环境工程原理知识点总结

1、第II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

2、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、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

4、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。2. 什么是“内摩擦力”？简述不同流态流体中“内摩擦力”的产生机理。3. 流体流动时产生阻力的根本原因是什么？4什么情况下可用牛顿黏性定律计算剪切应力？牛顿型流体有哪些？5简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。第三节 边界层理论1. 什么是流动边界层？边界层理论的要点是什么？2简述湍流边界层内的流态，以及流速分布和阻力特征。3边界层厚度是如何定义的？简述影响平壁边界层厚度的因素，并比较下列几组介质沿平壁面流动时，哪个边界层厚度较大：（1）污水和污泥；（2）水和油；（3）流速大和流速小的同种流体。4. 为什么管道进口段附近的摩擦系数

5、最大？5. 简述边界层分离的条件和过程。6. 当逆压梯度相同时，层流边界层和湍流边界层分离点的相对位置如何?请解释其原因。第四节 流体流动的阻力损失1简述运动中的物体受到阻力的原因。流线型物体运动时是否存在形体阻力？2简述流态对流动阻力的影响。3分析物体表面的粗糙度对流动阻力的影响，举应用实例说明。4.不可压缩流体在水平直管中稳态流动，试分析以下情况下，管内压力差如何变化：（1）管径增加一倍；（2）流量增加一倍；（3）管长增加一倍。5试比较圆管中层流和湍流流动的速度分布特征。6试分析圆管湍流流动的雷诺数和管道相对粗糙度对摩擦系数的影响。第五节 管路计算1. 管路设计中选择流速通常需要考虑哪些因

6、素?2. 简单管路具有哪些特点？3. 分支管路具有哪些特点？4. 并联管路具有哪些特点？5. 分析管路系统中某一局部阻力变化时，其上下游流量和压力的变化。第六节 流体测量1. 简述测速管的工作原理和使用时的注意事项。2. 分析孔板流量计和文丘里流量计的相同点和不同点。3. 使用转子流量计时读数为什么需要换算？测定气体的流量计能否用来测量液体？4. 简述转子流量计的安装要求。第四章 热量传递第一节 热量传递的方式1. 什么是热传导？2. 什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。3. 简述辐射传热的过程及其特点4. 试分析在居室内人体所发生的传热过程，设室内空气处于流动状态。

7、5. 若冬季和夏季的室温均为18，人对冷暖的感觉是否相同？在哪种情况下觉得更暖和？为什么？第二节 热传导1. 简述傅立叶定律的意义和适用条件。2分析导温系数和导热系数的涵义及影响因素。3为什么多孔材料具有保温性能？保温材料为什么需要防潮？4当平壁面的导热系数随温度变化时，若分别按变量和平均导热系数计算，导热热通量和平壁内的温度分布有何差异。5. 若采用两种导热系数不同的材料为管道保温，试分析应如何布置效果最好。第三节 对流传热1简述影响对流传热的因素。2简述对流传热的机理、传热阻力的分布及强化传热的措施。3为什么流体层流流动时其传热过程较静止时增强？4传热边界层的范围如何确定？试分析传热边界层

8、与流动边界层的关系。5. 试分析影响对流传热系数的因素。6分析圆直管内湍流流动的对流传热系数与流量和管径的关系，若要提高对流传热系数，采取哪种措施最有效？7流体由直管流入短管和弯管，其对流传热系数将如何变化？为什么？8什么情况下保温层厚度增加反而会使热损失加大？保温层的临界直径由什么决定？9间壁传热热阻包括哪几部分？若冷热流体分别为气体和液体，要强化换热过程，需在哪一侧采取措施？10什么是传热效率和传热单元数？第四节 辐射传热1分析热辐射对固体、液体和气体的作用特点。2比较黑体和灰体的特性及其辐射能力的差异。3. 温度对热辐射和辐射传热的影响。4分析物体辐射能力和吸收能力的关系。5简述气体发射

9、和吸收辐射能的特征，分析温室效应产生的机理。第五节 换热器1. 简述换热器的类型。2. 什么是间壁式换热器，主要包括哪几种类型？3. 列管式换热器式最常用的换热器，说明什么是管程、壳程，并分析当气体和液体换热时，气体宜通入哪一侧？4简述增加传热面积的方法。5试分析提高间壁式换热器传热系数的途径。 第五章 质量传递第一节 环境工程中的传质工程1. 简述环境工程中常见的传质过程及其应用领域？第二节 质量传递的基本原理2. 什么是分子扩散和涡流扩散？3. 简述费克定律的物理意义和适用条件。4. 简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。5. 对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散系

10、数将如何变化？6. 分析湍流流动中组分的传质机理。第三节 分子传质1什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。2在双组分混合气体的单向分子扩散中，组分A的宏观运动速度和扩散速度的关系？3单向扩散中扩散组分总扩散通量的构成及表达式。4. 简述漂移因子的涵义。5. 分析双组分混合气体中,当NB=0、 NB=-NA及NB=-2NA时，总体流动对组分传质速率的影响。第四节 对流传质1. 简述对流传质的机理和传质阻力的分布。2传质边界层的范围如何确定？试分析传质边界层与流动边界层的关系。3为什么流体层流流动时其传质速率较静止时增大？4虚拟膜层的涵义是什么？试比较对流传质速率方程和费克定律的异同。5比

