性邊緣學(xué)科。它經(jīng)歷了20世紀(jì)60年代的醞釀階段，到20世紀(jì)70年代初期從零星的環(huán)境保護的研究工作與實踐逐漸發(fā)展成為一門獨立的新興學(xué)科。環(huán)境學(xué)科是一門正在蓬勃發(fā)展的科學(xué)，其研究范圍和內(nèi)涵不斷擴展，所涉及的學(xué)科非常廣泛，而且各個學(xué)科間又互相交叉和滲透，因此目前有關(guān)環(huán)境學(xué)科的分支學(xué)科還沒有形成統(tǒng)一的劃分方法。圖1-1是環(huán)境學(xué)科的分科體系。圖1-1環(huán)境學(xué)科體系主要任務(wù)是利用環(huán)境學(xué)科以技術(shù)、措施和政策，以改善環(huán)境質(zhì)量,簡要闡述環(huán)境工程學(xué)的主要任務(wù)及其學(xué)科體系解：環(huán)境工程學(xué)作為環(huán)境學(xué)科的一個重要分支,主要任務(wù)是利用環(huán)境學(xué)科以技術(shù)、措施和政策，以改善環(huán)境質(zhì)量,及工程學(xué)的方法，研究環(huán)境污染控制理論、保證人類的身體健康和生存以及社會的可持續(xù)發(fā)展?！杆|(zhì)凈化與水污染控制工程空氣凈化與大氣污染控制工程固體廢棄物處理處置與管理「水質(zhì)凈化與水污染控制工程空氣凈化與大氣污染控制工程固體廢棄物處理處置與管理物理性污染控制工程土壤凈化與污染控制技術(shù)I廢物資源化技術(shù)「環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)及原理生態(tài)修復(fù)與構(gòu)建技術(shù)及原理環(huán)境工程學(xué) \清潔生產(chǎn)理論及技術(shù)原理環(huán)境規(guī)劃管理與環(huán)境系統(tǒng)工程I環(huán)境工程監(jiān)測與環(huán)境質(zhì)量評價圖1-2 環(huán)境工程學(xué)的學(xué)科體系去除水中的懸浮物，有哪些可能的方法，它們的技術(shù)原理是什么？解：去除水中懸浮物的方法主要有：沉淀、離心分離、氣浮、過濾（砂濾等）、過濾（篩網(wǎng)過濾）、反滲透、膜分離、蒸發(fā)濃縮等。上述方法對應(yīng)的技術(shù)原理分別為：重力沉降作用、離心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、滲透壓、物理截留等、水與污染物的蒸發(fā)性差異。空氣中揮發(fā)性有機物（VOCS的去除有哪些可能的技術(shù)，它們的技術(shù)原理是什么？解：去除空氣中揮發(fā)性有機物（VOCS的主要技術(shù)有：物理吸收法、化學(xué)吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃燒法等。上述方法對應(yīng)的技術(shù)原理分別為：物理吸收、化學(xué)吸收、界面吸附作用、氧化還原反應(yīng)、生物降解作用、燃燒反應(yīng)。簡述土壤污染可能帶來的危害及其作用途徑。解：土壤污染的危害及其作用途徑主要有以下幾個方面：①通過雨水淋溶作用,可能導(dǎo)致地下水和周圍地表水體的污染；②污染土壤通過土壤顆粒物等形式能直接或間接地為人或動物所吸入;③通過植物吸收而進入食物鏈 ,對食物鏈上的生物產(chǎn)生毒害作用等。環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理可以分為哪幾類？它們的主要作用原理是什么？解：從技術(shù)原理上看，環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理可以分為“隔離技術(shù)”、“分離技術(shù)”和“轉(zhuǎn)化技術(shù)”三大類。隔離技術(shù)是將污染物或者污染介質(zhì)隔離從而切斷污染物向周圍環(huán)境的擴散，防止污染近一步擴大。分離技術(shù)是利用污染物與污染介質(zhì)或其它污染物在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異使其與介質(zhì)分離，從而達到污染物去除或回收利用的目的。轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用化學(xué)或生物反應(yīng)，使污染物轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)或易于分離的物質(zhì)，從而使污染介質(zhì)得到凈化與處理。《環(huán)境工程原理》課程的任務(wù)是什么？解：該課程的主要任務(wù)是系統(tǒng)、深入地闡述環(huán)境污染控制工程，即水質(zhì)凈化與水污染控制工程、大氣（包括室內(nèi)空氣）污染控制工程、固體廢物處理處置與管理和資源化工程、物理性污染（熱污染、輻射污染、噪聲、振動）控制工程、自然資源的合理利用與保護工程、生態(tài)修復(fù)與構(gòu)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學(xué)基礎(chǔ)、基本過程和現(xiàn)象以及污染控制裝置的基本原理，為相關(guān)的專業(yè)課程打下良好的理論基礎(chǔ)。弟■早質(zhì)量衡算與能量衡算弟■早質(zhì)量衡算與能量衡算某室內(nèi)空氣中Q的濃度是x10-6(體積分?jǐn)?shù))，求：(1)在X105P&25c下，用pg/m3表示該濃度；(2)在大氣壓力為x105Pa和15c下，Q的物質(zhì)的量濃度為多少?解：理想氣體的體積分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)值相等由題，在所給條件下，1mol空氣混合物的體積為2=7。?PoTi/P1T0=22.4LX298K/273K=24.45L所以O(shè)3濃度可以表示為X106molX48g/molx(24.45L)1=(ig/m3(2)由題，在所給條件下，1mol空氣的體積為V=V0-P0T1/P1T0=22.4LXX105PaX288K/X105PaX273K)=28.82L所以03的物質(zhì)的量濃度為義106mol/28.82L=義109mol/L假設(shè)在25c和x105Pa的條件下，SO的平均測量濃度為400仙g/m3,若允許值為x10-6,問是否符合要求？解：由題，在所給條件下，將測量的SO質(zhì)量濃度換算成體積分?jǐn)?shù)，即RT103 8.314298103 9 6A 5 40010 0.1510pMA1.01310564大于允許濃度，故不符合要求試將下列物理量換算為SI制單位:一一 2質(zhì)重：-一一 2質(zhì)重：-s/m=kg密度：13.6g/cm3=kg/m壓力：35kgf/cm2=Pa=Pa670mmHg=Pa功率：10馬力= kW比熱容：2Btu/(lb?下尸J/(kg-KO3kcal/ (kgC)=J/(kgK)流量：2.5L/s=m 3/h表面張力：70dyn/cm= N/m5kgf/m=N/m解：質(zhì)量：-s2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm3=x103kg/m3壓力：35kg/cm2=x106Pa=x105Pa670mmHg=104Pa功率：10馬力=比熱容：2Btu/(lb?下尸X103J/(kg-KO3kcal/ (kg?C)=x104J/(kg-KO流量： 2.5L/s=9m3/h表面張力：70dyn/cm=m5kgf/m=m密度有時可以表示成溫度的線性函數(shù)，如p=po+At式中：p——溫度為t時的密度，Ib/ft3;Po——溫度為t。時的密度，lb/ft3。t——溫度，下。如果此方程在因次上是一致的，在國際單位制中 A的單位必須是什么？解：由題易得，A的單位為kg/(ntK)

