环境工程原理课后答案Word文档下载推荐.docx

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2.2假设在25℃和1.013×

105Pa的条件下，SO2的平均测量浓度为400μg/m3，若允许值为0.14×

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

2.3试将下列物理量换算为SI制单位：

质量：

1.5kgf·

s2/m=kg

密度：

13.6g/cm3=kg/m3

压力：

35kgf/cm2=Pa

4.7atm=Pa

670mmHg=Pa

功率：

10马力＝kW

比热容：

2Btu/（lb·

℉）=J/（kg·

K）

3kcal/（kg·

℃）=J/（kg·

流量：

2.5L/s=m3/h

表面张力：

70dyn/cm=N/m

5kgf/m=N/m

s2/m=14.709975kg

13.6g/cm3=13.6×

103kg/m3

35kg/cm2=3.43245×

106Pa

4.7atm=4.762275×

105Pa

670mmHg=8.93244×

104Pa

10马力＝7.4569kW

℉）=8.3736×

103J/（kg·

℃）=1.25604×

104J/（kg·

2.5L/s=9m3/h

70dyn/cm=0.07N/m

5kgf/m=49.03325N/m

2.4密度有时可以表示成温度的线性函数，如

ρ＝ρ0+At

式中：

ρ——温度为t时的密度，lb/ft3；

ρ0——温度为t0时的密度，lb/ft3。

t——温度，℉。

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·

2.5一加热炉用空气（含O20.21,N20.79）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CO20.07，H2O0.14，O20.056，N20.734。

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

0.79×

P1V1/RT1＝0.734×

P2V2/RT2

即

100m3/303K＝0.734×

V2/573K

V2＝203.54m3

2.6某一段河流上游流量为36000m3/d，河水中污染物的浓度为3.0mg/L。

有一支流流量为10000m3/d，其中污染物浓度为30mg/L。

假设完全混合。

（1）求下游的污染物浓度

（2）求每天有多少kg污染物质通过下游某一监测点。

（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为

（2）每天通过下游测量点的污染物的质量为

2.7某一湖泊的容积为10×

106m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流量为50m3/s。

一工厂以5m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，浓度为100mg/L。

污染物降解反应速率常数为0.25d－1。

假设污染物在湖中充分混合。

求稳态时湖中污染物的浓度。

设稳态时湖中污染物浓度为

，则输出的浓度也为

则由质量衡算，得

5×

100mg/L－（5＋50）

m3/s－10×

106×

0.25×

m3/s＝0

解之得

＝5.96mg/L

2.8某河流的流量为3.0m3/s，有一条流量为0.05m3/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1.0mg/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

0.05ρ＝（3＋0.05）×

1.0

ρ＝61mg/L

加入示踪剂的质量流量为

61×

0.05g/s＝3.05g/s

2.9假设某一城市上方的空气为一长宽均为100km、高为1.0km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10.0kg/s的总排放速率进入空箱，其降解反应速率常数为0.20h－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

10.0kg/s－（0.20/3600）×

ρ×

100×

1×

109m3/s－4×

106ρm3/s＝0

ρ＝1.05×

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

ρ＝1.15×

10-2mg/m3

2.10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＝0.18min

2.11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＝0.62（2gz）0.5

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＝0.62（2gz）0.5

即有

－226.55×

z-0.5dz＝dt

z0＝3m

z1＝z0－1m3×

（π×

0.25m2）-1＝1.73m

积分计算得

t＝189.8s

2.12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

（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＝15.23％

2.13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0.8L/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＝0.8×

60×

4.183×

△TkJ/h.K

△T＝89.65K

2.14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＝15.94m3/s

（2）由题，根据热量衡算方程，得

△TkJ/m3＝667×

△T＝1.59K

第三章流体流动

3.1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=1.5mm的油膜。

当圆盘以n=50r/min旋转时，测得扭矩M=2.94×

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。

图3-1习题3.1图示

在半径方向上取dr，则有

dM＝dF·

r

由题有

dF＝τ·

dA

两边积分计算得

代入数据得

2.94×

10－4N·

m＝μ×

（0.05m）4×

π2×

（50/60）s/（1.5×

10－3m）

可得

μ＝8.58×

10－3Pa·

s

3.2常压、20℃的空气稳定流过平板壁面，在边界层厚度为1.8mm处的雷诺数为6.7×

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＞6.7×

104，

所以此流动为层流。

对于层流层有

同时又有

两式合并有

4.641×

（6.7×

104）0.5＝u×

103kg/m3×

1.8mm/（1.81×

10－5Pa·

s）

u＝0.012m/s

3.3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

=（9.81m/s2×

10m+4J/kg）×

34/3600m3/s

=964.3W

3.4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1.2kg/m3，试求管道中的空气流量。

图3-2习题3.4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

u2＝4u1

u12/2＋p1/ρ＝16u12/2＋p2/ρ

15u12＝2×

（p1-p2）/ρ

=2×

（ρ0-ρ）g（R1-R2）/ρ

=2×

（1000-1.2）kg/m3×

9.81m/s2×

（0.1