11、较对流传热和对流传质的区别。为什么对流传质存在两种情况？6. 简述影响对流传质速率的因素和强化传质的措施。第六章 沉降第一节 沉降分离的基本概念1. 简述沉降分离的原理、类型和各类型的主要特征。2. 简要说明环境工程领域涉及哪些沉降分离的过程，并说明其沉降类型和作用力。3. 颗粒的几何特性如何影响颗粒在流体中受到的阻力？4. 不同流态区，颗粒受到的流体阻力不同的原因是什么？5. 颗粒和流体的哪些性质会影响到颗粒所受到的流体阻力，怎么影响？第二节 重力沉降1. 简要分析颗粒在重力沉降过程中的受力情况。2. 层流区颗粒的重力沉降速度主要受哪些因素影响？3. 影响层流区和紊流区颗粒沉降速度的因素有何

12、不同，原因何在？4. 流体温度对颗粒沉降的主要影响是什么？5. 列出你所知道的环境工程领域的重力沉降过程。6. 分析说明决定重力沉降室除尘能力的主要因素是什么？7. 通过重力沉降过程可以测定颗粒和流体的哪些物性参数，请你设计一些的测定方法。第三节 离心沉降1. 简要分析颗粒在离心沉降过程中的受力情况。2. 比较离心沉降和重力沉降的主要区别。3. 同一颗粒的重力沉降和离心沉降速度的关系怎样？4. 简要说明旋风分离器的主要分离性能指标。5. 标准旋风分离器各部位尺寸关系是什么？6. 旋风分离器和旋流分离器特点有何不同？7. 离心沉降机和旋流分离器的主要区别是什么。8. 在环境工程领域有哪些离心沉降

13、过程。第四节 其它沉降1. 电沉降过程中颗粒受力情况如何，沉降速度与哪些因素有关。2. 简述电除尘器的组成和原理。3. 电除尘器的优点是什么。4. 惯性沉降的作用原理是什么，主要受哪些因素的影响。5. 惯性沉降应用的优缺点是什么。6. 环境工程领域有哪些电除尘和惯性除尘过程。第七章 过滤第一节 过滤操作的基本概念1. 过滤过程在环境工程领域有哪些应用。2. 环境工程领域中的过滤过程，使用的过滤介质主要有哪些？3. 过滤的主要类型有哪些？4. 表面过滤和深层过滤得主要区别是什么？第二节 表面过滤的基本理论1. 表面过滤得过滤阻力由哪些部分组成？2. 表面过滤速度与推动力和阻力的关系，如何表示？3

14、. 过滤常数与哪些因素有关？4. 恒压过滤和恒速过滤的主要区别是什么？5. 如何通过实验测定过滤常数、过滤介质的比当量过滤体积和压缩指数？6. 洗涤过程和过滤过程有什么关系？7. 间歇式过滤机和连续式过滤机的相同点和不同点是什么？第三节 深层过滤的基本理论1. 混合颗粒和颗粒床层有哪些主要的几何特性？。2. 混合颗粒的平均粒径和颗粒床层的当量直径如何定义？3. 流体通过颗粒床层的实际流速与哪些因素有关，与空床流速是什么关系？4. 深层过滤速度与推动力和阻力的关系，如何表示？5. 悬浮颗粒在床层中的运动包括哪些主要行为？6. 流体在深层过滤中的水头损失如何变化，主要存在哪些变化情况？7. 如何防

15、止滤料表层的堵塞，为什么？第八章 吸收第一节 吸收的基本概念1. 简述吸收的基本原理和过程。2. 吸收的主要类型是什么？3. 环境工程领域有哪些吸收过程。4. 环境工程领域吸收的特点是什么？第二节 物理吸收1. 亨利定律有哪些表达形式，意义如何？2. 如何通过平衡曲线判断传质方向，其物理意义何在？3. 举例说明如何改变平衡条件来实现传质极限的改变。4. 吸收过程的基本步骤是什么？5. 双膜理论的基本论点是什么？6. 吸收速率与传质推动力和传质阻力的关系，有哪些表达形式？7. 吸收的传质阻力有哪几个部分组成，如何表示，关系如何？8. 简要说明气体性质对传质阻力的不同影响，并举例说明。第三节 化学

16、吸收1. 化学吸收与物理吸收的主要区别是什么？2. 化学反应对吸收过程有哪些影响？3. 如何联系化学吸收的气液平衡和反应平衡？4. 如何解释化学吸收中传质速率的增加？5. 化学反应速率的不同如何影响化学吸收？6. 化学吸收的适用范围是什么？第四节 吸收设备的主要工艺计算1. 吸收塔两相流动的方式各有什么优缺点？2. 板式塔和填料塔的主要区别是什么？3. 画图说明并流和逆流操作线和平衡线的不同。4. 最小吸收剂如何确定，吸收剂用量选择遵循什么原则？5. 总体积传质系数的物理意义是什么？6. 传质单元的意义是什么，传质单元数和传质单元高度与哪些因素有关。7. 吸收过程计算的基本关系式有哪些？第九章

