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1、*【例题2.2.2】污水处理工艺的沉淀池用于去除水中悬浮物，浓缩池用于进一步浓缩沉淀的污泥，将上清液返回到沉淀池。污水流量5000m3/d，悬浮物含量200mg/L，沉淀池出水中悬浮物浓度20mg/L，沉淀污泥含水率99.8%，进入浓缩池停留一定时间后，排出污泥含水率为96%，上清液悬浮物含量100mg/L。设系统处于稳态，过程中无生物作用，求整个系统污泥产量和排水量以及浓缩池上清液回流量。污水密度103kg/m3。(p31，看书1分钟）,= (10096)/(100/1000) = 40 g/L = 40000 mg/L,= (100 99.8)/(100/1000) = 2 g/L = 2
2、000 mg/L,污泥含水率为污泥中水和污泥总量的质量比，因此污泥中悬浮物含量为,求： qv1，qv2，qv3,(2) 浓缩池上清液量：浓缩池为衡算系统，悬浮物为衡算对象,污泥含水率从99.8降至96,污泥体积由472.5 m3/d减少为22.5m3/d，相差20倍。,输入,输出,qv3 = 450 m3/d， qv4 = 472.5 m3/d,【例题2.2.3】一湖泊容积为10106m3。有一流量为5.0m3/s、污染物浓度为10.0mg/L的支流流入。同时，有一排放口将流量为0.5m3/s，质量浓度为100mg/L的污水排入，污染物降解速率常数为0.20d-1。假设污染物质在湖泊中完全混合
3、，且湖水不因蒸发等原因增加或者减少，求稳态情况下流出水中污染物的质量浓度。,解：假设完全混合，即湖中污染物的质量浓度等于流出水中污染物的质量浓度。,输入速率,输出速率,降解速率,质量衡算方程为：,以湖为衡算系统，污染物为衡算对象，取1s为衡算基准,注意: 对0.2 d-1进行单位换算,根据质量衡算方程,0,(三) 非稳态系统,采用微分衡算方程，通过对初始状态和最终状态进行积分，求得未知量。,解：以储罐为衡算系统，罐内水为衡算对象，取1s为衡算基准,t = 1518 s,故：,将已知数据代入衡算式：,分离变量，在 t1= 0、 t2 =t和z1 = 2 m、z2 = 1 m间积分：,解得：,灌中
4、水的瞬时质量为：,*【例2.3.5】 燃煤发电厂将煤化学能的三分之一转化为电能，输出电能1000MW。其余三分之二的化学能以废热形式释放到环境中，其中15%的废热从烟囱排出，其余85%的余热随冷却水进入附近河流中。河流上游流速为100m3/s，水温为20。试计算： （1）若冷却水温度只升高10，冷却水的流量为多少？ （2）这些冷却水进入河流后，河水温度将变化多少？,？,？,1700MW,解：（1）以冷却水为衡算对象,则冷却水热量的变化率为,水的密度为1000kg/m3，故水的体积流量为40.6 m3/s。,设冷却水的质量流量为,冷却水吸收热量速率为,（2）以河流水为衡算对象。,河水温度升高了4
5、.1，变为24.1。,在100m3/s的流量下，吸收1700MW能量后河水温度的变化为,Q,【例题2.3.4】一污水池内有50m3污水，温度为15，为加速消化过程，需将其加热到35。采用外循环法加热，使污水以5 m3/h流量通过换热器，换热器用水蒸气加热，其出口温度恒定为100。假设罐内污水混合均匀，污水密度为1000kg/ m3，不考虑池散热，问污水加热到所需温度需要多少时间？,非稳态过程,解：池中污水温度随时间变化，为非稳态过程，以污水池为衡 算系统，以0的污水为温度物态基准。,输出系统的焓,系统内积累的焓,输入系统的焓,T,不考虑池散热,q = 0,池中污水混合均匀，任意时刻从池中排出污
