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第I 篇 习题解答第一章 绪论1.1简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。
解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。
环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。
图1-1是环境学科的分科体系。
图1-1 环境学科体系1.2 简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
图1-2 环境工程学的学科体系环境工程学 环境净化与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程 土壤净化与污染控制技术 废物资源化技术环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理1.3 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
1.4 空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
第一次习题答案1-1、水循环：分为自然循环和社会循环。
水的自然循环：自然界的水在太阳能的作用下，通过蒸发或蒸腾作用形成水汽，上升到空气中凝结为云，在大气环流-风的推动下运移到各处。
在适当的条件下又以雪、雨等形式降落下来。
这些降落下来的水分，在陆地分成两路流动：一路在地表形成径流，汇入江河湖泊；另一路渗入地下，成为地下水，称为地下渗流。
这两路水互相交流转换，最后注入海洋，与此同时，一部分又以蒸发或蒸腾的方式进入大气。
这种循环称为水的自然循环。
水的社会循环：指人类为了满足生活和生产的需要，要从各种天然水体中取用大量的水，而经过使用后水被排放出来，最终又流入天然水体，水在人类社会中构成一个局部的循环体系。
水污染：水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水有效利用，危害人群健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。
水质：指水和其中所含的杂质共同表现出来的物理、化学和生物学的综合性质。
水质指标：表示水中杂质的种类、成分和数量，是判断水质是否符合要求的具体衡量标准。
水质标准：国家或政府部门正式颁布的统一规定。
如饮用水水质标准（GB5749-85）、地表水环境质量标准（GB3838-2002）、污水综合排放标准（GB8978-1996）水环境容量：一定水体在规定的环境目标下所能容纳污染物质的最大负荷量。
水体自净：在污染物参与水体中的物质转化和循环过程中，经过一些列的物理、化学、和生物学变化，污染物质被分离或分解，水体基本上或完全地恢复到原来的状态。
1-3、Lmg L mg /4.15025010001000)3622.543998.54(/8.22825010001000)3426.543998.54(=⨯⨯-==⨯⨯-=挥发性固悬浮固体1-6、 1-7、 1-9、Lmmol P T HCOLmmol CO P CO OH TP Lmmol T Lmmol P /8.340.1260.62][/40.1][,2][20][2/1/60.6100010001.060.6/40.11001000100.040.132323=⨯-=-====-<=⨯⨯==⨯⨯=---总碱度酚酞碱度Lmmol P T HCOLmmol CO P CO OH TP Lmmol T Lmmol P /2.320.0260.32][/20.0][,2][20][2/1/60.310010001.060.3/20.01001000100.020.032323=⨯-=-====-<=⨯⨯==⨯⨯=---总碱度酚酞碱度)(/10588.5/050.160.265.32/1)(/26056.146.560.2/60.22/12/1,/60.22/1,/20.5][][244.206.565.3)(/365/65.31001000025.060.14/20.5][,0][,0][/20.510010001.0)20.50(/0333233323CaCO L mg L mmol S CaCO L mg L mmol S S L mmol S L mmol HCO CO S CaCO L mg L mmol Lmmol T HCO CO OH Lmmol T L mmol P ===-=-===⨯===<==+==⨯===⨯⨯=====-=⨯⨯+==----度总硬度非碳酸盐硬度度碳酸盐硬度总硬度度总硬度总碱度酚酞碱度1-13、1-15、1-19水体自净：在污染物参与水体中的物质转化和循环过程中，经过一些列的物理、化学、和生物学变化，污染物质被分离或分解，水体基本上或完全地恢复到原来的状态。
现象以及污染控制装置的基本原理，为相关的专业课程打下良好的理论基础。