一加熱爐用空氣（含O,N2）燃燒天然氣（不含Q與N）。分析燃燒所得煙道氣，其組成的摩爾分?jǐn)?shù)為CO,HO,Q,N。求每通入100吊、30c的空氣能產(chǎn)生多少m3煙道氣？煙道氣溫度為300C,爐內(nèi)為常壓。解：假設(shè)燃燒過程為穩(wěn)態(tài)。煙道氣中的成分來自天然氣和空氣。取加熱爐為衡算系統(tǒng)。以N為衡算對象，煙道氣中的N全部來自空氣。設(shè)產(chǎn)生煙道氣體積為V2o根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有XPiVi/RTi=XP2V2/RT2即X100m/303K=XV/573KV2=203.54m3某一段河流上游流量為36000m/d,河水中污染物的濃度為L。有一支流流量為10000m3/d,其中污染物濃度為30mg/L。假設(shè)完全混合。（1）求下游的污染物濃度（2）求每天有多少kg污染物質(zhì)通過下游某一監(jiān)測點1qV1 2q/1qV1 2q/2qV1qV28.87mg/L3.0360003010000 mg/L8.87mg/L3600010000(2)每天通過下游測量點的污染物的質(zhì)量為m(qV1qV2)8.87(3600010000)103kg/d408.02kg/d某一湖泊的容積為10X106m3,上游有一未被污染的河流流入該湖泊，流量為50n3/s0一工廠以5m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，濃度為100mg/Lo污染物降解反應(yīng)速率常數(shù)為一1。假設(shè)污染物在湖中充分混合。求穩(wěn)態(tài)時湖中污染物的濃度。解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時湖中污染物濃度為m,解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時湖中污染物濃度為m,則輸出的濃度也為m則由質(zhì)量衡算，得qm1 qm2 kV05X100mg/L—(5+50) mm3/s-10X106XXmn3/s=0解之得m=L某河流的流量為 3.0m3/s，有一條流量為 0.05m3/s的小溪匯入該河流。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)儀器檢測示蹤劑的濃度下限為Lo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 P則根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有P=(3+)x解之得P=61mg/L加入示蹤劑的質(zhì)量流量為61X0.05g/s=3.05g/s假設(shè)某一城市上方的空氣為一長寬均為 100km、高為1.0km的空箱模型。干凈的空氣以4m/s的流速從一邊流入。假設(shè)某種空氣污染物以10.0kg/s的總排放速率進入空箱，其降解反應(yīng)速率常數(shù)為－1。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—(3600)xPX100X100X1X109m3/s-4X100X1X106PR3/s=0解之得p=x10-2mg/m(2)設(shè)空箱的長寬均為L,高度為h,質(zhì)量流量為qm,風(fēng)速為u0

dm根據(jù)質(zhì)量衡算方程dmqm1qm2kV”dt有2d2

qmuLhkLhLh

dt帶入已知量，分離變量并積分，得3600 ddt 2-—6 -50 1.051010 6.610積分有p=x10-2mg/m某水池內(nèi)有1m3含總氮20mg/L的污水，現(xiàn)用地表水進行置換，地表水進入水池的流量為10nVmin,總氮含量為2mg/L,同時從水池中排出相同的水量。假設(shè)水池內(nèi)混合良好，生物降解過程可以忽略，求水池中總氮含量變?yōu)?5mg/L時，需要多少時間？解：設(shè)地表水中總氮濃度為P。，池中總氮濃度為p由質(zhì)量衡算，得qvdV0qvdV0qV -"dtdtJd積分，有tdttdt0"d求得t=min有一裝滿水的儲槽，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,測得水流過小孔時的流速U0與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)系uo=(2gz)試求放出1m3水所需的時間。解：設(shè)儲槽橫截面積為A,小孔的面積為A由題得A2U0=—dV/dt,即U0=—dz/dtxA1/A2所以有-dz/dtx(100/4)2=(2gz)即有—x=dtz0=3mzi=z。-1m3x(0x0.25m2)-1=1.73m積分計算得t=給水處理中，需要將固體硫酸鋁配成一定濃度的溶液作為混凝劑。 在一配料用的攪拌槽中，水和固體硫酸鋁分別以 150kg/h和30kg/h的流量加入攪拌槽中，制成溶液后，以120kg/h的流率流出容器。由于攪拌充分，槽內(nèi)濃度各處均勻。開始時槽內(nèi)預(yù)先已盛有100kg純水。試計算1h后由槽中流出的溶液濃度。解：設(shè)t時槽中的濃度為p,dt時間內(nèi)的濃度變化為dp由質(zhì)量衡算方程，可得d30120 —10060tdt時間也是變量，一下積分過程是否有誤？30Xdt=(100+60t)dC+120Cdt即(30-120C)dt=(100+60t)dC由題有初始條件t=0,C=0積分計算得：當(dāng)t=1h時C=%有一個4X3m2的太陽能取暖器，太陽光的強度為3000J/（m2?h）,有50%的太陽能被吸收用來加熱流過取暖器的水流。水的流量為0.8L/min。求流過取暖器的水升高的溫度。解：以取暖器為衡算系統(tǒng)，衡算基準(zhǔn)取為 1h。輸入取暖器的熱量為3000X12X50%kJ/h=18000kJ/h設(shè)取暖器的水升高的溫度為（ △T），水流熱量變化率為 qmcpT根據(jù)熱量衡算方程，有18000kJ/h=義60x1義義ATkJ/解之得△T=有一個總功率為1000MVWJ核反應(yīng)堆，其中2/3的能量被冷卻水帶走，不考慮其他能量損失。冷卻水來自于當(dāng)?shù)氐囊粭l河流，河水的流量為 100m3/s，水溫為20℃。（1）如果水溫只允許上升 10℃，冷卻水需要多大的流量；（2）如果加熱后的水返回河中，問河水的水溫會上升多少℃。解：輸入給冷卻水的熱量為0=1000X2/3M%667MW（1）以冷卻水為衡算對象，設(shè)冷卻水的流量為 qV，熱量變化率為 qmcpT。根據(jù)熱量衡算定律，有qVX103XX10kJ/m3=667X103KWQ=15.94m3/s（2）由題，根據(jù)熱量衡算方程，得100X103XXaTkJ/m3=667X103KW△T=第四章熱量傳遞用平板法測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)，即在平板的一側(cè)用電加熱器加熱，另一側(cè)以冷水通過夾層將熱量移走，同時板的兩側(cè)由熱電偶測量其表面溫度， 電熱器流經(jīng)平板的熱量為電熱器消耗的功率。 設(shè)某材料的加熱面積A為0.02m2,厚度b為0.01m,當(dāng)電熱器的電流和電壓分別為2.8A和140V時,板兩側(cè)的溫度分別為300c和100C；當(dāng)電熱器的電流和電壓分別為2.28A和114V時，板兩側(cè)的溫度分別為200c和50C。如果該材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為線性關(guān)系，即0(1aT),式中T的單位為C。試確定導(dǎo)熱系數(shù)與溫度關(guān)系的表達式。解：設(shè)電熱器的電流和電壓為I和U,流經(jīng)平板的熱量流量為Q由題有且有對于薄板，取db厚度，有AdTdb又因為導(dǎo)熱系數(shù)與溫度存在線性關(guān)系，所以有0(1aT)AdT

db分別對db和dT進行積分得Q1 2Qb—0(1aT)CA2a分別取邊界條件，則得Q _ _a_2_2-b 0[(T2T1)-(T2工)]A 2根據(jù)題目所給條件，聯(lián)立方程組2.8A140V20.02m20.01m _ 2.8A140V20.02m20.01m _ a _20[(300C100C)-(300C22.28A114V0.02m20.01m0[(200C50C)a(200C22c.2一100C)]c250C2)]解之得a=x10-3KT1入0=(m,K)因此，導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系式為人=(1+X10-3T)某平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù) 0(1aT)W/(m-K),T的單位為C。若已知通過平壁的熱通量為qW/m,平壁內(nèi)表面的溫度為Ti。試求平壁內(nèi)的溫度分布。解：由題意，根據(jù)傅立葉定律有q=一入?dT/dy即q=—入0(1+aT)dT/dy分離變量并積分TOC\o"1-5"\h\zT y0(1aT)dTqdy

l1 00(TiT)亨(T12T2)qy整理得_2_____2、_ 一a0T 20T20(T[T1)2qy0此即溫度分布方程某燃燒爐的爐壁由500mm5的而寸火磚、380mmff的絕熱磚及250mmff的普通磚砌成。其入值依次為W/(m-K),W/(m-K)及W/(m-K)。傳熱面積A為1m20已知耐火磚內(nèi)壁溫度為1000C,普通磚外壁溫度為50Co(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W/(m?C)。內(nèi)外壁溫度仍不變，問此時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 口、「2、「3。(1)由題易得__ 2=0.357m-K/W__ 2=0.357m-K/Wr1=—— ：—71.4Wm1K1「2=3.8m2-K/W「3=-m2K/W