17、 吸附第一节 吸附分离操作的基本概念1. 吸附分离的基本原理。2. 简要说明吸附根据不同的分类方法可以分为哪些类型。3. 吸附在环境工程领域有哪些应用，举例说明。第二节 吸附剂1. 常用的吸附剂有哪些？2. 吸附剂的主要特性是什么？3. 简述一下几种吸附剂的制备、结构和应用特性：活性炭、活性炭纤维、炭分子筛、硅胶、活性氧化铝和沸石分子筛。第三节 吸附平衡1. 环境条件如何影响吸附平衡？2. Freundlich方程的形式和适用范围。3. Langmuir方程的基本假设是什么？4. Langmuir方程的形式和适用范围。5. BET方程的物理意义是什么？6. 如何表示吸附剂对不同吸附质的选择性？

18、7. 简要说明液体吸附的吸附等温式形式和适用范围。第四节 吸附动力学1. 吸附过程的基本步骤是什么？2. 吸附过程可能的控制步骤是什么？第五节 吸附操作与吸附穿透曲线1. 常见的吸附分离设备和操作方式有哪些？2. 接触过滤吸附中，单级吸附、多级吸附和多级逆流吸附的平衡线和操作线关系如何，画示意图说明。3. 接触过滤多级逆流吸附最小吸附剂如何确定，画示意图说明。4. 固定床吸附中，床层可以分为几个区域，各区域的特点是什么？5. 简述固定床吸附从开始到完全失去吸附能力的变化过程。6. 画出穿透曲线的示意图，并在图中标出穿透点、终点、剩余吸附量和饱和吸附量。第十章 其他分离过程第一节 离子交换1.

19、影响离子交换树脂选择性的因素有哪些？2. 离子交换反应有哪些主要类型？3. 离子交换过程的主要步骤是什么，可能的控制步骤是什么？4. 如何判断离子交换速度的控制步骤？5. 离子交换速度的影响因素有哪些？第二节 萃取1. 萃取分离的原理和特点是什么？2. 萃取分离在环境工程领域有哪些应用。3. 说明三角形相图中各区域点的意义。4. 三角形相图中如果包含溶解度曲线和联结线，说明各区域点的意义（稀释剂和萃取剂完全不互溶）？5. 三角形相图中包含溶解度曲线，说明哪些区域是均相，哪些是多相，相的组成如何（稀释剂和萃取剂完全不互溶）？6. 萃取剂的选择原则是什么？7. 画图说明单级萃取、多级错流萃取和多级

20、逆流萃取分配曲线和操作线的不同关系？8. 萃取剂用量的确定有哪些考虑？第三节 膜分离1. 简述膜分离过程的类型和特点。2. 膜组件有哪些主要形式？3. 决定膜分离渗透性的主要因素有哪些？4. 膜分离的选择性可以用哪些参数表示？5. 多孔模型和溶解-扩散模型的基本假设是什么，分别涉及到哪些膜和物性参数？6. 渗透现象是如何发生的，实现反渗透的条件是什么？7. 反渗透和纳滤机理有哪些基本理论？8. 浓差极化现象是如何发生的，对膜分离过程有何影响？9. 说明凝胶层的形成过程以及对膜分离的影响。10. 说明电渗析中浓差极化的形成过程以及极限电流密度的出现和影响。第十一章 反应动力学基础第一节 反应器和

21、反应操作1. 反应器的一般特性主要指哪几个方面？2. 反应器研究开发的主要任务是什么？3. 什么是间歇操作、连续操作和半连续操作？它们一般各有哪些主要特点？4. 什么是空间时间和空间速度？它们所表达的物理意义分别是什么？5. 一般情况下，反应器内的流体流动状态会对反应结果产生影响，为什么？6. 根据反应物料的流动与混和状态，反应器可分为哪些类型。7. 反应器设计的基本内容包括哪几个方面？它通常使用哪几类基本方程？第二节 反应的计量关系1. 什么是膨胀因子？膨胀因子为1的反应体系，反应后系统的物质的量将如何变化？若是膨胀因子为0.5的反应体系，则如何变化？2. 什么是简单反应和复杂反应？可逆反应

22、属于哪一类反应？为什么？3. 什么是均相内反应和界面反应？4. 对于连续反应器，某一关键组分的转化率的一般定义是什么？5. 对于实际规模的化学反应器，影响某一关键组分的转化率的主要因素是什么？第三节 反应动力学1. 若将反应速率的定义写成rAdCA/dt，该定义式成立的条件是什么？说明理由。2. 气固相反应的反应速率有哪几种表达方式？气液相反应哪？3. 什么是反应级数？它的大小能否反映反应速率的大小？为什么？4. 对于某一化学反应，它的速率常数是否与反应物的浓度有关？催化剂能否改变速率常数的大小？5. 零级不可逆单一反应有哪些主要特点？6. 一级不可逆单一反应有哪些主要特点？7. 二级不可逆单