第二章质量衡算与能量衡算2.1 某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求：（1）在1.013×105Pa、25℃下，用μg/m3表示该浓度；（2）在大气压力为0.83×105Pa和15℃下，O3的物质的量浓度为多少？解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0＝22.4L×298K/273K＝24.45L所以O3浓度可以表示为0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L）－1＝157.05μg/m3（2）由题，在所给条件下，1mol空气的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0=22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K）＝28.82L所以O3的物质的量浓度为0.08×10－6mol/28.82L＝2.78×10－9mol/L2.2 假设在25℃和1.013×105Pa的条件下，SO2的平均测量浓度为400μg/m3，若允许值为0.14×10-6，问是否符合要求？解：由题，在所给条件下，将测量的SO2质量浓度换算成体积分数，即大于允许浓度，故不符合要求2.3 试将下列物理量换算为SI制单位：质量：1.5kgf·s2/m= kg密度：13.6g/cm3= kg/ m3压力：35kgf/cm2= Pa4.7atm= Pa670mmHg= Pa功率：10马力＝kW比热容：2Btu/(lb·℉)= J/（kg·K）3kcal/（kg·℃）= J/（kg·K）流量：2.5L/s= m3/h表面张力：70dyn/cm= N/m5 kgf/m= N/m解：质量：1.5kgf·s2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm3=13.6×103kg/ m3压力：35kg/cm2=3.43245×106Pa4.7atm=4.762275×105Pa670mmHg=8.93244×104Pa功率：10马力＝7.4569kW比热容：2Btu/(lb·℉)= 8.3736×103J/（kg·K）3kcal/（kg·℃）=1.25604×104J/（kg·K）流量：2.5L/s=9m3/h表面张力：70dyn/cm=0.07N/m5 kgf/m=49.03325N/m2.4 密度有时可以表示成温度的线性函数，如ρ＝ρ0+At式中：ρ——温度为t时的密度，lb/ft3；ρ0——温度为t0时的密度，lb/ft3。
第I 篇 习题解答第一章 绪论1.1简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。
解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。
环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。
图1-1是环境学科的分科体系。
图1-1 环境学科体系1.2 简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
图1-2 环境工程学的学科体系环境工程学 环境净化与污染控制技术及原理生态修复与构建技术及原理清洁生产理论及技术原理环境规划管理与环境系统工程环境工程监测与环境质量评价水质净化与水污染控制工程空气净化与大气污染控制工程固体废弃物处理处置与管理物理性污染控制工程 土壤净化与污染控制技术 废物资源化技术环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理1.3 去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
1.4 空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
现象以及污染控制装置的基本原理，为相关的专业课程打下良好的理论基础。
第二章质量衡算与能量衡算2.1 某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求：（1）在1.013×105Pa、25℃下，用μg/m3表示该浓度；（2）在大气压力为0.83×105Pa和15℃下，O3的物质的量浓度为多少？解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0＝22.4L×298K/273K＝24.45L所以O3浓度可以表示为0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L）－1＝157.05μg/m3（2）由题，在所给条件下，1mol空气的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0=22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K）＝28.82L所以O3的物质的量浓度为0.08×10－6mol/28.82L＝2.78×10－9mol/L2.2 假设在25℃和1.013×105Pa的条件下，SO2的平均测量浓度为400μg/m3，若允许值为0.14×10-6，问是否符合要求？解：由题，在所给条件下，将测量的SO2质量浓度换算成体积分数，即大于允许浓度，故不符合要求2.3 试将下列物理量换算为SI制单位：质量：1.5kgf·s2/m= kg密度：13.6g/cm3= kg/ m3压力：35kgf/cm2= Pa4.7atm= Pa670mmHg= Pa功率：10马力＝kW比热容：2Btu/(lb·℉)= J/（kg·K）3kcal/（kg·℃）= J/（kg·K）流量：2.5L/s= m3/h表面张力：70dyn/cm= N/m5 kgf/m= N/m解：质量：1.5kgf·s2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm3=13.6×103kg/ m3压力：35kg/cm2=3.43245×106Pa4.7atm=4.762275×105Pa670mmHg=8.93244×104Pa功率：10马力＝7.4569kW比热容：2Btu/(lb·℉)= 8.3736×103J/（kg·K）3kcal/（kg·℃）=1.25604×104J/（kg·K）流量：2.5L/s=9m3/h表面张力：70dyn/cm=0.07N/m5 kgf/m=49.03325N/m2.4 密度有时可以表示成温度的线性函数，如ρ＝ρ0+At式中：ρ——温度为t时的密度，lb/ft3；ρ0——温度为t0时的密度，lb/ft3。
