环境工程原理重点

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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,kg

2、/m3; u:流速,m/s; u :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=PA/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; VA:组分A的

3、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;mmA :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; nnA:混合物中惰性组分的物质的量,mol)(二)流量:qV=V/t(m3/s)体积

4、流量 qm=VP/t(kg/s)质量流量Am=AvP(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:AE,=EHP-EHF+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(um2/um1= (d1/d2)2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:1/2Aum2+gAz+Ap/ p =-We E hf3. 伯努利方程:1/2Aum2+gAz+Ap/ P =04. 雷诺数:Re=Pu L (圆管内:Re2000时,流动总是层流,成为层流区;当 Re4000时,一般出现湍流,称为湍流区)5. 牛顿黏性定律A-du/dy (t:剪切应力,N/m2;u: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,sr) 该定律指出,相邻流体层之间的剪切应力t与该

6、处垂直于流动方向的速度梯 度dux/dy成正比。适用于层流运动。6. 黏度:v = u/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,

7、因此 剪切应力将大大增加。8. 阻力损失起因: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:?= l/dp y/Z (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8 /d的关系P82 (P113,3.5,3。12)10. 局部阻力损失:hf= E um2/2 (S局部阻力系数,无量纲,E =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

8、立叶定律:q=Q/A=人dT/dy(q:传热速率,w; q:热流密度,w/m2;入:导热系数,W/ (mK); 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=Cp/入运动黏度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=2入/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 (dcd1) (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.

9、6. 辐射传热:物质之间相互辐射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mT=常数=2.9X10-38. 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

10、=v/Dab传递边界层厚度、与流动边界层厚度6一般并不相等,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

11、沉 降(惯性力)和扩散沉降(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、

12、过滤1. 按过滤机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=Ap/( u rL) =Ap/

13、(u R) (r、R: 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

14、吸收分为:等温吸收和非等温吸收2. 亨利定律:PAExA (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

15、膜和液膜。溶质分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/、=1缶+1阳、8. 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吸附可分为:位阻效应、动力学效应和平衡效应3. 常

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