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1、精品资料推荐环境工程原理修订材料（2007年）1目 录总结2第二章 质量衡算与能量衡算2第三章 流体流动3第四章 热量传递6第五章 质量传递9思考题补充11第二章 质量衡算与能量衡算11第三章 流体流动11第四章 热量传递12第五章 质量传递12习题补充14第二章 质量衡算与能量衡算14第三章 流体流动16第四章 热量传递21第五章 质量传递28中英文术语33第二章 质量衡算与能量衡算33第三章 流体流动33第四章 热量传递34第五章 质量传递35总结第二章 质量衡算与能量衡算一、单位换算二、常用物理量及其表示方法定义相关内容浓度质量浓度：混合物总质量浓度：质量分数*：；气液两相体系：液相中某
2、组分的质量分数； 气相中某组分的质量分数；质量比：与换算：物质的量浓度：与换算：摩尔分数：摩尔比：与换算：；气态：流量体积流量：与换算：质量流量：流速平均流速：通量单位时间、单位面积上通过的物理量；表示传递速率水处理：一般1L污水可近似认为等于1000g。1mgL 的质量分数为1mg1000g110-61ppm污水浓度过高时，1mgL的质量分数为110-3混合物密度值大气污染控制工程：* 环境工程中常用体积分数；若视为理想气体三、质量与能量衡算1质量衡算以物料全部组分为对象：（质量守恒）以某种元素或物质为对象1）稳态非反应系统： 2）稳态反应系统：（一级反应）3）非稳态系统： 2能量衡算（不考
3、虑做功，仅考虑热量交换）封闭系统开放系统（稳态）有相变：相变时吸收或放出热量，但温度不变无相变：第三章 流体流动一、衡算方程质量衡算，对于不可压缩流体管内流动能量衡算总能量方程：机械能方程：对于不可压缩流体二、流体流动内摩擦力1流态雷诺数判定2内摩擦力（1）牛顿黏性定律，适用于层流（2）为动力黏性系数，表示单位法向速度梯度下，由于流体黏性引起的内摩擦力或剪切应力的大小。温度液体；气体（3）流体类别见表3.2.2（4）流动状态与剪切应力层流：剪切应力由分子运动引起，服从牛顿黏性定律湍流：剪切应力由分子运动和质点脉动引起，三、边界层1边界层理论要点（1）当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非
4、常薄的一层区域边界层（2）在边界层内，流体流速很小，但速度梯度很大（3）在边界层内，黏性力可以达到很高的数值，它所起的作用与惯性力同等重要，在边界层内不能全部忽略粘性（4）流动分两个区域，在边界层外的整个流动区域，可将粘性力全部忽略，近似看成是理想流体的流动2边界层形成过程（1）绕平板流动（图） 边界层厚度：层流；湍流 减小边界层厚度可以减小传递过程阻力：增大流速使湍流化，矩形槽或放置金属丝破坏边界层形成（2）圆直管内流动（图：层、湍流） 层流速度抛物线型分布；湍流充分发展段速度分布曲线较平坦，层流底层厚度 进口段长度：层流；湍流约50倍管径3边界层分离能量损失（图） 产生条件：存在黏性作用和
5、逆压梯度 层流较湍流易发生；湍流的分离点靠后，尾流区小四、阻力损失成因影响因素雷诺数物体形状表面粗糙度摩擦阻力湍流-大；层流-小粗糙表面-大形体阻力湍流-小；层流-大良绕体-小；非良绕体-大粗糙表面促进湍流化-小五、圆直管内流动的阻力损失1沿程损失（1）（2）速度分布及阻力损失流动形态速度分布阻力损失系数层流湍流一般流体输送的Re范围内，n=1/71.过渡区按湍流处理偏安全2.湍流区Re4000：柏拉休斯：卡门：3.完全湍流区2局部损失或六、管路计算（不可压缩流体）简单管路：常数；复杂管路（图）分支管路：总管流量等于各支管流之和；总机械能守恒并联管路：；七、流体测量测量仪表流速（流量）表达式特
6、点测速管（毕托管）测得的是点流速孔板流量计固定安装；阻力损失较大文丘里流量计比孔板流量计减少了机械能损失转子流量计使用条件与标定条件不符时必须垂直安装，流体自下而上流动第四章 热量传递一、概述热量传递热传导对流传热流体中质点发生相对位移引起，通常也指流体与固体壁面之间的热传递；仅发生在液体和气体中辐射传热通过电磁波传递能量；不需要任何介质，可在真空中传播气体分子不规则运动固体晶格振动和自由电子的迁移液体分子振动分子间相互碰撞二、热传导1基本公式：傅立叶定律：，热量通量温度梯度；热量沿温度降低的方向传递。液体：水的最大，常用作导热介质（多孔隔热材料受潮隔热性）；除水和甘油外，T，压力影响不大2导
