环工原理复习题（2016）.docx

一：问答题
1、 环境工程原理这门课主要讲了哪些内容？
2、 流体流动状态有哪两种？各自有什么特点？判据是什么？常温下水的密度为1000，粘度为1cp，在的管内以 速度流动，其流动类型为
层流和湍流；层流基本特征是分层流动，表现为各层之间相互影响和作用较小，剪应力主要是由分子运动引起的；湍流存在流体质点的随机脉动，流体之间相互影响较大，剪应力除了由分子运动引起外，还由质点脉动引起；根据雷诺数Re的大小来判断，Re越大湍流特征越明显。
3、 温度、压力对流体黏度的影响？气体的粘度随温度的升高而_________，水的粘度随温度的升高_______。
压强：气体的黏度随压强的升高而增加，低密度气体和液体如水、常见气体等的黏度随压强的变化较小；温度是影响黏度的主要因素，当温度升高时，液体的黏度减小，气体的黏度增加
4、 流体的边界层理论？
（1）当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面处存在非常薄的一层区域——边界层；
（2）在边界层内，流体的流速很小，但速度梯度很大，流动阻力集中于此
（3）在边界层外的整个流动区域，可将黏性力全部忽略，近似看成是理想流体的流动。
5、 边界层分离的条件？流动状态对边界层分离以及流动阻力的影响？
黏性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件。层流边界层和湍流边界层都会发生分离，但层流边界层比湍流边界层更容易发生分离，这是由于层流边界层中近壁处速度随径向的增长缓慢，逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点，湍流边界层中的分离点较层流边界层的分离点延迟产生。
6、 一定量的流体在圆形直管内作层流流动，若将其管径增加一倍，问能量损 失变为原来的多少倍？
7、 换热器的设计中为何常常采用逆流操作？
8、 何谓沉降？沉降可分为哪几类？何谓重力沉降速度？
9、 流体的流动形态有哪几种？如何判断？
10、 何谓层流内层？其厚度受哪些因素影响？
11、 阻力损失产生的原因以及影响因素？
原因：黏性流体的内摩擦力造成摩擦阻力；物体前后压强差引起形体阻力
影响因素：流动状态，湍流边界层分离点后移，尾流区较小，故形体阻力小，但湍流时摩擦阻力较小；物体的形状，良绕体阻力小，钝体阻力大；物体表面的粗糙度，粗糙度大，摩擦力大，但是表面粗糙使流体湍流化后，形体阻力减少，所以总阻力反而可能减少。
12、 热量传递的方式？特点或定义？
热传导，对流传热，辐射传热。
热传导：通过物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞发生的热量传递过程。通常指固体传热。
对流传热指流体质点发生相对位移而引起的热量传递，通常指流体与固体壁面之间的传热
13、 等分子反向扩散和A组分单向扩散的特征是什么？
单向扩散指只有组分从相1向相2扩散，而没有物质从相2向相1扩散；等分子反向扩散是指体系总浓度保持不变，组分A从相1向相2扩散的同时，组分B从相2向相1扩散，且组分B扩散通量与组分A相等，即无总体流动。
14、 沉降分离的原理（概念）以及分离对象？沉降的分类？什么是重力沉降速度？沉淀池或除尘室的分离条件是什么（停留时间和沉降时间之间的关系）？
使处于某种力场中的颗粒物与流体发生相对运动，沉降到器壁、器底或其它沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。分离对象是流体中的颗粒物。条件是停留时间大于沉降时间。
15、 沉降分离的原理（概念）以及分离对象？离心机固定转速，半径的改变如何影响离心分离的效率？
使处于某种力场中的颗粒物与流体发生相对运动，沉降到器壁、器底或其它沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。分离对象是流体中的颗粒物。半径越大，离心沉降速度越大，分离效果越好。
16、 过滤的原理？分离对象？什么是表面过滤和深层过滤？ 恒压过滤和恒速过滤的特征是什么？过滤过程中过滤常数K发生变化吗？
混合物流体在一定的推动力的作用下通过过滤介质时，流体中的固体颗粒被截留，而流体通过过滤介质，从而实现流体与颗粒物的分离。分离对象是流体中的颗粒物。
表面过滤是流体颗粒物被截留在过滤介质表面，一般颗粒尺寸大于介质孔隙尺寸；深层过滤是流体颗粒沉降在过滤介质内部空隙中或空隙壁上，一般是介质孔隙尺寸介颗粒尺寸。
17、 颗粒的当量直径如何计算？过滤床层的当量直径呢？
18、 吸收分离的原理？
吸收是依据混合气体各组分在同一种液体溶剂中的物理溶解度（或化学反应活性）不同，而将气体混合物分离。
19、 相平衡关系在吸收过程中的3个应用？
判断传质方向；计算传质推动力；确定传质极限
20、 与物理吸收相比，化学吸收的传质速率和吸收容量如何？为什么？
化学吸收使得传质速率和吸收容量增加。一方面，溶质在液相扩散途中因发生化学反应后被消耗，液膜厚度减少，传质阻力减少。另一方面，溶质的气相分压只与溶液中呈物理溶解态的溶质平衡，已经反应的溶质不再影响气液平衡关系，因此当气体平衡分压一定时，吸收容量增加。
21、 吸附分离的原理？列举至少3个常用吸附剂。
混合组分与多孔吸附剂接触时，有选择地将一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离。活性碳，分子筛，硅胶，活性氧化铝
22、 描述气体等温吸附的三个方程分别是什么？各自的适用范围是什么？
Freundlich方程，压力范围不能太宽，低压或高压区域不能得到满意的实验拟合结果，稀薄液体吸附中也可以用。
Langmuir方程：单分子层吸附，低、中压范围适用
BET方程：多层吸附，适用范围更广，更接近实际情况
23、 离子交换分离的原理？影响离子交换速度的因素？
通过离子交换反应去除阴阳离子，离子的水合半径，离子的化合价，树脂的交联度，树脂的粒径，温度、搅拌速、度等等
24、 萃取的分离原理？分离对象？
利用混合液中被分离组分A在两相中分配差异(溶解度差异)的性质，使该组分从混合液中分离。分离对象可为有机物和无机物。
25、 反渗透膜和纳滤膜的分离原理？
通过半透膜对溶液中低相对分子质量溶质的截留作用，以外加的高于溶液渗透压的压差为推动力，使溶剂渗透过半透膜，从而将溶剂与盐或小分子物质与溶剂分离开。
26、 微滤膜和超滤膜的分离原理？去除对象？
采用多孔膜将颗粒物截留，从而实现颗粒物与溶剂的分离。微滤的主要分离对象是颗粒物，超滤的主要分离对象是胶体和大分子物质。
27、 微滤和超滤中的浓差极化和凝胶层的形成
随着过滤的进行，混合液中较大的分子被膜截留，使得膜表面较大分子的浓度高于本体中的，导致较大分子反向扩散至溶液本体中，这就是浓差极化。当膜表面截留的大分子的量超过溶解度时，大分子会析出来形成凝胶层。
28、 电渗析的基本原理？
在正负电极之间，靠近负极的是阳离子交换膜，靠近正极的是阴离子交换膜，在直流电场作用下，阳离子从正极移向负极，透过阳离子交换膜，阴离子从负极移向正极，透过阴离子交换膜，从而将溶剂中的盐除掉。
29、 电渗析中的浓差极化和极限电流密度？
在直流电场作用下，阴阳离子分别移向负极和正极，电流的传导是通过阴阳离子的移动来完成的，在溶液中为阴阳离子的迁移数之和，在阴阳离子膜中，则电流的传导只有阴离子或阳离子，以阴离子交换膜侧为例，为维持正常的电流传导，阴离子交换膜中的阴离子迁移数应该大于溶液中的，因此，膜边界层的阴离子会迁移到阴离子交换膜中，以补充差数，导致膜边界层中的阴离子浓度低于溶液中的，这就是浓差极化。当膜边界层中的阴离子浓度趋近于0时，此时的电流密度为极限电流密度，若继续增加电流密度，边界层中的水会被电离成H+或OH-