6、水温度与池中相同，设其为T。,边界条件：,h,例：某水泵进口管处真空表读数为650mmHg柱，出 口管处压力表读数为250Kpa，当地大气压为 1atm，试求水泵进出口处的绝对压力各为多少？ 解：,例1：化工厂用泵将敞口碱液池中的碱液(密度为1100kg/m3)送至吸收塔顶，经喷嘴喷出。泵入口管为1084mm、出口管为763mm的钢管，管中流速1.2m/s。贮液池中碱液深1.5m，池底至塔顶喷嘴入口处距离为20m。碱液流经所有管路的能量损失为30.8J/kg (不包括喷嘴)，喷嘴入口处压力29.4kPa (表压)。设泵的效率为60%，试求泵所需的功率。,分析：,米制管径： 763 mm，d内=
7、76 32 = 70 mm,解：取碱液池中液面为1-1、塔顶喷嘴入口处2-2为截面，以1-1为基准水平面。在1-1和2-2截面间列柏努利方程,其中：z1=0；p1=0（表压）；u10 z2=20-1.5=18.5m；p2=29.4103 Pa（表压）,20m,1.5m,已知泵入口管尺寸及碱液流速，根据连续性方程计算泵出口管碱液流速：,m/s,=1100 kg/m3，Wf=30.8 J/kg，将以上各值代入方程，求输送碱液所需的外加能量,J/kg,碱液的质量流量,kg/s,泵的有效功率,则泵的轴功率,kW,例2：在453mm的管路上装一文丘里管，文丘里管上游接一压强表，其读数为137.5kPa，
8、管内水流速u1=1.3m/s，文丘里管喉径10mm，文丘里管喉部一内径15mm的玻璃管，下端插入水池中，池内水面到管中心线的距离为3m，若将水视为理想流体，试判断池中水能否被吸入管中？若能吸入，求每小时吸入的水量为多少m3/h？,分析：,解：在管路上选1-1和2-2截面，取3-3截面为基准水平面。设支管中水为静止状态。在1-1截面和2-2截面间列柏努利方程：,式中：, 2-2截面的总势能为,3- 3截面的总势能为,3-3截面总势能大于2-2截面总势能，水能被吸入管路中。,在池面与玻璃管出口内侧间列柏努利方程：,式中：,代入柏努利方程 ：,*例：20C的水在内径为50 mm的管内流动，流速为2m
9、/s， 用SI制 计算Re的数值。,解：20C时，=998.2 kg/m3，=1.005 cPa，管径 d=0.05 m，流 速u=2 m/s，,故水在管道中是湍流状态。, 4000,国际单位制中粘度单位是Pas（帕秒）。在【厘米克秒】单位制，其单位是P（泊）或cP（厘泊）。 换算关系为1 Pas = 10P =1000cP,【例】圆管直径d =200mm，管长l =1000m，输送运动黏度v = 1.6cm2/s的石油，流量qv=144m3/h，求沿程阻力损失。,【解】判别流动状态,层流,（m 油柱）,【例】计算密度为910kg/、粘度为7210-3 Pas、流速为1.1m/s的油品，流体流
10、过763mm、长10m的水平钢管的能量损失、压头损失及压力损失。,层流,能量损失,压头损失,压力损失,解：,【例】把20的苯从地下储罐送到高位槽，流量300L/min。高位槽液面比储罐液面高10m。泵吸入管路用894mm无缝钢管，直管长为15m，管路上装有一个底阀（按旋启式止回阀全开时计）、一个标准弯头；泵排出管用573.5mm无缝钢管，直管长为50m，管路上装有一个全开的闸阀、一个全开的截止阀和三个标准弯头。储罐及高位槽液面上方均为大气压。设储罐液面维持恒定, 求泵的轴功率。设泵的效率为70%。,求Re、/d,查图,分析：,解：取储罐液面为上游截面1-1，高位槽液面为下游截面2-2， 并以1
11、-1为基准水平面。在两截面间列柏努利方程式。,式中：,（1）吸入管路上的能量损失,式中,管件、阀门的当量长度为： 底阀(按旋转式止回阀全开时计） 6.3m 标准弯头 2.7m,进口阻力系数 c= 0.5,苯的密度为880kg/m3，粘度为6.510-4Pas,取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/81=0.0037， 查得=0.029,（2）排出管路上的能量损失 hf,b,式中:,管件、阀门的当量长度分别为： 全开的闸阀 0.33m 全开的截止阀 17m 三个标准弯头 1.63=4.8 m,出口阻力系数 e=1,仍取管壁的绝对粗糙度=0.3mm，/d=0.3/50=0.006， 查得=