所以有TOC\o"1-5"\h\z「 T 2q= 二mri「2 「3由題Ti=1000cT2=Ti—QR=923.4CT3=Ti—Q(R+R)=108.3CT4=50C(2)由題，增加的熱阻為r'=0.436m2-K/Wq=AT/(ri+「2+c+r')2

二m某一①60mm<3mm的鋁復(fù)合管，具導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m?K),外包一層厚30mm勺石棉后，又包一層厚為30mm勺軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為(m?K)和W/(m?K)o試求(I)如已知管內(nèi)壁溫度為-I05C,軟木外側(cè)溫度為5C,則每米管長的冷損失量為多少？(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,則此時每米管長的冷損失量為多少？解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對數(shù)平均半徑分別為 rmi、「mA「m3。由題有rmi=rmi=——mm=28.47mm30In-27rm2=30In60mm=43.28mmrm2=30In60mm=43.28mm30rm3=rm3= mm=73.99mm,90ln60(1)R/L=b1b2b33rm32 22rm2 2: Km/W一30 Km/W24528.4720.1543.28=X10-4K-m/W-?m/W--m/W Km/W2 0.0473.99=?m/WQ/L=——二mb3b32 3rm3(2)R/L:—b1一一魚-2 1rm1 22rm2 W2 4528.47X104K-mW30m/K W2 4528.47X104K-mW30m/K W2 0.0443.28?m/W^?m/Wm/K30 Wm/K2 0.1573.99=?m/WQ/L=——二mR/L某加熱爐為一厚度為10mmi勺鋼制圓筒，內(nèi)襯厚度為250mml勺而寸火磚，外包一層厚度為250mmi勺保溫材料，耐火磚、鋼板和保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 W/(m-K)、45W/(m?K)和W/(m-K0鋼板的允許工作溫度為400C。已知外界大氣溫度為35C,大氣一側(cè)的對流傳熱系數(shù)為10W/(mbK);爐內(nèi)熱氣體溫度為600C,內(nèi)側(cè)對流傳熱系數(shù)為100W/(m2?K)。試通過計算確定爐體設(shè)計是否合理；若不合理，提出改進措施并說明理由。(補充條件：有效管徑2.0m)解：設(shè)由耐火磚內(nèi)側(cè)表面和保溫材料外測表面的面積分別為A和A,耐火磚、鋼筒和保溫材料的對數(shù)平均面積分別為Am1、Am2、Am30鋼板內(nèi)側(cè)溫度為To穩(wěn)態(tài)條件下，由題意得：TOC\o"1-5"\h\z 60035 600 T1 b1 b2 b3 1 1 b1a1A1 1Am1 2Am2 3Am3a2 A4a1 A1 1Am1(因為鋼板內(nèi)側(cè)溫度較高，所以應(yīng)該以內(nèi)側(cè)溫度不超過 400c為合理)有效管徑R=2.0m

帶入已知條件，解得T=463.5C>400C計算結(jié)果表明該設(shè)計不合理改進措施：1、提高鋼板的工作溫度，選用耐熱鋼板；2、增加耐火磚厚度，或改用導(dǎo)熱系數(shù)更小的耐火磚由20c加熱到40Co試水以1m/s由20c加熱到40Co試求水與管壁之間的對流傳熱系數(shù)。解：由題，取平均水溫30c解：由題，取平均水溫30c以確定水的物理性質(zhì)。d=0.020m,u=1m/s,p=995.7kg/m3,p=xi0-5Pa?s。Redu0.0201995.780,071052.49104流動狀態(tài)為湍流所以得PrCRedu0.0201995.780,071052.49104流動狀態(tài)為湍流所以得PrCp5 380.071054.1741030.61765.414.591034.59103W/(m2K)0.8 0.4dRePr用內(nèi)徑為27mm勺管子，將空氣從10c加熱到100C,空氣流量為250kg/h,管外側(cè)用120c的飽和水蒸氣加熱(未液化)。求所需要的管長。解：以平均溫度55c查空氣的物性常數(shù)，得人=(m?K),「X10—5Pa?s,Cp=(kg?K),p=1.077kg/m3由題意，得u=Q/(pA)=112.62m/sRgdup/「xx(x105)=x105所以流動為湍流。Pr=pcp/2i=(X105)x=a=.入/d??, 2 _=(m?K)AT2=110K,A『=20K

ATm=(AT2-ATi)/ln(AT2/AT1)=(110K—20K)/ln(110/20)由熱量守恒可得a兀dLATm=qmQphAThL=qmephATh/(a兀dATm)= 250kg/hx(kg?K)x90K/_,2一_ _ _[(m?K)?l0.027m?]=4.44m某流體通過內(nèi)徑為50mmi勺圓管時，雷諾數(shù)Re為1X105,對流傳熱系數(shù)為100W/(nbK)。若改用周長與圓管相同、高與寬之比等于 1:3的矩形扁管,流體的流速保持不變。問對流傳熱系數(shù)變?yōu)槎嗌?解：由題，該流動為湍流。0.023 0.8 0.4RePrd0.0231d2Re10.8Pr0.40.0232dlRe20.8Pr2M因為為同種流體，且流速不變，所以有0.8TOC\o"1-5"\h\z1 Re〔 d20.82 Re2 d1由Redu可得0.80.21 d1 d20.20.82 d2 d1矩形管的高為19.635mm寬為矩形管的高為19.635mm寬為58.905mm計算當(dāng)量直徑，得(1(121d2=29.452mm50 02 2 2( ).100W/(mK)111.17W/(mK)29.452

