环境工程原理试卷及答案.doc

系部名称： 专业班级： 姓名 学号： 密 封 线 内 不 得 答 ：题-密 封 线-密 封 线-密 封 线-XXXXXX 2016至2017学年第 1 学期 环境工程原理 考查试卷 考试方式： 开卷 本试卷考试分数占学生总评成绩的70%题号一二三四五六总分评卷人得分教研室主任复核 33本试卷可能用到的计算值： ln2=0.693, ln3=1.099, ln5=1.609，g=10 m/s2，21.4 3.14， 1.44得 分一、填空题：（每空0.5分.共20分）1. _和_是目前人类面临的两大类环境问题，它们已经成为影响社会可持续发展、人类可持续生存的重大问题。2. 水污染根据污染物的不同可分为_、_和_三大类。3. 空气净化与大气污染控制技术可分为_和_两大类。4. 压强用国际单位制单位导出的表示结果为_。5. 李白诗中有“白发三千丈，缘愁似个长”句，用国际单位制表示李白描述的白发长度为_。释印肃诗中有“黄金万两非堪比，东西南北至分明”，用国际单位制表示诗中描述的黄金质量是_。6. 百分比浓度的量纲为_。7. 在流动糸统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随_而变，不随_而变，称为稳定流动。质量衡算依据的基本定律是_，能量衡算依据的基本定律是_。8. 考古学家发掘出长、宽、高分别为160 cm、40 cm、30 cm的古代排水砖管，壁厚为3 cm，则流过其中的流体的当量直径为_。9. 流体在圆形直管内滞流流动时，其速度分布是_型曲线，其管中心的最大流速为平均流速的_，縻擦糸数与Re的关系为_。10. 用二种厚度相同的材料保温时，往往把_的材料包在内层，以达到好的保温效果。11. 能量衡算方程中涉及的能量中机械能包括_、_和_，不能直接转变为机械能的能量包括_和_。12. 流体流动有两种典型的形态，即_和_，判别方法是用_的值来判断，判断临界值分别为_和_。13. 测流量的装置主要有_、_和_。14. 热量传递主要三种方式分别为_、_和_，其中_不能发生在固体中，_可以发生在真空中。15. 费克定律的表达式为_。16. 重力沉降和离心沉降是利用待分离的颗粒与流体之间的_，在重力或离心力的作用下使颗粒和流体之间发生相对运动。得 分二、判断题:（每小题1分，共10分）1. 对于土壤的污染只能产生局部污染。 （ ）2. 对于两种气体组成的混合体系来说，两种组分的质量比等于摩尔比。 （ ）3.对一个系统进行质量衡算的时候，可用以系统中所有的组分进行衡算，也可以用其中一种组分甚至其中一种元素进行衡算。 （ ）4. 流体在管道中流动的时候，管道直径发生变化，则流速和流量也相应的要发生变化。 （ ）5. 不管流体流过的管道截面形状如何，接近管壁的地方总是阻力最大的地方。 （ ）6. 管道内壁粗糙度的增大不一定总是增大流体流过的阻力。 （ ）7. 并联管路中不管各支路管径、粗糙度等区别有多大，流体流过各支路的阻力损失都一定相等。（ ）8. 传热的推动力是温度差与导热系数的乘积。 （ ）9. 气相向液相的质量传递主要依靠分子扩散。 （ ）10. 颗粒在流体中沉降过程中，如果重力等于阻力和浮力的和，则颗粒将悬浮在流体中不再沉降。 （ ）得 分三.选择题：（每小题2分，共20分）1. 下列结论不正确的是（）。A 液体的粘度随温度的升高而减小； B 气体的粘度随温度的升高而增大；C 液体的粘度基本上不随压强变化； D 气体的粘度随压强增大而减小。2.层流与湍流的本质区别是（）。A湍流流速大于层流流速； B湍流的流动阻力大，层流的流动阻力小；C湍流的雷诺数大于层流的雷诺数； D层流无径向脉动而湍流有径向脉动。3. 将管路上的阀门关小时，阀门的阻力系数将（）。A变小； B变大； C不变； D 视液体种类、管道材料等而定。4. 物质导热系数的顺序是( )。A 金属一般固体液体气体； B 金属液体一般固体气体；C 金属气体液体一般固体； D 金属液体气体一般固体。5. 在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关的是（）。A 颗粒的几何尺寸； B 颗粒与流体的密度；C 流体的水平流速； D颗粒的形状。