23、一反应有哪些主要特点？8. 对于可逆单一反应，反应物的浓度能减少到零吗？为什么？9. 在平行反应中，什么是主反应？什么是副反应和副产物？10. （9）对于串联反应，其中间产物的浓度随反应时间如何变化？在实际操作中能否将中间产物的浓度控制到最大值？如何控制？第十二章 反应动力学的解析方法第一节 动力学实验及实验数据的解析方法1. 动力学实验的主要目的有哪些？2. 用槽式反应器进行动力学实验有哪些优点？3. 对反应器进行物料衡算时，一般应注意哪些问题？4. 对于全混流槽式反应器和推流式反应器，分别如何选择物料衡算单元，为什么？第二节 间歇反应器的解析1. 在环境工程研究中，进行液相反应速率方程的实

24、验测定时，常采用间歇反应器，为什么？2. 简述利用间歇反应器进行动力学实验的一般步骤。3. 试用流程图表达间歇动力学实验数据的积分解析法。4. 试用流程图表达间歇动力学实验数据的微分解析法。5. 如何利用半衰期确定反应级数？第三节 连续反应器的解析1. 在稳态状态下，槽式连续反应器内的组分组成和转化率随时间变化吗？为什么？2. 试用流程图表达利用槽式连续反应器进行动力学实验的一般步骤。3. 试用流程图表达利用积分平推流反应器进行动力学实验的一般步骤。4. 试用流程图表达利用微分反应器进行动力学实验的一般步骤。5. 什么是积分反应器和微分反应器？它们用于动力学实验时，各有什么特点？第十三章 均相

25、化学反应器第一节 间歇与半间歇反应器1. 对于一个实际规模的均相连续反应器，影响反应物转化率的主要因素有哪些？2. 间歇反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？3. 半间歇反应器有哪几种操作方式？4. 半间歇反应器与间歇反应器相比有哪些异同点？5. 对于半间歇反应器，转化率是如何定义的？第二节 完全混合流反应器1. 全混流连续反应器的一般操作方式是什么？你能举出哪些间歇反应器的例子？2. 与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需全混流连续反应器的体积有何不同？为什么？3. 对于一简单不可逆反应，在反应器总有效体积和反应条件不变的条件下，随着全

26、混流反应器的级数的增加，反应物的转化率如何变化？为什么？转化率的极限值是什么？4. 简述多级全混流反应器的解析计算法。5. 简述多级全混流反应器的图解计算法。第三节 平推流反应器1. 对于一个实际规模的反应器，在什么条件下可视为平推流反应器？2. 对于不可逆液相反应，利用间歇反应器和理想平推流反应器进行反应操作时的基本方程有何异同？简要分析其理由。3. 与间歇反应器相比，对于同一反应，在同样的反应条件下，达到同样的转化率，所需平推流反应器的体积相同。如何解释这种现象？4. 循环反应器有哪几种典型的操作方式？5. 对于在平推流反应内进行的不可逆液相反应，如果将出口处的反应物料器一部分返回到反应器

27、，反应物的转化率将如何变化？如何解释这种变化？第十四章 非均相化学反应器第一节 固相催化反应器1. 催化反应有哪些基本特征？2. 固体催化剂的一般组成是什么？载体在固体催化剂中起什么作用？3. 固相催化反应过程一般可概括为哪些步骤？4. 固相催化反应有哪些基本特点？5. 固相催化反应的本征动力学过程包括哪些步骤？6. 在进行本征动力学速率方程的实验测定中，如何消除外扩散和内扩散的影响？分别如何确定实验条件？7. 催化剂有效系数的基本定义什么？它有哪些用途？8. 催化西勒（Thiele）模数的物理意义是什么？具体说明西勒（Thiele）模数的大小如何影响催化剂的有效系数？9. 简述影响球形催化剂

28、有效系数的主要因素及其产生的影响。10. 什么是流化床反应器？与固定床反应器相比，它有哪些优缺点？第二节 气液相反应器1. 气液相反应过程一般可概括为哪些步骤？2. 气液相反应的本征反应速率方程是什么涵义？3. 气液相瞬间反应的基本特点是什么？4. 气液相瞬间反应的增强系数有何物理意义？5. 什么是界面反应？6. 气液相快速反应的基本特点是什么？7. 根据气液相拟一级快速反应的宏观速率方程，简述提高反应速率的措施。8. 什么是八田数？它有何物理意义？9. 气液相拟一级快速反应的增强系数具有什么物理意义？10. 气液慢速反应的基本特点是什么？11. 气液相反应的宏观速率方程根据本征反应速率的快慢