在換熱器中用冷水冷卻煤油。水在直徑為(|)19X2mmi勺鋼管內(nèi)流動，水的對流傳熱系數(shù)為3490W/ (m2? K),煤油的對流傳熱系數(shù)為458W/ (m2 ? K)。換熱器使用一段時間后，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0.000176m2?K/W和0.00026m2-K/W管壁的導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m-K)。試求(1)基于管外表面積的總傳熱系數(shù)；(2)產(chǎn)生污垢后熱阻增加的百分?jǐn)?shù)。解：(1)將鋼管視為薄管壁則有TOC\o"1-5"\h\z1b1————rs1rs2K1 22 0.002 2 1 2 2 2m2K/W m2K/Wm2K/W0.00026m2K/W0.000176m2K/W3490 45 4583 22.9510mK/WK=(m2?K)(2)產(chǎn)生污垢后增加的熱阻百分比為100%100%17.34%0.1760.26100%17.34%2.950.1760.26注：如不視為薄管壁，將有5%左右的數(shù)值誤差。在套管換熱器中用冷水將100c的熱水冷卻到50C,熱水的質(zhì)量流量為3500kg/h。冷卻水在直徑為4180X10mmi勺管內(nèi)流動，溫度從20c升至30Cc已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為2320W/(m2?K)。若忽略熱損失，且近似認(rèn)為冷水和熱水的比熱相等，均為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時所需要的管長，并加以比較。解：(1)由熱量守恒可得qmcCpcATc=qmQphAThqmc=3500kg/hX50C/10C=17500kg/h(2)并流時有由熱量守恒可得逆流時有同上得TmqmhcphThKdTmTmqmhcphThKdTm比較得逆流所需的管路短,AT2=80K,ATi=20K80K20K,80In20KAATm=qmCphAThKttdLATm=qmhCphATh43.28K3500kg/h4.18kJ/(kgK)50K22320W/(m2K)0.18m43.28KAT2=70K,AT—30Kln工T23500kg/h3.58m70K30K 47.21K,70ln304.18kJ/(kgK)50K22320W/(m2K)0.18m47.21K故逆流得傳熱效率較高。列管式換熱器由19根419X2mm長為1.2m的鋼管組成,流量為350kg/h的飽和水蒸氣冷凝為飽和液體，要求冷水的進、15c和35Co已知基于管外表面的總傳熱系數(shù)為700W/(m2熱器能否滿足要求。解：設(shè)換熱器恰好能滿足要求，則冷凝得到的液體溫度為氣的潛熱L=kgTm由熱量守恒可得AT2=85K,ATi=65KT2 Iln」2Ti85K65Kln空6574.55K3.28m擬用冷水將質(zhì)量出口溫度分別為?K),試計算該換100C0飽和水蒸KAAWqmLqmLKTqmLKTm350kg/h2258.4kJ/kg2700W/(mK)74.55K4.21m2列管式換熱器的換熱面積為A總=19X19mrK冗x1.2m=1.36m2<4.21m2故不滿足要求火星向外輻射能量的最大單色輻射波長為pm若將火星看作一個黑體，試求火星的溫度為多少？解：由入1mT=x1032.91032.91032.910313.2106219.70K若將一外徑70mm長3m外表溫度為227c的鋼管放置于：(1)很大的紅磚屋內(nèi)，磚墻壁溫度為27C；(2)截面為X0.3m2的磚槽內(nèi)，磚壁溫度為27Co試求此管的輻射熱損失。(假設(shè)管子兩端的輻射損失可忽略不計)補充條件：鋼管和磚槽的黑度分別為和解：(1)Q—2=G—2小12A(Ti4—T24)/1004由題有小1—2=1,G—2=￡1C),￡1=Q2=￡1C0a(Ti4—T24)/1004=X(m?K4)X3mx0.07mX兀X(5004K4-3004K)/10043=x10W(2)Q2=G2小12A(Ti4—T24)/1004由題有小1—2=1G 2=C0/[1/ ￡ 1+A1/A2 (1/￡2-1)]Q 2=C0/[1/ e 1+A1/A2 (1/e2—1)]A (T14—T24) /1004=(m2-K4)[1/+(3XX兀/XX3)(1/-1)]X3rriX0.07mX兀X(5004K4—3004K4)/1004

3=x10W一個水加熱器的表面溫度為80C,表面積為2m2,房間內(nèi)表面溫度為20Co將其看成一個黑體，試求因輻射而引起的能量損失。解：由題,應(yīng)滿足以下等式解：由題,應(yīng)滿足以下等式4 4.C1212A(T1 T2)

1004A=A1；G2=C0x又有Ai=2m2;又有Ai=2m2;￡1=1所以有Q12C0Q12C0A(Ti4T24)41004 45.672(35342934) 4 925.04W100第五章質(zhì)量傳遞在一細管中，底部水在恒定溫度 298K下向干空氣蒸發(fā)。干空氣壓力為X106pa、溫度亦為298K。水蒸氣在管內(nèi)的擴散距離(由液面到管頂部)L=20cmi在X106Pa298K的溫度時，水蒸氣在空氣中的擴散系數(shù)為DAb=X10-5m2/s。試求穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸氣的傳質(zhì)通量、傳質(zhì)分系數(shù)及濃度分布。解：由題得，298K下水蒸氣飽和蒸氣壓為x103Pa,則PA,i=X103pa,pA,O=0pBm pB，0-pB，i 0.9841105Palnpb,0pB,i(1)穩(wěn)態(tài)擴散時水蒸氣的傳質(zhì)通量:NaNa2cmsDABppA,i-pA,0 4 ,(2)傳質(zhì)分系數(shù):kG―NA——5.11pA,i pA,010molcm2sPa(3)由題有1 Va 1yA,iyA,0 zL1yA,iyA,i=100=yA,0=0簡化得yA10.9683(15z)在總壓為X105Pa溫度為298K的條件下，組分A和B進行等分子反向擴散。當(dāng)組分A在兩端點處的分壓分別為pA,1=x105PaftPa,2=x10，Pa時，由實驗測得k%=x10-8kmol/(m1.6210molRTpB,mL?s-Pa),試估算在同樣的條件下，組分A通過停滯組分B的傳質(zhì)系數(shù)1.6210molRTpB,mL解：由題有，等分子反向擴散時的傳質(zhì)通量為NAkNAkG pA,1PA,2DABpA,1 pA,2RTL單向擴散時的傳質(zhì)通量為NANAkG pA,1PA,2DABppA,1 pA,2RTpBmL所以有NaPa,1NaPa,1PPa,2一PB,m又有n pB,2 又有n pB,2 pB,1PB,m-ln Pb,2Pb,i_5-1.75105Pa即可得PpB,mPpB,m-5=x10mol/(m-s?Pa)Na%Pa,i Pa,2 0.44molm2s淺盤中裝有清水，具深度為5mm水的分子依靠分子擴散方式逐漸蒸發(fā)到大氣中，試求盤中水完全蒸干所需要的時間。假設(shè)擴散時水的分子通過一層厚4mm溫度為30c的靜止空氣層，空氣層以外的空氣中水蒸氣的分壓為零。分子擴散系數(shù)DAb=0.11m2/h.水溫可視為與空氣相同。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫閤105Pa。解：由題，水的蒸發(fā)可視為單向擴散DAbPPA,iPa,0

Na RTpB,mZ30c下的水飽和蒸氣壓為x103Pa,水的密度為995.7kg/m3故水的物質(zhì)的量濃度為x103/18=x105mol/m - -pA,i=x10Pa,pA,o=030c時的分子擴散系數(shù)為2DAb=0.11m/h

pB0-pB0-pB^-0.9886105PapB,mln pb,opB,i又有N=c水V/(A?t)(4mm的靜止空氣層厚度認(rèn)為不變)所以有c水V/(A?t)=CAB3(pA,i—pA,o)/(RTpB,mz)可得t=故需小時才可完全蒸發(fā)。內(nèi)徑為30mmi勺量筒中裝有水，水溫為298K,周圍空氣溫度為30C,壓力為X105P0空氣中水蒸氣含量很低，可忽略不計。量筒中水面到上沿的距離為10mm假設(shè)在此空間中空氣靜止，在量筒口上空氣流動，可以把蒸發(fā)出的水蒸氣很快帶走。試問經(jīng)過2d后，量筒中的水面降低多少？查表得298K時水在空氣中的分子擴散系數(shù)為x10-4m2/so解：由題有，25c下的水飽和蒸氣壓為x103Pa,水的密度為995.7kg/m3故水的物質(zhì)的量濃度c水為x103/18=x105mol/m330c時的分子擴散系數(shù)為DAb=D0(T/To)=X10-4m/sX(303/298)=乂10-5n2/spA,i=X103Pa,pa,o=0pB,m=(pB,0一pB,i)/ln(pB,o/pB,i)=X10Pa又有 c水dV/(A-dt)=c水dz/dt所以有c水dz/dt=D\Bp(pA,i—pA,o)/(RTpB,mz)分離變量，取邊界條件t1=0,z〔=zo=&t2=2d,z2=z,積分有0.01zdz22436000.01zdz2243600DABp(pa,i pa,o)0 RT—GKdt可得z=0.0177mAz=z—zo=0.0077m=7.7mm傳質(zhì)阻一填料塔在大氣壓和295K下，用清水吸收氨—空氣混合物中的氨

