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1、环境工程原理重点第一部分一、量纲与无量纲1. 量纲：用来描述物体或系统物理状态的可测量性质。量纲与单位不同，其区别在于，量纲是可测量的性质，而单位是测量 的标准，用这些标准和确定的数值可以定量的描述量纲。表示：如【长度】或【L】表示长度的量纲，不是具体确定数值的某一长度。 分类：基本量（质量M、长度L、时间t、温度T）和导出量。导出量量纲可 用基本量量纲组合形式表示。2. 无量纲准数：由各种变量和参数组合而成的没有单位的群数。无量纲准数实际上量纲为1，其数值与所选单位制无关，但组合群数单位统一。雷诺数Re：惯性力与黏性力之比，用于判断流体的流动状态。定义式：Re=p u L/p （p :密度，
2、kg/m3； u :流速，m/s；|J :黏度，kg/（m s）二、常用物理量及其表示方法（一）浓度1. 质量浓度：p A=mA/V （p A:组分A的质量浓度，kg/m3； mA:混合物中组分A的质量，kg； V：混合物的体积，m3）2. 物质的量浓度：cA=nA/V （cA:组分A的物质的量浓度，kmol/m3； nA:混合物中组分A的物质的量，kmol）3. 两者关系：cA=p A/MA （Ma：组分A的摩尔质量，kg/kmol）4. 质量分数：xmA=mA/m（xmA：组分A的质量分数；m：混合物的总质量，kg）5. 理想气体状态方程：pVA=nART （p：混合气体的绝对压力，Pa；
3、 VA：组分A的体积，m3； nA :组分A的物质的量，mol； R：理想气体常数，8.314 J/ （mol K）； T： 混合气体的绝对温度，K）6. 摩尔分数：xA=nA/n （xA:组分A的摩尔分数；n：混合物总物质的量，mol）7. 质量比：混合物中某组分的质量与惰性组分质量的比值。以XmA表示。XmA=mA/（m-mA）（XmA:组分A的质量比，量纲为1； m-mA：混合物中惰性物质的质量，kg）摩尔比：混合物中某组分的物质的量与惰性组分物质的量的比值。以X表示。XA=nA/ （n-nA）（XA:组分A的摩尔比，量纲为1； n-nA：混合物中惰性组分的物质的量，mol）（二）流量：
4、qV=V/t （m3/s）体积流量 qm=Vp /t （kg/s）质量流量Am=vP（三）流速：um=qv/（nd2/4） （m/s）（经常使用圆形管，d为内径）（四）通量：单位时间内通过单位面积的物理量。表示传递速率的重要物理量。三、热量衡算方程：E=HP-HF+Eq （EHF：单位时间输入系统的物料的焓值总和，即物料带入的能量总和，kJ/s；EHp:单位时间输出系统的 物料的焓值总和，及物料带出的能量总和，kJ/s； Eq:单位时间系统内部 物料能量的积累，kJ/s；AE：单位时间系统内部总能量的变化，kJ/s）四、流体流动（人卯洲二州用圆形管道）1. 机械能衡算方程设计的能量分为两类：1
5、）机械能：包括动能、位能及静压能。在流体流动过程中可以相互转变，也可转变为热和内能；2）内能和热：不能 直接转变为机械能而用于流体的输送。2. 方程：1/2um2+gz+p/p =-We-E hf3. 伯努利方程：1/2Um2+gz+p/p =04. 雷诺数：Re=p u Lp （圆管内：Re4000时，一般出现湍流，称为湍流区）5. 牛顿黏性定律：T =-p - dux/dy （t ：剪切应力，N/m加：动力黏性系数，简 称黏度，Pa s； dux/dy:垂直于流动方向的速度梯度，或称剪切变形速率，s-1） 该定律指出，相邻流体层之间的剪切应力t与该处垂直于流动方向的速度梯 度dux/dy成
