清华大学2006年秋季学期环境工程原理第一部分本科测验题

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（ （2）A 组分单向扩散时： NM （
）NA （ ）NA （
）NM （ ）NA,D （
11×104ρ1－11×104ρ2－3×104×0.3×ρ2＝0 ρ2＝23.66mg/L
2．解：由题有
q = −λ dT dy
q = −0.2(1+ 2.5×10−3T ) dT dy
∫ 0.24 qdy = −(0.2T + 0.5× 0.2 × 2.5×10−3T 2 ) 20
0
200
q＝191.25W/m2
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
pb,m＝98.345kPa
NA
=
DAB p RTLpbm
( pA,i
−
pA,0 )
NA＝3.38×10-7kmol/(m2s)
KG＝NA/( pa,i－pa,0)
＝1.026×10-7mol/(m2Pas)
4．解：由题有
NA
=
Leabharlann Baidu
− DAB
dcA dz
+
cA c
(NA
+
NB
)
因为有反应 2A（g）―― B(g)，所以可得 NA＝2NB
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。
代入上式有
积分得
N Adz
=
DAB
dcA cA −1
2c
N Adz
=
2DABc L
ln
cA,0
c cA,i
−2 −2
=
2DABc L
ln
yA,0 yA,i
−2 −2
c
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
）0 ）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 Φ25×2.5mm 直管内湍流流动，如流量和物性都不变，改用 一根 Φ19×2.5mm 的直管，则 α 值将如何变化，变化量为多少？（4 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 λ = 0 .2 (1 + 2 .5 × 1 0 −3T ) 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．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 Φ25×2.5mm 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)。
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
再取池塘 2
10×104×20＋1×104×120－11×104ρ1－0.3×5×104＝0 ρ1＝25.60mg/L
另，设砖墙中心平面的温度为 T，则有
∫ 0.12 qdy = −(0.2T + 0.5× 0.2× 2.5×10−3T 2 ) T
0
200
T＝117.88℃
3．解：298K 下，水蒸气的饱和蒸汽压为 3.291kPa
所以有
pa,i＝3.291kPa pa,0＝0 pb,0＝100kPa pb,i＝96.709kPa
⑴ 如果忽略污垢热组，求总传热系数 K 和所需的传热面积 A； ⑵ 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。 ⑶ 若要提高 K 值，应采取什么措施？（15 分）
参考答案
对于总传热系数 K 有
ΔT1＝55℃，ΔT2＝45℃ ΔTm＝49.832℃
代入数据得
1 = 1 + 1 A1 K α油 α水 A2
K＝380.95W/(m2K)
又有
代入数据得
Q＝KAΔTm＝CpqmΔT 油
A＝6.40m2
（2）对于总传热系数 K 有
代入数据得
1 K
=1 α油
+1 α水
A1 A2
+ rs油
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）
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）
+ rs水
A1 A2
K＝318.73W/(m2K)
同时有
代入数据得
Q＝KAΔTm＝CpqmΔT 油
A＝7.65m2 （3）提高 K 值，应在油侧加装翅片，增大传热面积，并应注意清除表面污 垢。
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）