傳質(zhì)阻力可以認(rèn)為集中在Imnff的靜止氣膜中。在塔內(nèi)某一點上，氨的分壓為x103N/m水面上氨的平衡分壓可以忽略不計。已知氨在空氣中的擴散系數(shù)為x 10-4R2/S。試求該點上氨的傳質(zhì)速率。解：設(shè)PB,1，PB,2分別為氨在相界面和氣相主體的分壓，PB,m為相界面和氣相主體間的對數(shù)平均分壓由題意得：p Pb,2Pb,1 0.97963105PaB,mlnPb,2Pb,iDABPPA,1Pa,2 2 . 2Na 6.5710mol.msRTPB,mL一直徑為2m的貯槽中裝有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的氨水，因疏忽沒有加蓋，則氨以分子擴散形式揮發(fā)。假定擴散通過一層厚度為5mm勺靜止空氣層。在X105Pa293K下，氨的分子擴散系數(shù)為X10-5R2/S,計算12h中氨的揮發(fā)損失量。計算中不考慮氨水濃度的變化，氨在20c時的相平衡關(guān)系為P=x105x(Pa),x為摩爾分?jǐn)?shù)。解：由題，設(shè)溶液質(zhì)量為ag氨的物質(zhì)的量為0.1a/17moi總物質(zhì)的量為(0.9a/18+0.1a/17)mol所以有氨的摩爾分?jǐn)?shù)為x—a；丁071a170.1053故有氨的平衡分壓為P=xx10故有氨的平衡分壓為P=xx105Pa=義105Pa即有PA,i=x105Pa,FA°=0PB,mPPB,mPb,0PB,iln Pb,0 PB,i0.8608105Pa所以NaDabPPNaDabPPA,i Pa,0RTPB,mL4.91102mol.m2sn=Nad236.6610mol在溫度為25C、壓力為x105Pa下，一個原始直徑為0.1cm的氧氣泡浸沒于攪動著的純水中，7min后，氣泡直徑減小為0.054cm,試求系統(tǒng)的傳質(zhì)系數(shù)。水中氧氣的飽和濃度為x10-3mol/L。解：對氧氣進行質(zhì)量衡算，有一CA,GdV/dt=k(ca,s—ca)A即dr/dt=—k(ca,s—Ca)/ca,g由題有Ca,s=x10-3mol/LCa=0Ca,g=p/RT=x105/x298)mol/m3=m所以有dr=—xdt根據(jù)邊界條件11=0,ri=5X104mt2=420s,r2=X10-4m積分，解得k=x10-5m/s溴粒在攪拌下迅速溶解于水，3min后，測得溶液濃度為 50％飽和度， 試求系統(tǒng)的傳質(zhì)系數(shù)。假設(shè)液相主體濃度均勻，單位溶液體積的澳粒表面積為 a,初始水中溴含量為 0，溴粒表面處飽和濃度為 cA,S。解：設(shè)澳粒的表面積為A,溶液體積為V,對澳進行質(zhì)量衡算，有d(VcA)/dt=k(CA,S—Ca)A因為a=A/V,則有dcjdt=kacA,S－cA)對上式進行積分，由初始條件，t=0時，CA=0,得Ca/cAS=1—ekat

所以有i cA i 0.5 3ika=tIn1— 180sIn1一3.8510sCa,s 1在穩(wěn)態(tài)下氣體A和B混合物進行穩(wěn)態(tài)擴散，總壓力為X105Pa溫度為278K。氣相主體與擴散界面 S之間的垂直距離為 0.1m,兩平面上的分壓分別為P*x104Pa和Pa2=x104Pa?；旌衔锏臄U散系數(shù)為x10-5n2/s,試計算以下條件下組分A和B的傳質(zhì)通量，并對所得的結(jié)果加以分析。(1)組分B不能穿過平面S;(2)組分A和B都能穿過平面S。解：(1)由題，當(dāng)組分B不能穿過平面S時，可視為A的單向擴散。PB,1=p—PA,1=PB,2=P—PA,2=pB,mPpB,mPb,2Pb,1lnPB2Pb,10.9121105Padab=x10-5m/sDabDabPPa,1 Pa,2Na RTpB,mL5.96104mol/m2s(2)由題，當(dāng)組分A和B都能穿過平面S,可視為等分子反向擴散DABpA,1pA,2 4 / 2Na 5.3610molmsRTL可見在相同條件下，單向擴散的通量要大于等分子反向擴散。

第六章沉降直徑60pm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,黏度為第六章沉降直徑60pm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x10-3Pa?s；空氣的密度為1.205kg/m3,黏度為x10-5Pa?s）。解：（1）在水中假設(shè)顆粒的沉降處于層流區(qū)，由式（6.2.6）得:Ut9 62P gdp2 2600998.29.8160106318 181.0051033.1310m/sdPut601063.13103998.2恒3亞： ReP z 1.0051030.1862位于在層流區(qū)，與假設(shè)相符，計算正確。（2）在空氣中應(yīng)用K判據(jù)法，得dP3gPK―—2-P636010 9.811.205521.81105260020.336所以可判斷沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式，可得:2 62Ut0.28m/sgdP2 2600Ut0.28m/s518 181.8110密度為2650kg/m3的球形顆粒在20c的空氣中自由沉降，計算符合斯托克斯公式的最大顆粒直徑和服從牛頓公式的最小顆粒直徑（已知空氣的密度為1.205kg/m3,黏度為x10-5Pa?s）。解：如果顆粒沉降位于斯托克斯區(qū)，則顆粒直徑最大時， ReP去u=2所以U所以Ut2——，同時Ut

dPp gdP218所以dp312182 ,代入數(shù)值，解得dp7.22105m同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時,dpUt1000所以1000——，同理，如果顆粒沉降位于牛頓區(qū)，則顆粒直徑最小時,dpUt1000所以1000——，同時ut1.74dpgdp所以dp32.3,——2—,代入數(shù)值，解得dp1.51103m粒徑為76pm的油珠(不揮發(fā)，可視為剛性)在20c的常壓空氣中自由沉降，恒速階段測得20s內(nèi)沉降高度為2.7m。已知20c時，水的密度為998.2kg/m3,黏度為x10-3Pa?s；空氣的密度為1.205kg/m3,黏度為x10-5Pa?s。求：(1)油的密度；(2)相同的油珠注入20c水中，20s內(nèi)油珠運動的距離。解：(1)油珠在空氣中自由沉降的速度為 utL/s2.7/200.135m/s假設(shè)油珠在空氣中自由沉降位于層流區(qū)，由斯托克斯公式utp gdp21818ut

gdputp gdp21818ut

gdp2181.811050.135629.81761061.2053777.4kg/m3檢驗油珠的雷諾數(shù)為Reppdput761060.1351.205" "~51.81100.682屬于層流區(qū)，計算正確。(2)假設(shè)油珠在水中自由上浮位于層流區(qū)，由斯托克斯公式2pgdp998.2777.4 9.817610 4ut 3 6.9210m/s18 181.00510計算油珠的雷諾數(shù)Reppdput7610計算油珠的雷諾數(shù)Reppdput3 0.05221.005103屬于層流區(qū)，假設(shè)正確，所以油珠在水中運動的距離為Lutt6.92104200.0138m