6、正比。适用于层流运动。6. 黏度：v =M /p （V :流体运动黏度，m2/s； p :流体密度，kg/m3）温度对黏度的影响较大，由于内聚力是影响黏度的主要因素，因此，对于液体，当温度升高时，分子间距离增大，吸引力减小，因而使速度梯度 所产生的剪切应力减小，即黏度减小；对于气体，由于气体分子间距大，内 聚力很小，所以黏度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的，温度 升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以黏度增加。7. 流动状态对剪切应力的影响：流动的剪切应力除了由分子运动引起外，还由 质点脉动引起。由于质点脉动对流体之间的相互影响远大于分子运动，因此 剪切应力将大大增加。8. 阻力损失
7、起因：黏性流体的内摩擦造成的摩擦阻力和物体前后压强差引起的 形体阻力。损失影响因素：1）雷诺数大小；2）物体形状；3）物体表面粗糙度9. 范宁公式：0亍入l/dp um2/2 （摩擦系数入是流体的物性和流动状态的函数，量纲为1）摩擦系数入与雷诺数Re及相对粗糙度 /d的关系P82 （P113,35,312）10. 局部阻力损失：hf=& um2/2 （& :局部阻力系数，无量纲，& =入l/d）11. 流体测量计：1）测速管；2）孔板流量计；3）文丘里流量计；4）转子流量计五、热量传递1. 热量传递的方式：1）导热；2）热对流；3）热辐射2. 傅立叶定律：q=Q/A=入dT/dy（q：传热速率
8、，w； q：热流密度，w/m2；入：导热系数，W/（m - K）； dT/dy:热度梯度，K/m； A：垂直于热流方向的面积，m2）3. 普兰德数：Pr=v /a=p cp/A运动黏度v越大，表明该物体传递动量的能力越大，流速受影响的范围越广， 即流动边界层增厚；导热系数a越大，热量传递越迅速，温度变化范围越大，即 传热边界层增厚。4. 保温层的临界直径：dc=2A /a （dc：临界直径；入：导热系数；a ：对流传热系数） 保温层的临界厚度：0.5 （dc-d1） （d1：保温层内径）5. 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。不需要媒介。6. 辐射传热：物质之间相互辐射
9、和吸收辐射能的传热过程。7. 黑体：落在物体表面的辐射能全部被物体吸收，这种物体称为绝对黑体。黑体 具有最大的吸收能力，也具有最大的辐射能力。入T=常数=2.9X10-3m8. 灰体：物体能以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能，则物体对投入辐射 的吸收率与外界无关，这种物体成为灰体。六、质量传递1. 传递机理：1）分子扩散；2）涡流扩散2. 费克定律：NAz=-DAB dca/dz （NAz:扩散通量或扩散速率，kmol/ （m2 s）； cA:组分A的物质的量，kmol/m3； DAB：组分A在组分B中进行扩散的分子 扩散系数，m2/s）3. 施密特数：SC=V /DAB传递边界层厚度0
10、c与流动边界层厚度0 一般并不相等，他们的关系取决 于SC。SC是分子动量传递能力和分子扩散能力的比值，表示物性对传质的影 响，代表了壁面附近速率分布与浓度分布的关系。第二部分一、沉降1. 污染体系分为均相和非均相；分离技术分为传质分离（均相）和机械分离（非 均相）。2. 沉降分离主要用于颗粒物从流体中的分离。其原理是将含有颗粒物的流体（水或气体）至于某种力场（重力场、离心力 场、电场或惯性场）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降 到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。沉降分离包括重力沉降（重力）、离心沉降（离心力）、电沉降（电场力）、惯 性沉降（惯性力）和扩散沉