1.2简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
1.3去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么？解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
1.4空气中挥发性有机物（VOCs）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么？解：去除空气中挥发性有机物（VOCs）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。
1.5简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。
解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：①通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;②污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;③通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。
1.6环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类？它们的主要作用原理是什么？解：从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为“隔离技术”、“分离技术”和“转化技术”三大类。
隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染近一步扩大。
分离技术是利用污染物与污染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。
转化技术是利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。
现象以及污染控制装置的基本原理，为相关的专业课程打下良好的理论基础。
第二章质量衡算与能量衡算2.1 某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求：（1）在1.013×105Pa、25℃下，用μg/m3表示该浓度；（2）在大气压力为0.83×105Pa和15℃下，O3的物质的量浓度为多少？解：理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0＝22.4L×298K/273K＝24.45L所以O3浓度可以表示为0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L）－1＝157.05μg/m3（2）由题，在所给条件下，1mol空气的体积为V1＝V0·P0T1/ P1T0=22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K）＝28.82L所以O3的物质的量浓度为0.08×10－6mol/28.82L＝2.78×10－9mol/L2.2 假设在25℃和1.013×105Pa的条件下，SO2的平均测量浓度为400μg/m3，若允许值为0.14×10-6，问是否符合要求？解：由题，在所给条件下，将测量的SO2质量浓度换算成体积分数，即大于允许浓度，故不符合要求2.3 试将下列物理量换算为SI制单位：质量：1.5kgf·s2/m= kg密度：13.6g/cm3= kg/ m3压力：35kgf/cm2= Pa4.7atm= Pa670mmHg= Pa功率：10马力＝kW比热容：2Btu/(lb·℉)= J/（kg·K）3kcal/（kg·℃）= J/（kg·K）流量：2.5L/s= m3/h表面张力：70dyn/cm= N/m5 kgf/m= N/m解：质量：1.5kgf·s2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm3=13.6×103kg/ m3压力：35kg/cm2=3.43245×106Pa4.7atm=4.762275×105Pa670mmHg=8.93244×104Pa功率：10马力＝7.4569kW比热容：2Btu/(lb·℉)= 8.3736×103J/（kg·K）3kcal/（kg·℃）=1.25604×104J/（kg·K）流量：2.5L/s=9m3/h表面张力：70dyn/cm=0.07N/m5 kgf/m=49.03325N/m2.4 密度有时可以表示成温度的线性函数，如ρ＝ρ0+At式中：ρ——温度为t时的密度，lb/ft3；ρ0——温度为t0时的密度，lb/ft3。
环境工程原理修订材料（2007年）目录总结1第二章质量衡算与能量衡算1第三章流体流动3第四章热量传递5第五章质量传递9思考题补充9第二章质量衡算与能量衡算9第三章流体流动10第四章热量传递11第五章质量传递11习题补充12第二章质量衡算与能量衡算12第三章流体流动14第四章热量传递19第五章质量传递26中英文术语30第二章质量衡算与能量衡算30第三章流体流动31第四章热量传递32第五章质量传递32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三、质量与能量衡算水处理： 一般1L 污水可近似认为等于1000g 。