7、热系数固体：金属非金属；金属有杂质；纯金属T；合金T；晶体T；非晶体T气体：，利于绝热保温（工业上多孔保温材料）；T, p (高压时)单层平壁：不随温度变时，热阻，即传导距离&壁面面积&导热热阻&热传导速率Q多层平壁：稳态时各层热量流量相等，R0为污垢热阻圆管壁： 多层圆管壁：3应用模型三、对流传热1基本公式：牛顿冷却定律：物性特征（流体本身）：，cp，传热速率；黏度传热速率2传热速率影响因素几何特征（边界条件）：固体壁面形状、尺寸、粗糙度等流动特征：流动起因（强制对流Q自然对流Q）、状态（湍流Q 层流Q）、相变（有相变Q无相变Q）3对流传热系数（经验式）圆管：；蒸汽冷凝：传热类型经验式应用条
8、件管内强制对流圆形直管内强烈湍流（1）提高流速及减小管径可强化传热，前者更有效加热f=0.4，冷却f=0.3;Re104, 0.7Pr120,L/di50圆形直管内强烈湍流（2）（定性温度），w（壁温）高黏度0.7Pr16700圆形直管内强烈湍流（3）在（1）、（2）基础上乘以修正系数短管L/di50圆形直管内层流（4）Re23006Pr25000圆形直管内过渡流态（5）在湍流对应经验式基础上乘以修正系数2300Re104圆形弯管（6）按直管对应经验式基础上乘以修正系数大自然空间对流，C为常数（查表）蒸汽冷凝传热竖壁或竖管上的膜状冷凝，层流， 为竖壁面温度（TW）与蒸汽在操作压力下饱和温度（T
9、S）之差，r为冷凝潜热（由TS确定）Re2000水平管外冷凝，d0为管外径4热损失最大时的保温层直径，为使加保温层后热损失小于裸管时的热损失，应使保温层厚度5总传热系数（热侧为外侧）在间壁热阻和污垢热阻可忽略时：若，为间壁外侧对流传热控制，提高间壁外侧对流传热系数是提高K值的关键；若，为间壁内侧对流传热控制6传热推动力与平均温差、传热单元数法四、辐射传热1辐射传热=发出辐射能的过程+吸收辐射能的过程当两个温度不等的物体辐射传热时，热量从高温物体向低温物体传递2物体辐射能力灰体，灰体黑度克希霍夫定律：，A为灰体吸收率黑体单色辐射能力；最大单色辐射能力的波长与温度关系3物体间的辐射传热，典型情况下
10、的面积A和物体1对物体2的辐射角系数查表4.4.1第五章 质量传递环境工程中常见的传质过程有：吸收、萃取、吸附、离子交换、膜分离。传质过程可分为分子传质与对流传质：分子传质对流传质机理：分子扩散 扩散通量：浓度分布 机理：涡流扩散、分子扩散单向扩散：等分子反向扩散：有化学反应的扩散：、等分子双向扩散： 单向扩散：扩散通量：单向扩散传质系数等分子双向扩散传质系数思考题补充第二章 质量衡算与能量衡算1一罐挥发性化学物质（苯）被倒在一个小池塘里，现要求计算出流出池塘的小溪水中苯的浓度，列出所需要的数据。（来源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principl
11、es of Environmental Engineering and Science影印本，清华大学出版社，2004.11，p127 Discussion Question 3-2，无改动）2一片在湖底的石灰石（碳酸钙）缓慢溶解，为了计算物料平衡，你可以假设：A）系统处于平衡状态B）系统处于稳态C）上述两种都可以D）上述两者都不行（来源：Mackenzie L. Davis, Susan J. Masten, Principles of Environmental Engineering and Science影印本，清华大学出版社，2004.11，p127 Discussion Quest
12、ion 3-1，无改动）3 写出一个污水处理厂污水处理过程的质量衡算关系（包括污水和污泥系统）。4描述自来水在壶中被烧开过程中与外界的能量交换。第三章 流体流动第一节1 管流系统的质量衡算方程如何表示？对不可压缩流体的稳态过程可如何简化？有何物理意义?2 流体携带哪些能量？3 能否用平均流速表示平均动能？4 什么是流体的流动功？第二节1 什么是雷诺数？不同流场，其特征速度及特征尺寸是否相同？其临界值是否相同？2 什么是黏度？动力黏度与运动黏度有何不同？3 泥浆、中等含固量的悬浮液属于什么流体？其流动规律如何描述？怎样改善其流动性？4、粘性流体在静止时有没有剪应力？理想流体在运动时有没有剪应力？
13、若流体静止时没有剪应力，那么它们是不是都没有粘性？第三节1 实际流体的流动有什么特征？2 边界层厚度对传递过程有何影响？可采取哪些措施强化传递过程？3 圆直管内边界层的形成和发展有哪几种情形？4 什么是进口段长度？层流、湍流进口段长度哪个长？5 为什么网球表面粗糙？从运动阻力方面分析。第四节1 阻力损失可分为几种？有哪些影响因素？2 流体湍流流动时，磨擦系数与什么有关？若其完全湍流，则又与什么有关？3 什么是局部阻力？它对流体流动有什么影响？其计算方法有哪两种？4 将一管路上的闸门关小，则管内流量、局部阻力、沿程阻力及总阻力将如何变化？第五节1 环境工程中的管路计算问题可分为哪几类？2 简单管路、复杂管路如何区分？3 流体以层流状态流过两并联管段，两管管长、内径比均为1：2，则其体