11、降（热运动）。3. 颗粒流体阻力由形状阻力和摩擦阻力组成。4. 重力沉降受重力、浮力和阻力；离心沉降受离心力和周围流体浮力。5. 层流区：RepW2，ut=1/18 （p p-p ） /p , gdp2 （斯托克斯（Stokes）公式）过渡区：2Rep103，艾伦（Allen）公式湍流区：103Rep2X105，牛顿（Newton）公式6. 沉降速度的计算方法有：试差法、摩擦数群法、无量纲判据K。7. 与重力沉降比，离心沉降有如下特征：P224 （了解，不考）8. 旋风分离器针对气体非均相混合物，旋流分离器针对液体非均相混合物。9. 离心沉降机主要用于悬浮液的固、液分离。二、过滤1. 按过滤机
12、理可分为表面过滤和深层过滤；按促使流体流动的推动力可分为重 力过滤、真空过滤、压力差过滤和离心过滤。2. 表面过滤通常发生在过滤液体中颗粒浓度较高或过滤速度较慢，滤饼层容易 形成的条件下；深层过滤现象通常发生在以固体颗粒为过滤介质的操作中。3. 表面过滤的过滤阻力由过滤介质和过滤层的阻力组成。4. 恒压过滤：V2+2VVe=KA2t； q2+2qqe=Kt 化简为 V2=Kat； q2=Kt恒速过滤：V2+VVe=K/2 A2t； q2+qqe=K/2 t 化简为 V2=K/2 A2t； q2=K/2 t5. 深层过滤速度与阻力和推动力的关系：u=）/（p rL）=Ap/ （p R） （r、R
13、：阻 力；?：推动力）6. 悬浮颗粒的运动包括的主要行为有：迁移行为、附着行为和脱落行为。7. 迁移行为的作用力包括：1）扩散作用力（布朗运动）；2）重力沉降；3）流 体运动作用力（惯性力）附着行为的作用力包括：静电斥力、静电引力和范德华引力脱落行为的作用力包括：剪切作用和碰撞作用8. 水头损失变化图P257三、吸收1. 吸收是依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中的物理溶解度（或化学反应 活性）的不同，而将气体混合物分离的操作过程。按溶质和吸收剂之间发生的作用吸收分为：物理吸收和化学吸收按混合气体中被吸收组分的数目吸收分为：单组份吸收和多组分吸收按在吸收过程中温度是否会变化吸收分为：等温吸收和
14、非等温吸收2. 亨利定律：pA*=ExA （pA：组分A在气相中的平衡分压，Pa； xA:溶质A在 液相中的摩尔分数；E：亨利系数，Pa）3. 溶质在气、液两相中如果不是处于平衡状态，必然要从一相传递到另一相， 使气、液两相逐渐达到平衡，溶质传递的方向就是系统趋于平衡的方向。4. 吸收过程的传递基本步骤：1）溶质由气相主体传递至气、液两相界面的气相一侧，即气相内的传递；2）溶质在两相界面由气相溶解于液相，即相际传递； 3）溶质由相界面的液相一侧传递至液相主体，即液相内的传递。5. 双模理论的基本论点：1）相互接触的气、液两相流体间存在着稳定的相界面， 界面两侧分别有一层虚拟的气膜和液膜。溶质分
15、子以稳态的分子扩散连续通 过这两层膜；2）在相界面处，气、液两相在瞬间即可达到平衡，界面上没有 传质阻力，溶质在界面上两相的组成存在平衡关系；3）在膜层以外，气、液 两相流体都充分湍动，不存在浓度梯度，组成均一，没有传质阻力；溶质在 每一相中的传质阻力都集中在虚拟的膜层内。因此，相际传质的阻力就全部 集中在两层膜中，故该模型又称双阻力模型。6. 气相总传质速率方程：NA=KG（pA-pA*）液相总传质速率方程：NA=KL（cA*-cA），1/KL=H/kG+1/kL7. 传质总阻力包括气膜阻力和液膜阻力，即1/KL=H/kG+1/kL或 1/KG=1/kG+1/HkL8. 化学吸收除了溶质组分在气、液两相之间的相平衡关系之外，还有溶质在液 相中的化学反应平衡关系。四、吸附1. 吸附分离操作是通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体 系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。2. 按作用力性质吸附分为：物理吸附和化学吸附按吸附剂再生方法分为：变温吸附和变压吸附按原料组成吸附可分为：大吸附量分离和杂志去除按分离机理
