第8章环境工程基本理论

环境工程有什么课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解环境工程的基本概念、原理及主要课程内容；2. 掌握环境工程课程设计的基本流程和方法；3. 理解环境问题解决方案的制定过程，包括污染治理、生态保护和资源利用等方面。

技能目标：1. 能够运用环境工程的基本原理解决实际问题；2. 学会运用图表、数据和文献等资源，进行环境工程课程设计；3. 培养学生的团队协作能力、沟通表达能力和创新思维能力。

情感态度价值观目标：1. 增强学生对环境保护的责任感和使命感，培养环保意识；2. 激发学生对环境工程学科的兴趣，提高学习积极性；3. 培养学生严谨的科学态度，树立正确的价值观。

课程性质：本课程为环境工程专业核心课程，旨在培养学生解决环境问题的能力。

学生特点：学生处于大学本科阶段，具有一定的环境科学基础，对环境工程有一定了解。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的实践操作能力和创新能力。

通过课程设计，使学生能够将所学知识应用于实际环境问题解决中，达到学以致用的目的。

课程目标分解为具体学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 环境工程基本概念与原理：包括环境污染、生态破坏、环境质量评价等基本概念，以及污染防治、废物处理与资源化等原理。

教材章节：第一章 环境工程概述2. 环境工程课程设计方法与流程：介绍课程设计的基本步骤，如问题分析、方案设计、技术经济分析等。

教材章节：第二章 环境工程课程设计方法3. 污染防治技术：重点讲解水污染、大气污染、固废处理等防治技术。

教材章节：第三章 水污染防治技术；第四章 大气污染防治技术；第五章 固体废物处理与资源化4. 生态保护与修复技术：介绍生态保护的基本原理，以及生态修复技术在实际工程中的应用。

教材章节：第六章 生态保护与修复技术5. 环境监测与评价：讲解环境监测方法、手段及环境质量评价技术。

教材章节：第七章 环境监测与评价6. 环境工程案例解析：通过分析典型环境工程案例，使学生更好地理解课程设计在实际工程中的应用。

第三章：流体流动1.边界层理论：（1）普兰德边界层理论要点：①当实际流体沿壁面流动时，紧贴壁面处存在一层非常薄的区域，在此区域内流体的流速很小，但速度分量沿壁面法向的变化非常迅速，即速度梯度很大，依牛顿粘性定律可知，在Re较大的情况下即使对于黏性很小的流体，其黏性力依然可以达到很高的数值，因此它所起的作用与惯性力同等重要。

这一区域称为边界层或流动边界层，也称为速度边界层。

在边界层内不能全部忽略黏性力。

②边界层外的整个流动区域称为外部流动区域。

在该区域内，法向速度梯度很小，因此黏性力很小，在大Re情况下，黏性力比惯性力小得多，因此可将黏性力全部忽略，近似看作理想流体流动。

（2）形成原因（绕平板流动的边界层）：流体沿x轴方向以均匀来留速率u0向平板流动，当其到达平壁前缘时，紧靠避免的流体因黏性作用而停留在壁面上，速率为零。

这一层流体通过“内摩擦”作用，是相邻流体层受阻而减速，该层流体进而影响相邻流体层，使之减速。

随着流体的向前流动，在垂直于避免地发现方向上，流体逐层受到影响而相继减速，流速由壁面处的零而逐层变化，最终达到来留速率u0,。

这样在固体平板上方流动流体分成两个区域，壁面附近速度变化较大的区域即边界层，流动阻力主要集中在这一区域。

通常将流体速率达到来流速率99%时的流体层定义为边界层。

2.流体流动的阻力损失：（1）阻力损失产生的原因：阻力损失起因于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（2）影响因素：流体流动阻力损失的大小取决于流体的物性、流动状态和流体流道的几何尺寸与形状等。