1mg ／L 的质量分数为1mg ／1000g ＝1×10-6＝1ppm 污水浓度过高时，1mg ／L 的质量分数为1×10-3÷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A AA pM RT V V ρ310⨯=1．质量衡算以物料全部组分为对象：0=mr q （质量守恒）以某种元素或物质为对象1）稳态非反应系统：21m m q q = 2）稳态反应系统：120m m mr q q q -+=021=--V k q q m m ρ（一级反应）3）非稳态系统：dtdmq q q mr m m =+-21 dt dm q q q mr m m =+-21第三章流体流动一、衡算方程二、流体流动内摩擦力 1．流态——雷诺数μρuL=Re 判定 2．内摩擦力（1）牛顿黏性定律dydu xμτ-=，适用于层流 （2）μ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μ↓；气体μ↑ （3）流体类别——见表3.2.2 （4）流动状态与剪切应力三、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质量衡算dtdmq q m m =-21，对于不可压缩流体管内流动1122m m u A u A = 能量衡算总能量方程：e e W Q pv gz u e -=+++∆)21(2机械能方程：∑⎰--=+∆+∆f e p p m h W vdp z g u 21)(212α对于不可压缩流体∑--=∆+∆+∆f e m h W p z g u ρα)(212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，dyud dy u d eff t μεμτμ-=+-=)( 2．能量衡算∑∑+-=q F P E H H q（不考虑做功，仅考虑热量交换）封闭系统QE Q =开放系统（稳态）∑∑=-qH H F P 有相变：相变时吸收或放出热量，但温度不变mL Q E Q ==无相变：T mc Q E p Q ∆==（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） ①边界层厚度：层流5.0Re 641.4x x=δ；湍流2.0Re 376.0xx =δ ②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）①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875.0Re 5.61d =δ②进口段长度：层流Re 0575.0=dl e；湍流约50倍管径 3．边界层分离——能量损失（图） ①产生条件：存在黏性作用和逆压梯度②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）22mf u d l p ρλ=∆（2）速度分布及阻力损失 流动形态速度分布阻力损失系数λ层流])(1[412020r rr dl dp u --=μRe /64=λm ms u r u ∝=4μτ 湍流n r r u u )1(0m ax -= 一般流体输送的ReX 围内，n=1/7)(Re,dεϕλ=1.过渡区按湍流处理偏安全2.湍流区Re>4000： 柏拉休斯：)10000Re 5000(Re 3164.025.0<<=-λ卡门：)104.3(Re 91.0)lg(Re 035.216⨯<-=λλ3.完全湍流区2)2lg274.1(-+=ελd 2．局部损失22m f u h ζ=或22me f u d l h λ=六、管路计算（不可压缩流体）七、流体测量 测量仪表 流速（流量）表达式特点测速管 （毕托管）ρρρ)(20-=gR Cu测得的是点流速孔板流量计0V q C A =固定安装；阻力损失较大文丘里流量计V V q C A =比孔板流量计减少了机械能损失 转子流量计ff f RR V A gV A C q ρρρ)(2-=使用条件与标定条件不符时)()(000ρρρρρρ--=f f V Vq q必须垂直安装，流体自下而上流动第四章热量传递一、概述简单管路：===....21V V q q 常数；∑++=...21f f fh h h复杂管路（图）分支管路：总管流量等于各支管流之和；fDE fBD fAB fAE h h h h ++=；总机械能守恒并联管路：321q q q q V ++=；321f f f h h h ==二、热传导1．基本公式：傅立叶定律：d d Q T T q A y yλλ∆==-∆或，热量通量∝温度梯度；热量沿温度降低的方向传递。
绪论1、物料衡算问题反渗透装置可以将高盐分的海水分离成淡水和浓度更高的废盐水，用反渗透装置进行海水淡化，其流程如下，将含盐量为3.2%（质量分数，下同）、流量为1000kg/h 的海水与反渗透装置回流的废盐水混合成浓度为4%的盐水。
送入反渗透装置中进行淡化分离，淡水的含盐量为0.05%，废盐水的含盐量为5.25%，试求：（1）每小时获得的淡水量（2）回流液占生成废盐水的质量分数解：(1)对总物系进行物料衡算（盐水总量和盐分别进行衡算）221100210x q x q x q q q q +=+=)1000(%25.5%2.3100011⨯-+⨯=⨯q q q 1=605.77 kg/hq 2=394.23 kg/h(2) 对汇合处进行衡算（含盐量相等列等式）%4)1000(%25.5%2.3330⨯+=⨯+⨯q q qq 3=640 kg/h回流百分比：%37.5164077.605640313=+=+=q q q η2、物料衡算连续蒸发回收某废弃液中的FeCl3的流程，如下图。
废弃液的质量分数为20%，送入蒸发器的流量为1000kg/h 。