29、有不同的表达形式，为什么？第十五章 微生物反应器第一节 微生物与微生物反应1. 为什么说微生物反应类似于化学反应中的自催化反应？2. 微生物反应一般可分为哪几类反应？3. 微生物反应中的基质有哪些作用？4. 微生物反应的产物有哪几类？5. 有机物的微生物分解反应中产生的能量有哪些用途？第二节 微生物反应的计量关系1. 什么是计量学限制性基质？2. 什么是生长速率限制性基质？3. 细胞产率系数有哪些用途？4. 细胞产率系数有哪几种？它们取值范围各是什么？5. 什么是有效电子？如何计算？6. 什么是代谢产物的产率系数？第三节 微生物反应动力学1. 什么是微生物的比生长速率？2. Monod方程中的

30、最大比生长速率和饱和系数各表达什么意义？3. 与富营养细胞相比，贫营养细胞的饱和系数有何特点？4. 基质消耗速率方程中的维持系数有什么物理意义？5. 影响以微生物膜表面积为基准的基质消耗速率的主要因素（主要指与微生物膜和基质本身特性有直接关系的主要因素，不包括温度、pH等环境条件）有哪些？6. 试比较固体催化剂的有效系数与微生物膜的有效系数的定义有何不同？第四节 微生物反应器的操作与设计1. 微生物的间歇培养生长曲线可分为哪几个阶段？什么是最大收获量？2. 微生物的半连续培养的操作方式有何特点？3. 在微生物的半连续培养中，反应器内基质浓度会出现先增加后减少的现象。为什么出现这种现象？4. 什

31、么是稀释率？微生物的连续培养系统（没有细胞循环系统）中，稀释率的最大值是什么？5. 在微生物的连续培养系统中，能否控制微生物的比生长速率？如何实现？6. 什么是微生物连续培养中的“洗脱现象”？为什么会出现这种现象？7. 细胞循环反应器可以在大于微生物比生长速率的条件下稳定运行，为什么？第III篇 综合练习题一、环境工程原理基础11 简答题1 写出下列物理量的量纲 （1） 粘度；（2）扩散系数D。答：（1）粘度的量纲：（2）扩散系数D的量纲：2 简述等分子反向扩散和单向扩散过程及传质通量的区别。答：单向扩散时存在流体的总体流动，因此扩散组分的传质通量增加。3 边界层分离的条件是什么？层流边界层和

32、湍流边界层哪个更容易发生边界层分离？为什么？答：粘性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件 层流边界层更容易发生分离。原因：层流边界层中近壁处速度随y的增长缓慢，逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点。4 水在圆形直管中呈层流流动。若流量不变，说明在下列情况下，摩擦阻力的变化情况：（1）管长增加一倍；（2）管径增加一倍。答： 层流时：管长增加一倍时，阻力损失增加一倍；管径增加一倍时，阻力损失减小为原来的1/16。5 试写出几种主要的强化间壁式换热器传热效果的具体措施。答：根据传热基本方程，可通过增加传热面积、增大传热系数和推动力来强化传热。具体措施包括：（1）采用小直径管、异形表面、加装

33、翅片等；（2）改变两侧流体相互流向，提高蒸汽的压强可以提高蒸汽的温度，增加管壳式换热器的壳程数；（3）提高流体的速度，增强流体的扰动，采用短管换热器，防止结垢和及时清除污垢等。6 网球的粗糙表面有利于减少运动阻力，试解释原因。答：运动阻力包括摩擦阻力和形体阻力。由于球面面积较小，网球运动速度较快，形体阻力占主要地位。表面粗糙可以使边界层湍流化，使边界层分离点后移，减少形体阻力，从而减少运动阻力。7 水在光滑圆形直管中流动，分析以下情况下因摩擦阻力而产生的压降的变化情况：（1） 水在管中呈层流流动，流量不变，管长增加一倍或管径增加一倍；（2） 水作湍流流动，管长及管径不变，流量增加一倍，摩擦系数

34、为。答：压降（1） 层流时，管长增加一倍时，压降增加一倍；管径增加一倍时，压降减小为原来的1/16。（2） 湍流时，流量增加一倍时，压降增加，为原来的5.19（或2（21/4）倍。8 某热水管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温，若保温材料厚度相同，为了达到较好的保温效果，应将哪种材料放在内层，试解释原因。答：应将导热系数小的材料放在内层。证明过程：设当在内层，有当在内层，有为比较的大小，将上两式相除，可得，因此应将放在内层。9 转子流量计在安装和使用中应注意什么？答：安装转子流量计时应注意： （1）转子流量计必须垂直安装,若倾斜度1度将造成0.8的误差。 （2）转子流量计必须安装在垂直管

35、路上，且流体流动的方向必须由下往上。 使用时应注意：测量流体和环境条件是否与出厂时标定的相同，如不同，需对读数进行校正10. 流体在管内流动时，同时发生传热或传质过程。当流速增加致使流态发生变化时，对流动和传递过程产生什么影响？当流体流过弯管时，与直管有什么不同？答：流动转化为湍流后，流动阻力增加，传热或传质阻力减少。流体流过弯管时，由于离心力的作用，扰动加剧，使阻力损失增加，传递系数增大，传递过程被强化。CA0CA0CA011. 流体中组分A的含量为，与平壁面接触，壁面上组分A的含量为，且>。试绘制当流体分别为静止、沿壁面层流流动和湍流流动时，组分A在壁面法向上的浓度分布示意图。 a.