A、雷诺数大小：湍流下摩擦阻力较层流大，层流下摩擦阻力虽小但形体阻力较大。

B、物体的形状：非良绕体形体阻力是主要的，良性绕体摩擦阻力是主要的。

C、物体表面粗糙度：越粗糙摩擦阻力越大。

第四章：热量传递1.导热：导热是指依靠物质的分子原子和电子的振动、位移和相互碰撞而产生热量传递的方式。

（1）气体：气体分子做不规则热运动时相互碰撞的结果。

第四章、质量传递1、传热过程主要有两种：强化传热、削弱传热2、热传递主要有三种方式：热传导、对流传热、辐射传热3、热传导：通过分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程4、对流传热：流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程（流体与固体壁面之间的热传递过程）5、自然对流传热：流体内部温度的不均匀分布形成密度差，在浮力的作用下流体发生对流而产生的传热过程。

6、强制对流传热：由于水泵、风机或其他外力引起流体流动而产生的传热过程。

7、辐射传热的过程：物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一个物体时，又被物体全部或者部分吸收而变成热能。

（不需要任何介质作媒体，可以在真空中传播）8、导热系数：反映温度变化在物体中传播的能力。

9、气体的导热系数随温度的升高而增高，在气体中氢气的导热系数最高。

10、液体的导热系数随温度的升高而减小（水和甘油除外）11、晶体的导热系数随温度的升高而减小（非晶体相反）12、多孔性固体的导热系数与孔隙率、孔隙微观尺寸以及其中所含流体的性质有关，干燥的多孔性固体导热性很差，通常作为隔热材料，但材料受潮后，由于水比空气的导热系数大得多，其隔热性能将大幅度下降，因此，露天保温管道必须注意防潮。

14、对流传热与热传导的区别：对流传热存在流体质点的相对位移，而质点的位移将是对流传热速率加快。

15、影响对流传热的因素：物理特征、几何特征、流动特征16、湍流边界层内，存在层流底层、缓冲层和湍流中心三个区域，流体处于不同的流动状态。

17、传热边界层：壁面附近因传热而使流体温度发生变化的区域（存在温度梯度的区域）18、传热过程的阻力主要取决于传热边界层的厚度19、普兰德数：分子动量传递能力和分子热量传递能力的比值20、对流传热系数大小取决于流体物性、壁面情况、流动原因、流动状况、流体是否相变等21、对流传热微分方程式可以看出，温度梯度越大，对流传热系数越大22、求解湍流传热的对流传热系数有两个途径：量纲分析法并结合实验、应用动量传递与热量传递的类似性建立对流传热系数与范宁摩擦因子之间的定量关系23、自然对流：在固体壁面与静止流体之间，由于流体内部存在温差而造成密度差，是流体在升浮力作用下流动。

第I I篇思考题第一章绪论1.“环境工程学”的主要研究对象是什么？2.去除水中的溶解性有机污染物有哪些可能的方法？它们的技术原理是什么？3.简述土壤污染治理的技术体系。

4.简述废物资源化的技术体系。

5.阐述环境净化与污染控制技术原理体系。

6.一般情况下，污染物处理工程的核心任务是：利用隔离、分离和（或）转化技术原理，通过工程手段（利用各类装置），实现污染物的高效、快速去除。

试根据环境净化与污染防治技术的基本原理，阐述实现污染物高效、快速去除的基本技术路线。

第二章质量衡算与能量衡算第一节常用物理量1．什么是换算因数？英尺和米的换算因素是多少？2．什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？3．质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。

4．大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。

5．平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？第二节质量衡算1.进行质量衡算的三个要素是什么？2.简述稳态系统和非稳态系统的特征。

3.质量衡算的基本关系是什么？4.以全部组分为对象进行质量衡算时，衡算方程具有什么特征？5.对存在一级反应过程的系统进行质量衡算时，物质的转化速率如何表示？第三节能量衡算1．物质的总能量由哪几部分组成？系统内部能量的变化与环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？3．简述热量衡算方程的涵义。

4．对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？5．对于不对外做功的开放系统，系统能量能量变化率可如何表示？第三章流体流动第一节管流系统的衡算方程1．用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？2．当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？3．拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。

4．在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？5．对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？6．如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？第二节流体流动的内摩擦力1.简述层流和湍流的流态特征。