蒸发器中的废弃液被浓缩到50%时，用泵送入结晶器中冷却结晶，析出含4%结晶水的FeCl3晶体，结晶产品由结晶器底排出。
结晶器中质量分数为37.5%的母液被送回至蒸发器进口，与新的废弃液混合后进入蒸发器浓缩。
试求：（1）每小时由蒸发器排出的水汽量，结晶器排出的产品量；（2）每小时从结晶器回流的母液量和蒸发器送入结晶器的浓缩液的量。
（3）蒸发器进口混合液中FeCl3的浓度。
解：（1）总衡算：221100210w q w q w q q q q v v v v v v +=+= 代入数据： )04.01(%2010001000221-=⨯+=v v v q q q解得：hkg q hkg q v v /3.208/7.79121== （2）以结晶器为物料衡算单位 442233423)1(w q w q w q q q q v v v v v v +-=+= 4343375.096.03.2085.03.208v v v v q q q q +⨯=+= hkg q hkg q v v /5.766/8.97443== （3）%6.275.7661000375.05.7662.01000=+⨯+⨯3、微分热量衡算一污水池内有50m3的污水，温度为15℃，为加速消化过程，需将其加热到35℃。
环境工程原理智慧树知到课后章节答案2023年下西华大学西华大学第一章测试1.本门课程的名称是《环境工程原理》吗？答案:对第二章测试1.将此物理量换算为SI单位：某物质的比定压热容cp=0.24BTU/(lb·℉)=（）答案:1.005 kJ/（kg·K）2.将此物理量换算为SI单位：质量1.5kgf·s2/m=（）答案:14.7 kg3.将此物理量换算为SI单位：表面张力70dyn/cm =（）答案:0.074 N/m4.某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6（体积分数），在1.013×105Pa、25℃下，用ug/m3表示该浓度为（）ug/m3。
答案:157.055.某一段河流上游流量为36000m3/d，河水中污染物的浓度为3.0mg/L。
有一支流流量为10000 m3/d，其中污染物浓度为30mg/L。
假设完全混合。
求每天有（）kg污染物质通过下游某一监测点。
答案:408.026.某河流的流量为3.0m3/s，有一条流量为0.05m3/s的小溪汇入该河流。
为研究河水与小溪水的混合状况，在溪水中加入示踪剂。
假设仪器检测示踪剂的浓度下限为1.0mg/L。
为了使河水和溪水完全混合后的示踪剂可以检出，溪水中示踪剂的最低浓度是( )mg/L,需加入示踪剂的质量流量是( )g/s。
假设原河水和小溪中不含示踪剂。
答案:61；3.057.有一个总功率为1000MW的核反应堆，其中2/3的能量被冷却水带走，不考虑其他能量损失。
冷却水来自于当地的一条河流，河水的流量为100m3/s，水温为20℃。
如果水温只允许上升10℃，冷却水需要（）m3/s的流量。
答案:15.948.一加热炉用空气（含O2 0.21, N2 0.79）燃烧天然气（不含O2与N2）。
分析燃烧所得烟道气，其组成的摩尔分数为CO2 0.07，H2O 0.14，O2 0.056，N2 0.734。
环境工程原理修订材料（2007 年）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、单位换算、常用物理量及其表示方法「水处理：一般1L 污水可近似认为等于 1000g 。
1mg/ L 的质量分数为 1mg / 1000g = 1 x 10-6= 1ppm*环境工程中 <污水浓度过高时，1mg / L 的质量分数为1 x 10-3十混合 物密度值H P 第三章流体流动、衡算方程、流体流动内摩擦力1大气污染控制工程： 常用体积分数；若视为理想气体V A RT 103AVpM A三、质量与能量衡算qmr广以物料全部组分为对象:（质量守恒）1 .质量衡算r i) 稳态非反应系统:qm1 qm2dmqm1 q m2qmrdt l 以某种元素或物质为对象2) 稳态反应系统:qm1 q m2 qmrqml qm20 （一级反应）3) 非稳态系统:dmqml q m2qmrdt封闭系统无相变: E QQ mc p T2 •能量衡算H P H F E q（不考虑做功, 仅考虑热量交换）E Q Q有相变: 相变时吸收或放出热量,但温度不变E Q Q mL开放系统（稳态）H F*质量衡算qmlq m2 °巴，对于不可压缩流体管内流动dt Um1 AlUm2A2总能量方程:(egz pv) Q eW e 能量衡算£机械能方程: 1(2、U m )P 2vdpP W eh f对于不可压缩流体-22、U m )h f1.流态 --- 雷诺数Re ―UL 判定 2•内摩擦力 (1) 牛顿黏性定律叫，适用于层流dy(2) 口为动力黏性系数，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 口 气体口 f (3)流体类别一一见表 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，t(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)② 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)① 层流一一速度抛物线型分布；湍流一一充分发展段速度分布曲线较平坦，层流底层厚度d0.875Re② 进口段长度：层流 *0.0575 Re ;湍流约50倍管径 d3.边界层分离一一能量损失(图) ① 产生条件：存在黏性作用和逆压梯度②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_______du dy①边界层厚度：层流x4.6410-5 ;湍流Re0.376xRe x61.5影响因素成因1 .