36、静止时 b.层流流动 c.湍流流动答：图15-1 综合练习题1.1(11)图答案见上图。12. 设冬天室内的温度为，室外温度为，>。在两温度保持不变的情况下，试绘制下列三种情况下从室内空气到室外大气温度分布示意图。（1）室外平静无风，不考虑辐射传热； （2）室外冷空气以一定流速流过砖墙表面； （3）除了室外刮风外，还考虑砖墙与四周环境的辐射传热。室内T1室外T2室内T1室外T2室内T1室外T213. 流体沿平壁面流动时，同时发生传质过程。当流速增加致使流动状态由层流变为湍流时，试分析流动边界层厚度的变化，以及对流动阻力和传质阻力产生的影响。答：边界层厚度与流速有关，流速增加，边界层厚度减

37、少。流动由层流变成湍流，速度梯度变大，摩擦力增加，流动阻力增加；边界层厚度减少，而传质阻力主要集中在边界层，湍流加大了液体的对流，浓度梯度增大，传质阻力减少。14. 流体沿壁面流动时，有时会出现边界层分离的现象。试论述（1）边界层分离的条件；（2）流动状态对边界层分离和流动阻力的影响。答：（1）边界层分离的条件：流体具有粘滞性，产生逆压梯度，将靠近界面的慢流体的速度阻滞为零，即可发生边界层分离。（2）层流边界层速度变化较湍流小，慢速流体更容易被阻滞。所以，湍流边界层分离比层流延后。由于湍流边界层分离延后，分离点下移，尾流区较小，所以其形体阻力小。15. 有一个套管换热器，内管外侧装有翅片，用水

38、冷却空气，空气和水各应走哪里（管内和壳间）？试解释原因。答：装有翅片的目的一方面是为了加大接触面积；另一方面是为了破坏边界层形成以提高对流传热系数。由总传热速率方程 可以看到：要提高传热器的传热效果，应当提高限制步骤的传热效果。因此，在用水冷却空气的换热过程中，空气对流传热慢，是制约因素。所以，翅片应放在空气一侧，即空气走壳间，水走管内。16燃烧废气中含有SO2，欲采用吸收法去除。根据你所学的知识，分析提高去除效率的方法。答：吸收法可近似认为单向扩散，。由上式可知，为了提高吸收效率，可以增加SO2的浓度（浓缩尾气），换用高效的吸收液（碱液等）；同时即使更换新的吸收液；增大吸收液与SO2的接触面

39、积（雾状喷淋）；适当增加温度和压强，以加快碱液对SO2的吸收速率。12 某城市生活污水采用完全混合曝气法处理，水量为3×104m3/d，BOD5浓度为200mg/L，要求稳态运行时，出水BOD5浓度达到一级排放标准，即30mg/L，曝气池中有机物的降解遵循一级反应，反应速率为 （反应速率常数0.1d-1）。（1）确定曝气池的有效容积；曝气池沉淀池污泥回流（2）若曝气池中污泥浓度为2000 mg/L，回流污泥浓度为4000 mg/L，求沉淀池的污泥回流比R。解：（1）以曝气池和沉淀池为衡算系统，以BOD5为衡算对象，由物料衡算方程得：系统稳态运行，0；代入相应数值得：（2）以曝气池为衡

40、算系统，以污泥为衡算对象。由衡算方程，得13一直径为2m的贮槽中装有质量分数为0.1的氨水，因疏忽没有加盖，则氨以分子扩散形式挥发。假定扩散通过一层厚度为5mm的静止空气层。在101KN/m2、20下，氨的分子扩散系数为1.8×105m2/s，计算12小时中氨的挥发损失量。计算中不考虑氨水浓度的变化，氨在时的相平衡关系为。解：氨在水中的摩尔分数为：由题中的相平衡关系算出氨在液面上的分压269×0.105=28.2KN/m2氨在空气中的分压为0空气的分压：在水面上：在空气中：空气的对数平均分压为：因此，氨在空气中的扩散速率为：水槽的表面积为12小时氨的挥发损失量为：G2.97

41、5×3.14×24=224.4kg/d14将水从贮水池输送到处理构筑物中，原有一条管路，直径为500mm。为增加输水量，在该管旁增加一条新管，管径为250mm。两管均为水平敷设，长度相等，为1000m，流动处于阻力平方区，摩擦系数为0.02。当两管的出水端单独接入构筑物和合并后接入构筑物时，两管中的流量比为多少？当两管长度为10m时，流量比为多少？解：（1）管长为1000m时，阻力损失主要为沿程损失，局部损失可以忽略。两管单独接入构筑物或合并后接入构筑物时，两管的水力损失应相等有：即：其中，0.02；1000m；:500: 250所以，（2）管长为10m时，沿程阻力损失和局