二、 计算题
【质量衡算1】如图1所示，一圆筒形反应器，直径为8m。反应器内有2m深的清水，在反应器2m处有溢流口。清水以0.02m3/s流入反应器，含硝基苯的废水以0.001m3/s流入反应器，其中硝基苯的浓度为5mg/L，硝基苯在反应器中的降解反应速率常数为0.1/h。假设反应器内混合均匀。
（1）求稳态时反应器中硝基苯的浓度？
（2）当流入反应器的清水流量突然增至0.06m3/s时，求多长时间后反应器内硝基苯的浓度降到0.1mg/L？

图1 图2 图3

【热量衡算2】如图2所示，一圆筒形储水池，直径为8m，反应器内有2m深的水，见图2，水的温度为25 ℃，在反应器2m处有溢流口。温度为100 ℃的水以0.02m3/s流入反应器，假设反应器内混合均匀。求1小时候反应器内温度为多少度？

【流体流动3】如图3所示，储水槽中的水通过直径为100mm的细水管引出，水槽中水位高出引水管10m，水在管内作稳定流动，所有圆直管的阻力糸数为λ=0.03 ，压力表及阀门之前的圆直管长50m，阀门之后至出口处的圆直管长25m，压力表读数为 0.05MPa，求圆直管中水的流速及阀的局部阻力糸数？

【传热4】列管换热器由30根、长3m的钢管组成，现拟选用此换热器将热流体从46 oC冷却至10 oC。走管外，其流量为，该温度段的的比热为。水走管内，且与成逆流流动。冷却水的进出口温度分别为和，该温度段内水的比热为。已知在管外的对流传质系数，冷却水在管内的对流传质系数为，管子的导热系数为。
求：（1）总传热系数；
（2）此换热器是否适用？

【传质5】在稳态下气体A和B混合物进行稳态扩散，总压力为1.013x105Pa、温度为278K。气相主体与扩散界面S之间的垂直距离为0.1m,两平面上的分压分别为PA,1=1.34x104Pa和PA,2=0.67x104Pa。混合物的扩散系数为1.85x10-5 m2/S,试计算以下条件下组分A的传质通量，并对所得的结果加以分析。
（1） 组分B不能穿过平面S,组分A为单向扩散时A的传质通量；
（2） 组分A 和B都能穿过平面S，组分A和组分B为等分子反向扩散时，组分A的传质通量。

【沉降6】采用平流式沉砂池去除污水中粒径较大的颗粒。如果颗粒的平均密度为2240 kg/m3，沉淀池有效水深为1.2 m，水力停留时间为1min，求能够去除的颗粒最小粒径（假设颗粒在水中自由沉降，污水的物性参数为密度1000 kg/m3，黏度为1.2x10-3Pa·S）。

另外：平时作业题、书本各章例题和课后习题也鼓励大家对照各章主体内容练习巩固。