12、0.0313,（3）管路系统的总能量损失:,苯的质量流量为：,泵的有效功率为：,泵的轴功率为：,*【例题】一管路总长70m，输水量30m3/h，输送过程中允许压头损失为4.5m水柱，求管径。水密度1000kg/m3粘度1.010-3 Pas，钢管的绝对粗糙度0.2mm。,分析：,求d,求u,试差法,u、d、未知,解：,u、d、均未知，用试差法，值变化范围较小， 以为试差变量。,假设= 0.025,解得：d = 0.074m，u = 1.933m/s,查图得：,与初设值不同，用此值重新计算,解得：,查图得：,与初设值相同。计算结果为：,按管道产品规格，可选用88.54mm低压流体输送用焊接钢管，
13、其内径为80.5mm，比所需略大，则实际流速会更小，且压头损失不会超过4.5mH2O，可满足要求 。,【例3.5.1】水从水箱经弯管流出，管径d15cm，l130m，l260m，H215m。管道中沿程摩擦系数0.023，弯头0.9，40开度蝶阀的10.8。（1）当H110m，通过弯管的流量为多少？（2）如流量为60L/s，箱中水头H1应为多少？,解：（1）取水箱水面为1-1截面，弯管出口内侧断面为2-2截面，基准面0-0 。在1-1和2-2截面之间列机械能衡算方程，有,p1p20,水箱流速 u10；z1=H1，z2=0,m,*【例题】一高位水箱下接33.5 mm3.25 mm水管，将水引向一楼
14、和高于一楼6m的三楼，从水槽到一楼和三楼管出口处的总长度分别为20 m和28 m，以上长度中包括除球心阀和管出口损失以外的所有局部阻力损失的当量长度在内。水槽水面距一楼垂直高度为17 m，摩擦系数为 0.027，球心阀半开和全开时阻力系数分别为 9.5和 6.4。求：(1) 当一楼阀半开、三楼阀全开时，三楼的水流速度为多少(m/s)？(2) 当一楼阀全开，三楼是否有水流出？,0,以1-1为截面：u10; p10,截面2-2/3-3选在管口外侧， p2p30,0,以0-0为基准面 z20,在1-1和3-3间列方程,0,解：(1) 一楼阀半开时，在截面1-1和2-2之间列伯努利方程,在截面1-1和
15、3-3之间列伯努利方程，得,（1）,（2）,对分支点A作质量衡算，总管和支管管径相等，所以 uu2u3 （3） 联立 (1)、(2)、(3)式，解得 u3.45m/s u23.10m/s u30.35m/s,（2）u3很小，因此先假设当一楼阀全开时三楼没水， 此时输水系统为简单管路。 在截面1-1和2-2之间列伯努利方程,解得：u3.49m/s,校核假设是否正确。 若压力以表压表示，则分支点A所在截面总机械能为,而3-3截面的总机械能为,可见，Et3EtA，因此三楼没水流出的假设成立。,【例题】p107-3.11,某厂建一水塔，将20水分别送至第一、第二车间吸收塔中。第一车间吸收塔为常压，第二车间吸收塔内压力为20kPa (表压)。总管为573.5mm钢管，管长为 (30+z0) m，通向两吸收塔支管均为252.5mm的钢管，管长分别为28m和15m (以上各管长均已包括所有局部阻力的当量长度在内)。喷嘴阻力损失可忽略。钢管的绝对粗糙度=0.2mm。现要求向第一车间吸收塔供应1800kg/h的水，向第二车间吸收塔供应2400kg/h的水，确定水塔离地面至少多高才行？已知20C水黏度=110-3Pas，可用下式计算：,573.5mm,（30+z0）,252.5mm,28m,