沿程损失(1) P f . 2l U m d 2（2）速度分布及阻力损失流动速度分布形态64/ Re（Re，T） d1•过渡区按湍流处理偏安全2•湍流区 Re>4000:柏拉休斯：湍流U U max(1护0 250.3164 Re . (5000 Re 10000)一般流体输送的 Re范围内，n-1/7 1卡门：•2.035lg(Re ) 0.91(Re 3.4 106)3.完全湍流区d(1.74 2lg )22 | 22.局部损失h f 或h f2 d 2六、管路计算（不可压缩流体）七、流体测量阻力损失系数入层流u右讣0G）2] 4 Umsr o 厂简单管路：q V1q V2常数；h f h f1 h f2复杂管路广分支管路:（图）< h fAE并联管路:总管流量等于各支管流之和；h fAB h fBD h fDE ；总机械能守恒q V q1 q2 q3 ；h f1 h f 2 h f 3测量仪表流速（流量）表达式特点必须垂直安装，流体自下而上流动第四章热量传递、概述气体一一分子不规则运动:热传导｛固体一一晶格振动和自由电子的迁移I 液体一一分子振动+分子间相互碰撞热量传递〈对流传热一一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、热传导降低的方向传递。
气体： 很小，利于绝热保温（工业上多孔保温材料）；Tf , p （高液体：水的入最大，常用作导热介质（多孔隔热材料受潮隔热性J ） 除水和甘油外，T ff 入f,压力影响不大固体：金属入 >> 非金属入；金属有杂质f 入纯金属T ff 入合金Tff 入f; 晶体T ff 入非晶体Tff 入f1.基本公式：傅立叶定律:dT dy热量通量％温度梯度；热量沿温度测速管 （毕托2gR( o孔板流量计q vC o Ao2gR( 0文丘里流量计q vC v Ao2gR( o测得的是点流速固定安装；阻力损失较大比孔板流量计减少了机械能损失 使用条件与标定条件不符时转子流量计A fq vqvo2•导热系数q dT dy2gV f ( f )1. 基本公式: 牛顿冷却定律:层流Q ）、相变（有相变 Q>>无相变Q ）3. 对流传热系数（经验式）3•应用模型三、对流传热 单层平壁：r入不随温度变时QA （ T 1 T 2 ） T，热阻R b,b RA即传导距离f &壁面面积J &入导热热阻f &热传导速率Q J多层平壁：稳态时各层热量流量相等T1Tn 1T1Tn 1n圆管壁:n,R o 为污垢热阻R i i 1T 1 T 2多层圆管壁：QdQR oGLR oA mT1T n 1 A - A i,A - ln -A,r m ln - r idAR iT1Tn 1b ii Ami物性特征 （流体本身）2.传热速率 影响因素（边界条件） 几何特征 流动特征：流动起因（强制对流:P f, C p f,入传热速率f ； 黏度ufT 传热速率J:固体壁面形状、尺寸、粗糙度等 Q>自然对流Q ）、状态 （湍流Q>>;蒸汽冷凝:圆管：RediU,PrRe 4M4.热损失最大时的保温层直径d2 d c，为使加保温层后热损失小于裸管时的热损失，1 15.总传热系数r bA r ArA（热侧为外侧）K 1 A m A2 2 A2K在间壁热阻一和污垢热阻r s1,r s2可忽略时: 若 2 1，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 2 1，为间壁内侧对流传热控制d e d i 26 •传热推动力与平均温差、传热单元数法四、辐射传热应使保温层厚度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1对物体2的辐射角系数 1 2查表441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：黑体单色辐射能力E b5C l C 2 e_1 最大单色辐射能力的波2.物体辐射能力E Ed长与温度关系 mT2.9 10灰体EC o ( I 克希霍夫定律:ioo)4， A灰体黑度E b,A 为灰体吸收率3 •物体间的辐射传热Q i 2C i 21 2A4T L 100100，典型情况下的面积 A 和物体机理：分子扩散扩散通量：N A D AB字乞Zdz c广分子传质＜'单向扩散：丄上1 y A,ik浓度分布VJ等分子双向扩散：c A/单向扩散：N B 0D AB CN A -^^(C A,i C A,O)Lc B,mN B)乜等分子反向扩散：N A N B 0 N A DBSC A,O)l有化学反应的扩散：N A nN Bz1 y A,。
LC A,0 C A,iz「机理：涡流扩散、分子扩散I对流传质Y＜扩散通量：N A k c(C A,ir单向扩散传质系数k cC A,0 ) Vk0xB,ml等分子双向扩散传质系数k0 D AB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, Principles of Environmentai Engineering and Scienee—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 Environmentai Engineering and Scienee—影印本，清华大学出版社，2004.11, p127 Discussion Question 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？1 23.能否用平均流速一mu m表示平均动能？24.什么是流体的流动功？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？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。
