环境工程原理第三版课后答案Word下载.docx
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该课程的主要任务是系统、深入地阐述环境污染控制工程,即水质净化与水污染控制工程、大气(包括室内空气)污染控制工程、固体废物处理处置与管理和资源化工程、物理性污染(热污染、辐射污染、噪声、振动)控制工程、自然资源的合理利用与保护工程、生态修复与构建工程以及其它污染控制工程中涉及到的具有共性的工程学基础、基本过程和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
某室内空气中O3的浓度是×
10-6(体积分数),求:
(1)在×
105Pa、25℃下,用μg/m3表示该浓度;
(2)在大气压力为×
105Pa和15℃下,O3的物质的量浓度为多少
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=×
298K/273K=
所以O3浓度可以表示为
×
10-6mol×
48g/mol×
()-1=μg/m3
(2)由题,在所给条件下,1mol空气的体积为
V1=V0·
P0T1/P1T0=×
105Pa×
288K/×
273K)=
所以O3的物质的量浓度为
10-6mol/=×
10-9mol/L
假设在25℃和×
105Pa的条件下,SO2的平均测量浓度为400μg/m3,若允许值为×
10-6,问是否符合要求
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
如果此方程在因次上是一致的,在国际单位制中A的单位必须是什么
由题易得,A的单位为kg/(m3·
K)
一加热炉用空气(含O2,N2)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,H2O,O2,N2。
求每通入100m3、30℃的空气能产生多少m3烟道气烟道气温度为300℃,炉内为常压。
假设燃烧过程为稳态。
烟道气中的成分来自天然气和空气。
取加热炉为衡算系统。
以N2为衡算对象,烟道气中的N2全部来自空气。
设产生烟道气体积为V2。
根据质量衡算方程,有
P1V1/RT1=×
P2V2/RT2
即
100m3/303K=×
V2/573K
V2=
某河流的流量为s,有一条流量为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多少需加入示踪剂的质量流量是多少假设原河水和小溪中不含示踪剂。
设溪水中示踪剂的最低浓度为ρ
则根据质量衡算方程,有ρ=(3+)×
解之得ρ=61mg/L
加入示踪剂的质量流量为61×
s=s
假设某一城市上方的空气为一长宽均为100km、高为km的空箱模型。
干净的空气以4m/s的流速从一边流入。
假设某种空气污染物以kg/s的总排放速率进入空箱,其降解反应速率常数为-1。
假设完全混合,
(1)求稳态情况下的污染物浓度;
(2)假设风速突然降低为1m/s,估计2h以后污染物的浓度。
(1)设稳态下污染物的浓度为ρ
则由质量衡算得
s-(3600)×
ρ×
100×
1×
109m3/s-4×
106ρm3/s=0
解之得
ρ=×
10-2mg/m3
(2)设空箱的长宽均为L,高度为h,质量流量为qm,风速为u。
根据质量衡算方程
有
带入已知量,分离变量并积分,得
积分有
某水池内有1m3含总氮20mg/L的污水,现用地表水进行置换,地表水进入水池的流量为10m3/min,总氮含量为2mg/L,同时从水池中排出相同的水量。
假设水池内混合良好,生物降解过程可以忽略,求水池中总氮含量变为5mg/L时,需要多少时间
设地表水中总氮浓度为ρ0,池中总氮浓度为ρ
由质量衡算,得
积分,有
求得t=min
有一装满水的储槽,直径1m、高3m。
现由槽底部的小孔向外排水。
小孔的直径为4cm,测得水流过小孔时的流速u0与槽内水面高度z的关系u0=(2gz)试求放出1m3水所需的时间。
设储槽横截面积为A1,小孔的面积为A2
由题得A2u0=-dV/dt,即u0=-dz/dt×
A1/A2
所以有-dz/dt×
(100/4)2=(2gz)
即有-×
=dt
z0=3m
z1=z0-1m3×
(π×
)-1=
积分计算得t=
给水处理中,需要将固体硫酸铝配成一定浓度的溶液作为混凝剂。
在一配料用的搅拌槽中,水和固体硫酸铝分别以150kg/h和30kg/h的流量加入搅拌槽中,制成溶液后,以120kg/h的流率流出容器。
由于搅拌充分,槽内浓度各处均匀。
开始时槽内预先已盛有100kg纯水。
试计算1h后由槽中流出的溶液浓度。