42、部阻力损失均要考虑。当两管单独接入构筑物时，两管的水力损失分别为：（注：以下两式中删除了分母中的g）大管：小管：两管水力损失相等，故所以当两管合并后接入构筑物时，忽略交汇点处水力损失：大管：小管：两管水力损失相等，故所以15有一外径为150mm的钢管，为减少热损失，今在管外包以两层绝热层。已知两种绝热材料的热传导系数之比为1：2，两种绝热层厚度都为30mm。试比较两种绝热材料不同顺序放置时的热损失。设两种情况下内外温度不变。解：设两种绝热材料的导热系数为：1：2当导热系数的材料放在内层时： （1）其中，将，代入式（1）得（注：式（2）和（4）最后一项的分母中增加了1） （2）当导热系数的材料放

43、在内层时： （3）向式（3）代入，得 （4）比较式（2）和（4）可以看到即把导热系数较小的绝热材料放在内层可以减少热损失。1.6 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120 mg/L。有机物降解符合一级反应动力学，降解速率常数为0.30d1。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。解：以第一个池塘为衡算系统，

44、在稳定状态下，由物料衡算方程得：=25.6mg/L以第二个池塘为衡算系统，在稳定状态下，由物料衡算方程得：=23.7mg/L1.7 现有一传热面积为3m2、由25×2.5mm的管子组成的列管式换热器，拟用初温为30的水将某液体由200冷却到100，水走管内。已知水和液体的定压比热容分别为4.18 kJ/(kg.·K)和2.0kJ/(kg.·K)，冷侧和热侧的对流传热系数分别为2000 W/（m2·K）和250 W/（m2·K）。当水和液体的质量流量分别为1000kg/h和1200kg/h时，通过计算说明该换热器是否满足要求；若不满足，可通过什么

45、方法解决（定性分析）？（两流体呈逆向流动，忽略管壁热阻和污垢热阻）解：用30的水将某液体由200冷却到100时，由热量衡算方程，有，故水的最终温度为逆向传热时的平均温差为传热阻力为该换热器在此时能够传递的热量为<因此，该换热器无法满足要求。解决的方法：在无法改变水温的情况下，增加水的流量，从而增大平均温差；增加换热器数量或换用换热面积较大的换热器；在换热器内部安装翅片，热流体走管外，增大热侧对流传热系数，从而增大总传热系数，并增大传热面积。1.8 将20的水以30 m3/h的流量从水池送至高位水箱，已知水箱顶部压强为0.05MPa（表压），水箱水面与水池水面的高差为10m。输水管内径为8

46、0mm，长18m，管线局部阻力系数（阀全开时），摩擦系数，求所需泵的功率。已知水的粘度为1×103Pa·s，密度为1×103kg/m3。解：输水管中的水流流速输水管局部阻力损失：摩擦系数：输水管沿程阻力损失：所需泵的功率1.9 30、100 kPa下，在填料塔中用水吸收混合于空气中的SO2。在塔内某一点上，气相中SO2的浓度为y=0.09，液相中SO2的浓度为x=0.002，气相传质阻力认为集中在2mm厚的气膜中。计算稳定条件下在该点上SO2的传质速率。已知SO2在空气中的分子扩散系数为5×105 m2/s，30时SO2水溶液的平衡关系为Y=26.5X。

47、解：液相中SO2的摩尔比为在稳态条件下，气相界面SO2的摩尔比为：YA,1=26.5X A,126.5×0.002=0.053气相界面SO2的摩尔分数为气相主体中SO2的浓度：0.09设yB,1和yB,2为惰性组分在2相界面和气相主体间的摩尔分数,则所以1.10 一根水平放置的蒸汽管道，其保温层外径为583mm，保温层外表面的实测温度为48，空气温度为22。此时空气与保温层外表面的自然对流传热系数为3.43W/m2·K，保温层外表面的黑度是0.9。试求此管道每米长度的总散热量。（此时，辐射传热的角系数为1，总辐射系数为）解：对流传热：辐射传热：所以：1.11 某热水管道拟采

48、用两层保温材料进行保温，已知两种材料的导热系数分别和，>。若保温材料厚度相同，为了达到较好的保温效果，应将哪种材料放在内层，试通过计算式说明原因。解：当导热系数为的材料在内层时，>，<，令a，c当导热系数为的材料在内层时，>，>，令c，a因为所以即为了达到较好的保温效果，导热系数为的材料应放在内层1.12 纯气体A通过厚度为0.01m的气膜从主体向催化剂表面扩散，在催化剂表面发生瞬时化学反应A（g）2B（g），生成的B又反向扩散回来。已知总压力为1.013×105Pa，温度为300K，扩散系数DAB为1.5×105m2/s。试求A的扩散速率。解

49、：由因为所以：1.13 一直径为20mm的球形萘粒置于压力为1.013×105Pa、温度为318K的空气中，已知该温度下萘的蒸汽压为74 Pa，萘在空气中的扩散系数为6.9×106m2/s，萘的分子量为128，密度为1145kg/m3。试求以下两种情况下，萘球全部升华所需要的时间。 （1）萘粒置于大范围静止空气中（注：在大范围静止空气中的传质阻力相当于通过厚度为球半径的静止空气层的阻力）；（2）空气以0.3m/s的速度流动，此时的平均对流传质系数为6.4×103m/s。解：（1）设任一时刻萘球的半径为r，有传质速率方程，有又根据质量衡算，有即所以其中，边界条件t0

