环境工程原理考试第一部分试题.pdf

2006 年秋季学期 环境工程原理 第一部分测验题 姓名 学号 一 简答题 共 40 分 1 在空气 水间壁换热器中 为强化换热可采取哪些措施 传热壁面的温度接 近于哪一侧的温度 4 分 2 为减少室外设备的热损失 在保温层外包一层金属皮 一般会采用表面光滑 颜色较浅的材料 试说明原因 4 分 3 有一转子流量计 原来用钢制转子 现改用形状相同的塑料转子代替 此时 同刻度下的流量如何变化 为什么 4 分 4 三层圆筒壁热传导过程中 最外层的导热系数小于第二层的导热系数 两层 厚度相同 在其它条件不变时 若将第二层和第三层互换 则导热量如何变化 若内层温度高于环境温度 则第二层和第三层间的截面温度如何变化 请简单说 明原因 4 分 5 由 A B 两组分组成的双组分系统中 在一般情况下进行分子扩散时 有主 体流动 且 NA NB 在总浓度 c 恒定的条件下 试证明 DAB DBA 4 分 6 已知分子扩散时 通过某一截面的组分 A 的传质通量 分子扩散通量和总物 质通量分别为 NA NA D NM 在以下两种情况下 分别在括号内填写 或 或 表示出三者的关系 3 分 1 等分子反向扩散时 NA D NA NM 0 2 A 组分单向扩散时 NM NA NA D 0 7 流体在直管内流动时 同时发生传质过程 当流速增加致使流态有层流变为 湍流时 对流动阻力和传递阻力产生什么影响 当流体流过弯管时 对流动阻力 和传递阻力产生什么影响 4 分 8 某工业废气中含有氨 拟采用吸收法进行预处理 根据你所学的知识 分析 提高去除效率的方法 5 分 9 一定流量的液体在 25 2 5mm 直管内湍流流动 如流量和物性都不变 改用 一根 19 2 5mm 的直管 则 值将如何变化 变化量为多少 4 分 10 327 的黑体辐射能力为 27 黑体辐射能力的多少倍 简写出求解过程 4 分 二 计算题 共 60 分 1 某一双池塘系统如图所示 上游流量为 10 104m3 d 其中有机物浓度为 20mg L 第一个池塘的容积为 5 0 104m3 第二个池塘的容积为 3 0 104m3 有 一股流量为 1 104m3 d 的污水进入第一个池塘 有机物浓度为 120mg L 有机物 降解符合一级反应动力学 降解速率常数为 0 30d 1 不考虑蒸发 渗漏或降雨 等因素 假设每一个池塘都呈完全混合状态 求稳定状态下每个池塘出水的有机 物浓度 10 分 第 1 题图示 2 厚度为 240mm 的砖墙 内壁温度为 200 外壁温度为 20 砖墙的导热系 数与温度的关系可以表示为W m 试求穿过砖墙 的导热通量和砖墙中心平面的温度 10 分 3 0 2 12 510 T 3 在一细管中 底部水在恒定温度 298K 下向上部的干空气蒸发 干空气压力 为 0 1 106pa 温度为 298K 水蒸气在管内的扩散距离 由液面到管顶部 L 10cm 在 0 1 106Pa 298K 的温度时 水蒸气在空气中的扩散系数为 DAB 2 50 10 5m2 s 试求稳态扩散时水蒸气的传质通量和传质分系数 10 分 4 纯气体 A 通过厚为 0 01m 的气膜向催化剂表面扩散 并在催化剂的作用下 发生瞬时化学反应 2A g B g 生成的气体反向扩散回来 已知总压为 101 3kPa 温度为 300K 扩散系数 DAB为 1 10 5 m2 s 试求稳定情况下 A 的传 质通量 15 分 5 在一逆流操作的列管式换热器中用水将油冷却 换热器管束由 25 2 5mm 的 钢管组成 油的比热为 2 5 kJ kg 油走管间 流量为 5000kg h 温度从 100 冷却至 65 水走管内 温度从 20 升至 45 油和水的对流给热系数分别为 500 W m2 K 和 2000 W m2 K 如果忽略污垢热组 求总传热系数 K 和所需的传热面积 A 该换热器使用一年后 有油垢和水垢生成 设油垢和水垢的热阻分别为 0 0002 m2 K W 和 0 00025 m2 K W 求此时的总传热系数 K 和所需的传热面积 A 若要提高 K 值 应采取什么措施 15 分 参考答案 一 简答题 共 40 分 1 1 提高总传热系数 气侧传热控制 所以强化气侧 走管外 加翅片 水 侧提高流速 提高温差采用逆流操作 2 接近水侧温度 因为水侧热阻小 温差小 2 1 表面光滑 减小对流传热系数 减少对流热损失 2 颜色较浅 辐射能力弱 减小辐射热损失 3 流量变小 写出公式 4 导热量减小 因为总热阻增加 内层温差增加或外层温差减小 因为没有给 出内外温度的高低 所以答出温差变化即可 5 写出公式 1 分 6 1 等分子反向扩散时 NA D NA NM 0 2 A 组分单向扩散时 NM NA NA D 0 7 1 湍流边界层减小 速度梯度大 摩擦力大 分子传递厚度减小 传递阻 力减小 速率增大 2 弯管处产生环流 扰动剧烈 摩擦力增大 利于传热 8 大推动力 化学吸收 逆流 增大传质系数 加大流速 增加扰动或加填料 增大接触面积 液滴 9 增大 写出与流速和管径的关系 1 9 倍 10 16 倍 公式 二 计算题 共 60 分 1 解 取池塘 1 为恒算系统 稳态下 积累量为 0 10 104 20 1 104 120 11 104 1 0 3 5 104 0 1 25 60mg L 再取池塘 2 11 104 1 11 104 2 3 104 0 3 2 0 2 23 66mg L 2 解 由题有 dT q dy 3 0 2 12 5 10 dT qT dy 0 24 20 32 200 0 0 20 5 0 2 2 5 10 qdyTT q 191 25W m2 另 设砖墙中心平面的温度为 T 则有 0 12 32 200 0 0 20 5 0 2 2 5 10 T qdyTT T 117 88 3 解 298K 下 水蒸气的饱和蒸汽压为 3 291kPa pa i 3 291kPa pa 0 0 pb 0 100kPa pb i 96 709kPa 所以有 pb m 98 345kPa AB AA i bm Dp Np RTLp 0A p NA 3 38 10 7kmol m2s KG NA pa i pa 0 1 026 10 7mol m2Pas 4 解 由题有 AA AABA dcc NDNN dzc B 因为有反应2A g B g 所以可得 NA 2NB 代入上式有 1 2 A AAB A dc N dzD c c 积分得 0 0 2 222 lnln 2 2 A A ABAB A A i A i c yD cD c c N dz c LL c y 对于瞬间反应有ya i 0 ya 0 1 代入上式 NA 5 63 10 5kmol m2s 5 解 1 因为为逆流操作 所以有 T1 55 T2 45 Tm 49 832 对于总传热系数K有 1 2 111A KA 油水 代入数据得 K 380 95W m2K 又有 Q KA T