设t时槽中的浓度为ρ,dt时间内的浓度变化为dρ
由质量衡算方程,可得
时间也是变量,一下积分过程是否有误30×
dt=(100+60t)dC+120Cdt
即(30-120C)dt=(100+60t)dC
由题有初始条件t=0,C=0
积分计算得:
当t=1h时C=%
有一个4×
3m2的太阳能取暖器,太阳光的强度为3000kJ/(m2·
h),有50%的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。
水的流量为min。
求流过取暖器的水升高的温度。
以取暖器为衡算系统,衡算基准取为1h。
输入取暖器的热量为3000×
12×
50%kJ/h=18000kJ/h
设取暖器的水升高的温度为(△T),水流热量变化率为
根据热量衡算方程,有
18000kJ/h=×
60×
△TkJ/
△T=
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℃。
(1)如果水温只允许上升10℃,冷却水需要多大的流量;
(2)如果加热后的水返回河中,问河水的水温会上升多少℃。
输入给冷却水的热量为
Q=1000×
2/3MW=667MW
(1)以冷却水为衡算对象,设冷却水的流量为,热量变化率为。
根据热量衡算定律,有
103×
10kJ/m3=667×
103KW
Q=s
(2)由题,根据热量衡算方程,得
△TkJ/m3=667×
第三章流体流动
如图3-1所示,直径为10cm的圆盘由轴带动在一平台上旋转,圆盘与平台间充有厚度δ=的油膜。
当圆盘以n=50r/min旋转时,测得扭矩M=×
10-4N·
m。
设油膜内速度沿垂直方向为线性分布,试确定油的黏度。
在半径方向上取dr,则有dM=dF·
r
由题有
dF=τ·
dA
所以有
两边积分计算得
代入数据得
10-4N·
m=μ×
()4×
π2×
(50/60)s/(×
10-3m)
可得
μ=×
10-3Pa·
s
常压、20℃的空气稳定流过平板壁面,在边界层厚度为处的雷诺数为×
104。
求空气的外流速度。
设边界层厚度为δ;
空气密度为ρ,空气流速为u。
由题,因为湍流的临界雷诺数一般取5×
105>×
104,
所以此流动为层流。
对于层流层有
同时又有
两式合并有
即有
(×
104)=u×
103kg/m3×
10-5Pa·
s)
u=s
污水处理厂中,将污水从调节池提升至沉淀池。
两池水面差最大为10m,管路摩擦损失为4J/kg,流量为34m3/h。
求提升水所需要的功率。
设水的温度为25℃。
设所需得功率为Ne,污水密度为ρ
Ne=Weqvρ=(gΔz+∑hf)qvρ
=s2×
10m+4J/kg)×
34/3600m3/s
=
如图所示,有一水平通风管道,某处直径由400mm减缩至200mm。
为了粗略估计管道中的空气流量,在锥形接头两端各装一个U管压差计,现测得粗管端的表压为100mm水柱,细管端的表压为40mm水柱,空气流过锥形管的能量损失可以忽略,管道中空气的密度为m3,试求管道中的空气流量。
图3-2习题图示
在截面1-1′和2-2′之间列伯努利方程:
u12/2+p1/ρ=u22/2+p2/ρ
由题有u2=4u1
所以有u12/2+p1/ρ=16u12/2+p2/ρ
15u12=2×
(p1-p2)/ρ=2×
(ρ0-ρ)g(R1-R2)/ρ=2×
()kg/m3×
s2×
(-)/(m3)
u1=s
u2=s
qv=u1A=s×
π×
(200mm)2=s
如图3-3所示,有一直径为1m的高位水槽,其水面高于地面8m,水从内径为100mm的管道中流出,管路出口高于地面2m,水流经系统的能量损失(不包括出口的能量损失)可按计算,式中u为水在管内的流速,单位为m/s。
试计算
(1)若水槽中水位不变,试计算水的流量;
(2)若高位水槽供水中断,随水的出流高位槽液面下降,试计算液面下降1m所需的时间。
图3-3习题图示
(1)以地面为基准,在截面1-1′和2-2′之间列伯努利方程,有
u12/2+p1/ρ+gz1=u22/2+p2/ρ+gz2+Σhf
由题意得p1=p2,且u1=0
(8m-2m)=u2/2+
qv=uA=s×
4=×
10-2m3/s
(2)由伯努利方程,有
u12/2+gz1=u22/2+gz2+Σhf
u12/2+gz1=7u22+gz2
由题可得
u1/u2=
(1)2=
取微元时间dt,以向下为正方向
则有u1=dz/dt
所以有(dz/dt)2/2+gz1=7(100dz/dt)2/2+gz2
积分解之得t=
水在20℃下层流流过内径为13mm、长为3
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