50、，r0.01; t=t，r0积分得：（2）又所以二、分离过程原理2.1 简答题1. 进口气速不变，增大旋风分离器的直径，对离心力有何影响？转速不变，增大离心机转鼓直径，对离心力有何影响？参考答案：对旋风分离器，离心力，进口气速不变，离心力与直径成反比，所以增大直径，离心力减小。对离心机，离心力，转速不变，离心力与直径成正比，所以增大直径，离心力增加。2. 在过滤过程中，滤饼层的可压缩性通常用什么参数来表示？试分析说明滤饼层为不可压缩和可压缩两种情况时，增加过滤压差对过滤速度的影响。参考答案：通常用压缩指数s来表示。由可知，增加过滤压差，过滤速度都会增加，但是滤饼层不可压缩时，过滤速度会增加得更

51、快。3. 试比较深层过滤和表面过滤的特点和差异。参考答案：从两者的过滤介质、过滤过程、过滤机理和应用范围加以比较。4. 试说明反渗透膜材质是如何影响膜的截留率的？参考答案：，可见膜材料的选择性渗透系数直接影响截留率。要实现高效分离，KW要尽可能大，KA要尽可能小，也就是膜材料必须对溶剂的亲和力强，而对溶质的亲和力弱。5. 空气中含有SO2和CH4两种气体，其分压相同，试判断哪种污染物更易被水吸收？为什么？参考答案：SO2更容易被水吸收。因为SO2在水中的溶解度系数更大，而且能够跟水结合并进一步解离。6. 采用活性炭吸附某含酚废水，当采用单级吸附饱和后，将饱和后的活性炭填充到固定床中，从顶部通入

52、同样浓度的含酚废水，问活性炭是否还能吸附酚？为什么？参考答案：还能吸附。因为单级吸附饱和后，所对应的平衡浓度较低，通入新的废水后，液相浓度增加，活性碳又处于不饱和状态，所以还会继续吸附。2.2某水中含有颗粒直径为0.2mm的悬浮液，颗粒所占的体积分率为0.1，在9.81×103Pa的恒定压差下过滤，过滤时形成不可压缩的滤饼，空隙率为0.6，过滤介质的阻力可以忽略，试求（1）每平方米过滤面积上获得1.5m3滤液所需的过滤时间；（2）若将此过滤时间延长一倍，可再得多少滤液。（水的粘度为1×10-3Pa·s） 解：（1）首先计算形成滤饼的比阻滤饼的空隙率为0.6，颗粒的

53、比表面积 m2/m3，取比例系数，可得滤饼的比阻为：m-2又假设每得到1m3滤液形成的滤饼体积为c，则根据水的物料衡算可得，得m3（滤饼）/ m3（滤液）所以，恒压过滤的过滤常数可计算为m2/s由恒压过滤方程得s（2）若是时间延长一倍，则s由恒压过滤方程所以m3所以延长一倍的时间，再得到的滤液量为m32.3在310kPa的操作压力下，采用吸收法去除混合气体中的组分A，已知混合气体中A的分压为100kPa，吸收液中A的摩尔分数为0.003，以摩尔分数差为推动力的气膜和液膜传质系数分别为kmol/m2·s、 kmol/m2·s，亨利系数E为1.067×104 kPa，

54、试求：（1）组分A的传质速率；（2）分析传质阻力，判断是否适合采取化学吸收；（3）如果采用化学吸收，传质速率提高多少。假设发生瞬时不可逆反应。解：（1）以气相分压差为推动力的气膜传质系数为 kmol/kPa·m2·s以液相浓度差为推动力的液膜传质系数为m/s溶解度系数 kmol/kPa·m3所以以气相分压差为推动力的气相总传质系数为 kmol/kPa·m2·s传质推动力为kPa所以传质速率为 kmol/m2·s（2）传质阻力分析总传质阻力 (m2·s·kPa)/kmol其中气膜传质阻力为(m2·s·kPa)/kmol，占总阻力的0.2%液膜传质阻力占总阻力99.8%，传质过程为液膜控制，适合采用化学吸收。（3）采用化学吸收时，忽略液相传质阻力，且认为液相中A摩尔分数为0则此时传质速率为 kmol/m2·s比原传质速率提高627倍2.4某活性炭吸附苯酚的吸附等温试验方程式为q2.5 C0.5，其中q为吸附容量（mg/g），C为吸附平衡溶质浓度（mg/L）。今有浓度为100mg/L、体积为200mL的苯酚溶液，问：（1） 采用单级间歇操作进行处理，欲将溶液中的苯酚浓度降低到10mg/L，需要投加多少活性炭？（2）将经过单级操作的活性炭加入固定床中，持续吸附浓度为100mg/