容器中盛有密度為890kg/m3的油，黏度為?s,深度為80cm,如果將密度為2650kg/m3、直徑為5mm勺小球投入容器中，每隔3s投一個，則:(1)如果油是靜止的，則容器中最多有幾個小球同時下降?(2)如果油以0.05m/s的速度向上運動，則最多有幾個小球同時下降?解：(1)首先求小球在油中的沉降速度，假設(shè)沉降位于斯托克斯區(qū)，則TOC\o"1-5"\h\z9 32pUt 18檢驗Rep-

pgdp2 pUt 18檢驗Rep-

p180.32匕 7.49102180.323 2510 7.4910 890/?「 1.0420.32沉降速度計算正確小球在3s內(nèi)下降的距離為7.49102322.47102m_2 280102/22.47102 3.56所以最多有4個小球同時下降。(2)以上所求得的小球的沉降速度是小球與油的相對速度，當(dāng)油靜止時,也就是相對于容器的速度。當(dāng)油以0.05m/s的速度向上運動，小球與油的相對速度仍然是"7.49102m/s,但是小球與容器的相對速度為 u'2.49102m/s所以，小球在3s內(nèi)下降的距離為2.4910237.47102m2 280102/7.47102 10.7所以最多有11個小球同時下降。設(shè)顆粒的沉降符合斯托克斯定律，顆粒的初速度為零，試推導(dǎo)顆粒的沉降速度與降落時間的關(guān)系?，F(xiàn)有顆粒密度為 1600kg/m3,直徑為0.18mm的小球，在20C的水中自由沉降，試求小球加速到沉降速度的99慚需要的時間以及在這段時間內(nèi)下降的距離(已知水的密度為998.2kg/m3,黏度為x10-3Pa-s)。解：(1)對顆粒在水中的運動做受力分析FFgFbFd-dp3pg-dp3g3dpU6 6

所以，du(p)g18u對上式積分得,Lln18Ut18檢驗Repp6dp3dp2ptdt0Utgdp2Utdpdu(p)g18udp2p1600Ut1998.218彳'-tp,其中U為終端沉降速度,9.813所以，du(p)g18u對上式積分得,Lln18Ut18檢驗Repp6dp3dp2ptdt0Utgdp2Utdpdu(p)g18udp2p1600Ut1998.218彳'-tp,其中U為終端沉降速度,9.81320.18103181.0051032 31.0610 0.1810 998.231.00510所以小球加速到沉降速度99%勺時間為(2)1.06102m/s符合題意,Lln320LdtUt18Ut18181.005103ln10.9921.32102s-tp所以Lut。-tpdtUtdp2p18L1.061021.32102320.18103181.00510160032

0.18103 16003一1.32102181.0051031.1104m落球黏度計是由一個鋼球和一個玻璃筒組成，將被測液體裝入玻璃筒，然后記錄下鋼球落下一定距離所需要的時間， 即可以計算出液體黏度?，F(xiàn)在已知鋼球直徑為10mm密度為7900kg/m3,待測某液體的密度為1300kg/m3,鋼球在液體中下落200mm所用的時間為，試求該液體的黏度。解：鋼球在液體中的沉降速度為UtL/s200103/9.020.022m/s假設(shè)鋼球的沉降符合斯托克斯公式，則p18ut180.022檢驗：p18ut180.022檢驗：ReppUtdp 0.02210103130016.350.0172,假設(shè)正確。2 32gdp2 790013009.811010 16.35Pa.s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間，若在這個時間內(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6n3/s,密度為0.6kg/m3,黏度為x10-5Pa-s,降塵室高2m,寬2m，長5ml求能被完全去除的最小塵粒的直徑。降塵室凈化氣體降塵室凈化氣體圖6-1習(xí)題圖示解：設(shè)降塵室長為l,寬為b,高為h,則顆粒的停留時間為t停l/ui,沉降時間為t沉h/u一當(dāng)t停t沉?xí)r，顆?？梢詮臍怏w中完全去除,t停t沉對應(yīng)的是能夠去除的最小顆粒，即l/ui時間為t沉h/u一當(dāng)t停t沉?xí)r，顆?？梢詮臍怏w中完全去除,t停t沉對應(yīng)的是能夠去除的最小顆粒，即l/uih/ut因為ui%，所以

hbUthui hqV qV 6iV - 0.6m/slIhb lb 52假設(shè)沉降在層流區(qū)，應(yīng)用斯托克斯公式，得dpmin18ut一一一5一一18310 0.6 58.5710m85.7pm9.81 45000.6檢驗雷諾數(shù)dpsRep8.571050.60.6 c六口力立 5 1.032,在層流區(qū)。3105所以可以去除的最小顆粒直徑為pm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/m3,沉淀池有效水深為1.2m,水力停留時間為1min,求能夠去除的顆粒最小粒徑(假設(shè)顆粒在水中自由沉降，污水的物性參數(shù)為密度 1000kg/m3,黏度為xi0-3Pa?s)。解：能夠去除的顆粒的最小沉降速度為uth/t沉1.2/600.02m/s假設(shè)沉降符合斯克托斯公式，則ut」——江18TOC\o"1-5"\h\z_ 3 _所以dp18u所以dp18ut檢驗Rep型 1.8810m22401000 9.8141.8810 0.021000 /田、幾左±t'口 3 3.132,假設(shè)錯誤。1.210假設(shè)沉降符合艾倫公式，則ut0.270.6gdpRe假設(shè)沉降符合艾倫公式，則ut0.270.6gdpRep1.4 0.60.4ut1.4 30.6 0.40.02 1.2103 10001.60.272p1.6 0.272 224010009.81一一42.1210m4檢驗Rep馴

p2.1210 0.021000 -l檢驗Rep馴

p 3 3.5,在乂倫區(qū)，假設(shè)正確。1.2103所以能夠去除的顆粒最小粒徑為x 10-4R1質(zhì)量流量為1.1kg/s、溫度為20c的常壓含塵氣體，塵粒密度為1800kg/m3,需要除塵并預(yù)熱至400C,現(xiàn)在用底面積為65m的降塵室除塵，試問(1)先除塵后預(yù)熱，可以除去的最小顆粒直徑為多少？(2)先預(yù)熱后除塵，可以除去的最小顆粒直徑是多少？如果達到與( 1)相同的去除顆粒最小直徑，空氣的質(zhì)量流量為多少？(3)欲取得更好的除塵效果，應(yīng)如何對降塵室進行改造？(假設(shè)空氣壓力不變，20c空氣的密度為1.2kg/m3,黏度為x10-5Pa?s,400C

黏度為X10-5Pa-So)解：(1)預(yù)熱前空氣體積流量為qV—0.917m3/s,降塵室的底面積為65m1.2所以，可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為UtqV 0.917V 0.0141m/sA65假設(shè)顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑為dp,min黏度為X10-5Pa-So)解：(1)預(yù)熱前空氣體積流量為qV—0.917m3/s,降塵室的底面積為65m1.2所以，可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為UtqV 0.917V 0.0141m/sA65假設(shè)顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑為dp,min檢驗雷諾數(shù)18utpg5,181.811050.0141 ….八5 … 1.6110m16.1[im18001.29.81dpUtRepTW0.0152假設(shè)正確(2)預(yù)熱后空氣的密度和流量變化為2931.2 0.522kg/m3,體積流量為qV273400 V可以全部去除的最小顆粒的沉降速度為11 3 2.11m3/s0.5222.11— 0.0325m/s65同樣假設(shè)顆粒沉降屬于層流區(qū)，由斯托克斯公式，全部去除最小顆粒的直徑為dp,min18utpg_ __ _5 183.3110 0.0325 33118000.5229.81105m33.1檢驗雷諾數(shù)c dpUt 0.5223.3110 0.0325Rep 5 0.017p 3.311052假設(shè)正確dp16.1然m的顆粒在400c空氣中的沉降速度為pgdpUt 1818000.5229.811.611055183.311052一0.00768m/s要將顆粒全部除去，氣體流量為qVAut650.007680.5m3/s質(zhì)量流量為0.50.5220.261kg/s(3)參考答案：將降塵室分層，增加降塵室的底面積，可以取得更好的除塵效果。用多層降塵室除塵，已知降塵室總高4日每層高0.2m,長4m,寬2m，欲