6. 冷热两流体的对流传热系数相差较大时，提高总传热系数K值的措施是（）。A 提高小的值； B 提高大的值；C提高小的值，同时降低大的值； D 提高大的值，同时降低小的值。d1212147. 某液体在内径d1的水平管路中稳定流动，其平均流速为u，当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2（d2= ）的管子时，其流速为原来的（ ）倍。A ； B ； C2； D4。8. 当换热器使用一段时间后，传热表面会结垢，结垢层将使总传热热阻()。A 不变； B 减小； C 增大； D 视结垢层厚度而定，可能增大，也可能减小。9. 在换热器中，热油从140 冷却到80 ，使冷水从20 加热到50 。顺流布置和逆流布置时换热器的对数平均温差分别为（ ）。A 57.7 ，73.9； B 73.9 ，57.7 ；C 43.3 ，26.1 ； D 26.1 ，43.3 。1210. 粒径分别为16 um及8 um的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（沉降在斯托克斯区）（）。A 2； B 4； C 1； D 。得 分四、简答题：（每题4分，共20分）1. 简述重力沉降与重力沉降速率。2. 简述衡算系统及衡算系统的分类。3. 简述边界层理论及其要点。4. 简述影响对流传热的因素。5. 描述静止流体中的质量传递形式。得 分五、计算题：（每题6分，共30分）1. 有一外径60 mm壁厚3 mm的金属管，导热系数45 W/(mK)，外面包裹两层厚度均为30 mm的保温材料，直接贴着金属管的一层导热系数为0.04 W/(mK)，外层导热系数为0.15 W/(mK)，如果已知管内温度105 ，最外层表面温度5 ，计算每米管长的热损失。2. 一水箱内有1 m3含总磷60 mg/L的水，现用河水进行置换，河水进入水箱的流量为1 m3/min，含磷12 mg/L，同时从水箱中排出相同的水量，假设河水进入箱中即被良好混合，排除磷的其他消耗，计算水箱中磷含量变为20 mg/L时，需要多长时间。3. 水以0.05 m/s的速率流过三聚氰胺颗粒填料柱，填料高度为1.2 m，流出的水中三聚氰胺浓度为饱和浓度的60%，已知单位柱体积的三聚氰胺颗粒表面积为2103 m2，计算三聚氰胺在水中的传质系数。4. 如图所示，水从水池通过内径为10 cm的管道中流出，l1=30 m，l2=46 m，h2=12 m，管道中沿程摩擦系数0.025，弯头0.75，水池与水管连接处0.5。试计算水l1l2h1h2（1）当h110 m时，通过弯管的流量是多少（2）如果流量为30 L/s，水池中水头h1应为多高？5. 某条件下流体密度为1103 kg./m3，黏度为1103 Pa./s，其中悬浮有密度为2.2103 kg./m3的球状颗粒，且已知颗粒的沉降速度在斯托克斯区，（1）计算颗粒的最大直径和最大沉降速度；（2）计算该流体流经长为18 m，高为0.25 m的沉降室时，流速不超过多少才能使这种颗粒全部除去？参考答案一、填空题1. 生态破坏、环境污染2. 物理性污染、化学性污染、生物性污染3. 分离法、转化法4. kgm-1s-25. 10000 m, 500 kg6. 1（或无量纲）7. 位置、时间、质量守衡定律、能量守衡定律8. 28.14 cm9. 抛物线、0.5、64/Re10. 导热系数小的（保温好的）11. 动能、位能、静压能、内能、热12. 层流、湍流、雷诺数、2000、400013. 孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计14. 导热、热对流、热辐射、热对流、热辐射15. NAz=-DABdcAdz16. 密度差二、判断题1. ；2. ；3. ；4. ；5. ；6. ；7. ；8. ；9. ；10. .三、选择题1 C， 2 D，3 B， 4 A，5 C， 6 B； 7 D； 8 C； 9 A； 10 B。四、简答1. 重力沉降是利用非均匀混合物中待分离颗粒与流体之间的密度差（1分），在重力场中根据所受的重力的不同，将颗粒物从流体中分离的方法（1分）。