處理的含塵氣體密度為1kg/m3,黏度為3X10-5Pa?s,塵粒密度為3000kg/m3要求完全去除的最小顆粒直徑為20仙m,求降塵室最大處理的氣體流量。解：假設(shè)顆粒沉降位于斯托克頓區(qū)，則顆粒的沉降速度為Utgdp18Utgdp186230001 9.81 20101831050.0218m/s檢驗Rep工12.0105J。2180.01452,假設(shè)正確p 3105降塵室總沉降面積為A2042160m2所以最大處理流量為qVAut1600.02183.488n3/s用與例題相同的標(biāo)準(zhǔn)型旋風(fēng)分離器收集煙氣粉塵，已知含粉塵空氣的溫度為200C,體積流量為3800m3/h,粉塵密度為2290kg/m3,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 650mm200c空氣的密度為0.746kg/m3,黏度為x10-5Pa?s）。解：標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器進口寬度BD/40.65/40.1625m,進口高度hiD/20.65/20.325nl進口氣速uiqV/Bh 3800/3600/0.16250.32519.99m/s所以分離粉塵的臨界直徑為7.27106m=7.27即d9B92.601050.1625c \u7.27106m=7.27即體積流量為1rVs的20c常壓含塵空氣，固體顆粒的密度為1800kg/m3（空氣的密度為1.205kg/m3,黏度為x10-5Pa?s）。貝U（1）用底面積為60m的降塵室除塵，能夠完全去除的最小顆粒直徑是多少？（2）用直徑為600mm勺標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器除塵，離心分離因數(shù)、臨界直徑和分割直徑是多少？解：（1）能完全去除的顆粒沉降速度為ut-V--0.0167m/sA60

5181.8110 0.01675181.8110 0.016718001.2059.81檢驗：ReppdpUt 1.2051.761050.01671.81105一—一一_5 一——1.7610m17.6師0.0642,假設(shè)正確。(2)標(biāo)準(zhǔn)旋風(fēng)分離器D/20.6/20.3m,進口進口寬度BD/40.6/40.15m,進口高度D/20.6/20.3m,進口氣速uiqV/Bhi1/0.150.3 22.22m/s分離因數(shù)Kcu2 ；2 ——22至——224grrDB9.810.60.375F臨界粒徑dc 匚9ZB二J91.81105 6.24 106m=6.24 即\uipN3.1422.22 1800 5分割直徑d500.27 j-D-0.27J1.8110 蠶 4.4510 6m=4.45以\pui .180022.22原來用一個旋風(fēng)分離器分離氣體粉塵，現(xiàn)在改用三個相同的、并聯(lián)的小旋風(fēng)分離器代替，分離器的形式和各部分的比例不變，并且氣體的進口速度也不變,求每個小旋風(fēng)分離器的直徑是原來的幾倍，分離的臨界直徑是原來的幾倍。解：(1)設(shè)原來的入口體積流量為q%現(xiàn)在每個旋風(fēng)分離器的入口流量為q，3,入口氣速不變，所以入口的面積為原來的1/3,又因為形式和尺寸比例不變，分離器入口面積與直徑的平方成比例，所以小旋風(fēng)分離器直彳的平方為原來的1/3,則直徑為原來的VV30.58所以小旋風(fēng)分離器直徑為原來的倍0(2)由式(6.3.9)由題意可知:dc9由題意可知:dc9BuipNui> p、N都保持不變，所以此時dc JB1818由前述可知，小旋風(fēng)分離器入口面積為原來的1/3,則B為原來的所以_dJ 衣80.76倍或原所以分離的臨界直徑為原來的倍用一個小型沉降式離心機分離20c水中直徑10pm以上的固體顆粒。已知顆粒的密度為1480kg/m3,懸浮液進料半徑位置為ri=0.05m,離心機轉(zhuǎn)鼓壁面半徑為r2=0.125m,求離心機轉(zhuǎn)速為1000r/min和3000r/min時的平均分離因數(shù)和固體顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓壁面位置所需要的時間（水的密度為 998.2kg/m3,黏度為xi0-3Pa?s）0解：先計算顆粒在離心機中的最大沉降速度2 2 5981.1 2981.1dpr2 1480998.2 1.010 0.1252 3000/60 3 0.0329m/s18 181.00510檢驗，雷諾數(shù)Rep-^u^p檢驗，雷諾數(shù)Rep-^u^p998.21.01051.005100.032930.3272,符合斯托克斯公式。所以，當(dāng)n1000r/min0.050.125Kc2rm21000/60r2「1pdr2r2dp所以，當(dāng)n1000r/min0.050.125Kc2rm21000/60r2「1pdr2r2dpr189.8118dp2,「22ln-「197.8_ _3181.00510521480998.2 1.01050.125 2In 31.3s2 1000/60 O.05同理，當(dāng)n3000r/min9.81r2t「1pdr2r2dpr18 9.81r2t「1pdr2r2dpr18 「2—TV^ln-dp「13181.005103521480998.2 1.0100.125 2ln 3.49s2 3000/60 0.05用離心沉降機去除懸濁液中的固體顆粒，已知顆粒直徑為 50仙由密度為1050kg/m3,懸濁液密度為 1000kg/m3,黏度為x10-3Pa-s,離心機轉(zhuǎn)速為3000r/min,轉(zhuǎn)筒尺寸為h=300mmri=50mmr2=80mm求離心機完全去除顆粒時的最大懸濁液處理量。解：計算顆粒在離心機中的最大沉降速度2 2 52 2d dD2r22 10501000 5.0105 0.082 3000/60ut —p p 3 0.0456m/s18 181.21035檢驗，雷諾數(shù)Repdput10005.010 0.0456檢驗，雷諾數(shù)RepTOC\o"1-5"\h\z 3 1.921.210顆粒在沉降機中的沉降時間31.76s2dr 18 r2 181.2103 0.081.76st 2——T 2~^ln- 2 2ln r1 pdpr pdp r1 10501000 5.0105 2 3000/60 0.0518沉降機的容積為V r22r12h3.140.0820.052 0.30.00367n3所以最大料液處理量為qV0.003671.76所以最大料液處理量為qV0.003671.763.0.00209m/s7.5m/h.水力旋流器的直徑對離心力的影響和離心機轉(zhuǎn)鼓的直徑對離心力的影響是否相同？2解：參考答案：對旋流分離器，離心力FcmuL,進口流速不變，離心力rm與直徑成反比，所以增大直徑，離心力減小。對離心機，離心力 Fcmr2,轉(zhuǎn)速不變，離心力與直徑成正比，所以增大直徑，離心力增加。第七章過濾用板框壓濾機包壓過濾某種懸浮液，過濾方程為V2V6105A2t式中：t的單位為s(1)如果30min內(nèi)獲得5m濾液，需要面積為0.4m2的濾框多少個?(2)求過濾常數(shù)K,qe,te。一一 一一2一一一__5_2解：(1)板框壓濾機總的過濾方程為VV610At在t30601800s內(nèi)，V5m3,則根據(jù)過濾方程52 56105A21800求得，需要的過濾總面積為A16.67m2所以需要白板框數(shù)n里741.675420.4(2)恒壓過濾的基本方程為V22VVeKA2t與板框壓濾機的過濾方程比較，可得 K6105m2/sVe0.5m3,qe — 0.5 0.03m3/m2A16.67te2qeK0.032te2qeK0.03261015ste為過濾常數(shù)，與qe相對應(yīng)，可以稱為過濾介質(zhì)的比當(dāng)量過濾時間,te2qeK如例7.3.3中的懸浮液，顆粒直徑為0.1mm，顆粒的體積分?jǐn)?shù)為，在X103Pa的恒定壓差下過濾，過濾時形成不可壓縮的濾餅，空隙率為，過濾介質(zhì)的阻力可以忽略，濾液黏度為1X10-3Pa?so試求：(1)每平方米過濾面積上獲得1.5m3濾液所需的過濾時間；(2)若將此過濾時間延長一倍，可再得多少濾液？4解：(1)顆粒的比表面積為a610m2/m3

一，， 5a2一，， 5a21 2濾餅層比阻為r5a」一56104 10.610-21.3310m過濾得到1m3濾液產(chǎn)生的濾餅體積f4/

10.60.6 1/310-21.3310m過濾得到1m3濾液產(chǎn)生的濾餅體積f4/

10.60.6 1/3過濾常數(shù)K 2-prf 2981011031.3310101/32 2.4.43103m/s所以過濾方程為q2Ktti 152當(dāng)q=B^,t 3508s4.43103（2）時間延長一倍，獲得濾液量為4.431032508-32.1m所以可再得0.6m3的濾液。用過濾機處理某懸浮液，先等速過濾20min,得到濾液2n3,隨即保持當(dāng)時的壓差等壓過濾40min,則共得到多少濾液（忽略介質(zhì)阻力）？2X解：恒速過濾的方程式為式（7.2.18a）V12叢32,t,,, 2V2所以過濾常數(shù)為K等A2tl此過濾常數(shù)為恒速過濾結(jié)束時的過濾常數(shù)，也是恒壓過濾開始時的過濾常數(shù)，在恒壓過濾過程中保持不變，所以由恒壓過濾方程式（ 7.2.15）,TOC\o"1-5"\h\z2 2V2V12KA2tV2V與A2t2 V2V123t2At1 t122Vl2 2222 2所以V —12Vi 40220t1 20所以總的濾液量為V4.47m3有兩種懸浮液，過濾形成的濾餅比阻都是r0=x1013m2Pa1,其中一種濾餅不可壓縮，另一種濾餅的壓縮系數(shù)為，假設(shè)相對于濾液量濾餅層的體積分?jǐn)?shù)都是,

濾液的黏度都是1X10-3Pa?s,過濾介質(zhì)的比當(dāng)量濾液量為qe為0.005m3/m2如果懸浮液都以1X10-4m3/(nbs)的速率等速過濾，求過濾壓差隨時間的變化規(guī)律。解：由題意可知，兩種濾餅f0.07由過濾方程dq——之一，得p1sr。fqqe四dt r° fq qe dt恒速過濾p1s r0 fut qe ur0 fu2t r0 fuqe對不可壓縮濾餅，由s=0,r0=x1013m2Pa,n=1X10-3Pa?s,f=,qe=0.005m3/m2,u=1X10-4m3/m2-s2p6.75101311030.071104t6.75101311030.0711040.005p47.25t2.36103對可壓縮濾餅，由s=,「0=x1013n-2Pa1,p=1X10-3Pa?s,f=,qe=0.005m3/m2,u=1x10-4m3/m2-s2

105 _ _13 _3__ _4 13 _3__ _4___p1 6.75101311030.07 1104t6.75101311030.0711040.00532p47.25t2.3610用壓濾機過濾某種懸浮液，以壓差150kPa恒壓過濾之后得到濾液25m3,忽略介質(zhì)壓力，則：(1)如果過濾壓差提高一倍，濾餅壓縮系數(shù)為，則過濾后可以得到多少濾液；(2)如果將操作時間縮短一半，其他條件不變，可以得到多少濾液？八1sA2.解：(1)由恒壓過濾方程V2KA2t2pAtr°c當(dāng)過濾壓差提高一倍時，過濾時間不變時V1當(dāng)過濾壓差提高一倍時，過濾時間不變時V12V221s普p2所以V221sp 所以V221sp 2 10.3 2p2 V12 2 2521012.5piV231.8m(2)當(dāng)其他條件不變時,(2)當(dāng)其他條件不變時,過濾常數(shù)不變，所以由恒壓過濾方程，可以推得2VA所以V22 ”22252312.5所以V2 17.7m3用過濾機過濾某懸浮液，固體顆粒的體積分?jǐn)?shù)為，液體粘度為1x10-3Pa?so當(dāng)以的壓差恒壓過濾時，過濾20min得到的濾液為0.197m3/mZ繼續(xù)過濾20min,共得到濾液0.287m3/m2,過濾壓差提高到時，過濾20min得到濾液0.256m3/m2,試計算qe,r0,s以及兩壓差下的過濾常數(shù)K(濾液黏度為1X10—3Pa?s)0解：依題意，可得一2一一0.197 2 0.197qe 2 _ 0.287 2 0.287qe試計算qe,r0,s以及兩壓差下的過濾常數(shù)K(濾液黏度為1X10—3Pa?s)0解：依題意，可得一2一一0.197 2 0.197qe 2 _ 0.287 2 0.287qe0.256220.256qe1s2981003r0110 0.0151s2981003r0110 0.0151s2 196200r011030.015由(1)、(2)得0.197220.197qe0.287220.287qe由(1)、(3)得1200(1)2400(2)1200(3)1200,所以qe0.022m3/m22400019722。1970.0220.256220.2560.0221s98100小 ,彳寸s1962000.306將qe和s代入(1)得r09.8141012m2所以，當(dāng)壓差為時10.306298100 9.814101211030.0153.96105m/s當(dāng)壓差為時10.306219620012 39.814101211030.0156.4105m2/s恒壓操作下過濾試驗測得的數(shù)據(jù)如下，求過濾常數(shù) K、qe。228解:t/q/m-1-s382t/q/m-1-s382572760949由以上數(shù)據(jù)，作t/q和q的直線圖7-1習(xí)題中t/q和q直線圖由圖可知直線的斜率為1889,截距為所以過濾常數(shù)由圖可知直線的斜率為1889,截距為所以過濾常數(shù)K—18895.29104m2/s _ 4193.5K 193.55,2910 23Z2qe2 5.12qe2板框壓濾機有20個板框，框的尺寸為450mrK450mri^20mlmi過濾過程中,濾餅體積與濾液體積之比為0.043m3/m3,濾餅不可壓縮。實驗測得，在的恒壓下,2 5,過濾方程為q0.04q5.1610t(q,t的單位分別是m3/m2和s)。求:(1)在恒壓過濾時，框全充滿所需要的時間;(2)初始壓差為恒速過濾，框全充滿的時間和過濾結(jié)束時的壓差;(3)操作從開始，先恒速過濾至壓差為，然后恒壓操作，框全充滿所需要

的時間。解：(1)濾框全充滿時，濾餅體積為0.450.450.020.00405吊濾液體積為V0.004050.094/0.0430.09420.09420.450.450.232m3/m20.23220.040.2320.23220.040.232Z ~55.16101223s0.34h(2)恒速過濾的條件下，dq/dt常數(shù)由(7.2.12),dq/dtK2qqe由(7.2.12),dq/dtK2qqe當(dāng)q0時，dq/dt——K一2qqe5K5.161052qe 20.023 20.00129m/ms框全充滿的時間為t—q—dq/dt0.232 180s0.00129過濾結(jié)束時的過濾常數(shù)為0.23220.2320.02K/2180,K6.50104n2/s過濾結(jié)束時壓差為 p6.5010550.5636kPa5.1610