颗粒在液体中开始沉降的瞬间，由于颗粒与流体间没有相对运动，沉降速率u0，随着颗粒的沉降，流体阻力增大，沉降过程变为减加速运动（1分），经过一段时间后，作用在颗粒上的重力、浮力和阻力达到平衡，颗粒开始做恒速下沉运动。颗粒沉降达到等速运动的速率称为终端速率或沉降速率（1分）。2. 用衡算方法分析各种与物质传递和转化有关的过程时，首先应确定一个用于分析的特定区域（1分），既衡算的空间范围，称为衡算系统（1分）。衡算可以是宏观上较大的范围。（1分），对宏观范围进行的衡算称为总衡算，对微元范围进行的衡算称为微分衡算（1分）。3. 1904年普兰德提出了“边界层”的概念，认为即使粘性很低的流体，边界层也不能忽略，但其影响仅限于固体壁面附近的薄层，既边界层（1分）。其要点为：（1）当实际液体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域，在此区域内，流体的流速很小，但流速沿壁面法向的变化非常迅速（1分）。这一区域称为边界层或流动边界层，也称为速率边界层。在边界层内不能忽略黏性力（1分）。（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，辟面法向速度梯度很小，可以将黏性力忽略（1分）。4. 影响对流传热的因素很多，包括流体的物性特征、固体壁面的几何特征及流体的流动特征（1分）。（1）物性特征：液体的物性将影响传热，通常，流体密度或比热越大，传热速率越大，导热系数越大，传热越迅速，黏度越大，越不利于传热（1分），（2）几何特征，将影响流体的流动状态或流体内部的速度分布（1分）。（3）流动特征，包括流动起因，流动状态，相变等（1分）。.5. 静止流体中的质量传递有两种典型情况，即单向扩散和等分子反向扩散（1分）。单向扩散是静止流体与相界面接触时的物质传递完全依靠分子扩散，其扩散规律可以用费克定律描述（1分）。等分子反向扩散是在一些双组分混合体系的传质过程中，当体系总浓度保持均匀不变时，组分A在分子扩散的同时伴有组分B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散的量与组分A相等（1分）。第三种是界面上有化学反应的扩散，既对于某些系统，在发生分子扩散的同时，往往伴随着化学反应（1分）。五、计算题1. 解：三种材料的平均对数半径分别为(1分)(1分)(1分)(2分)r总 (1分)Q=T/ r总 =(105-5)/2.348=42.59 W/m2. 解：对水箱进行磷的衡算，在dt时间内进入的磷排出的磷积累的磷（1分）令入口流量Q，浓度c1，出口流量Q，水箱内水体积V，浓度c，则有Qc1Qcd(Vc)/dt （1分）分离变量dt=Vdc/(Qc1Qc) （1分）积分边界：t: 0-t c: 60-20 （1分）即：0tdt=6020VQc1Qcdc （1分）t=1.79 min （1分）3. 解：在填料柱层取微元段dz，设A为填料柱横截面积，则微元体积为Adz，以单位时间为衡算基准，在微元段内对三聚氰胺作质量衡算，稳态情况下，流出量流入量溶解量若单位体积的三聚氰胺表面积为a，则三聚氰胺溶解的量为NAaAdz.设水中三聚氰胺饱和浓度为Cs，则三聚氰胺溶解速率为NA-k(Cs-CA)流出量流入量uAdCAuAdCA+ k(Cs-CA) aAdz=0分离变量，边界为z: 0-1.2，CA: 0-0.6 Cs00.6Cs1CS-CAdCA=-aku01.2dz-lnCs-0.6CsCs=1.221030.05k水l1l2H1H2102k=310-5 m/s4. 解：取水池水面为11截面，管道出口内侧断面为22截面，基准面在出口管轴心水平面上。(1) 在面1和面2间列机械能衡算方程u122+gz1+p1=u222+gz2+p2+hf以表压表示，p1=p2=0，水池流速u1=0，z1=h1，z2=0，代入得h1u222g+1ghf1ghf=(ld+)u222g =dl1+l2+h2+进口+2弯头u222g =0.0250.130+46+12+0.5+20.75 u222g =24u222g所以 10u222g+24u222gu2=2.8 m/s流量q= u2d24=3.142.80