环境工程原理 第二章 质量衡算与能量衡算
环境工程原理第二版课后答案
环境工程原理第二版课后答案文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]第I 篇 习题解答第一章 绪论简要概述环境学科的发展历史及其学科体系。
解：环境学科是随着环境问题的日趋突出而产生的一门新兴的综合性边缘学科。
它经历了20世纪60年代的酝酿阶段，到20世纪70年代初期从零星的环境保护的研究工作与实践逐渐发展成为一门独立的新兴学科。
环境学科是一门正在蓬勃发展的科学，其研究范围和内涵不断扩展，所涉及的学科非常广泛，而且各个学科间又互相交叉和渗透，因此目前有关环境学科的分支学科还没有形成统一的划分方法。
图1-1是环境学科的分科体系。
图1-1 环境学科体系简要阐述环境工程学的主要任务及其学科体系。
解：环境工程学作为环境学科的一个重要分支，主要任务是利用环境学科以及工程学的方法，研究环境污染控制理论、技术、措施和政策，以改善环境质量，保证人类的身体健康和生存以及社会的可持续发展。
图1-2是环境工程学的学科体系。
环境学科体系环境科学环境工程学环境生态学环境规划与管理图1-2 环境工程学的学科体系去除水中的悬浮物，有哪些可能的方法，它们的技术原理是什么解：去除水中悬浮物的方法主要有：沉淀、离心分离、气浮、过滤（砂滤等）、过滤（筛网过滤）、反渗透、膜分离、蒸发浓缩等。
上述方法对应的技术原理分别为：重力沉降作用、离心沉降作用、浮力作用、物理阻截作用、物理阻截作用、渗透压、物理截留等、水与污染物的蒸发性差异。
空气中挥发性有机物（VOCs ）的去除有哪些可能的技术，它们的技术原理是什么解：去除空气中挥发性有机物（VOCs ）的主要技术有：物理吸收法、化学吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃烧法等。
上述方法对应的技术原理分别为：物理吸收、化学吸收、界面吸附作用、氧化还原反应、生物降解作用、燃烧反应。
简述土壤污染可能带来的危害及其作用途径。
解：土壤污染的危害及其作用途径主要有以下几个方面：①通过雨水淋溶作用,可能导致地下水和周围地表水体的污染;②污染土壤通过土壤颗粒物等形式能直接或间接地为人或动物所吸入;③通过植物吸收而进入食物链,对食物链上的生物产生毒害作用等。
环境工程原理-质量衡算与能量衡算
qV 2
输出速率
qm2 qV mm (qV1 qV 2 )
降解速率
qmr k V
m
1.0 105 5.5103 23.1103 0
qVm
第二节 质量衡算
【例题2.2.4】在一个大小为500m3的会议室里面有50个吸烟者， 每人每小时吸两支香烟。每支香烟散发1.4mg的甲醛。甲醛转化为 二氧化碳的反应速率常数为k＝0.40 h-1。新鲜空气进入会议室的 流量为1000m3/h，同时室内的原有空气以相同的流量流出。假设 混合完全，估计在25℃、1atm的条件下，甲醛的稳态浓度。并与 造成眼刺激的起始浓度0.05×10-6（体积分数）相比较。
第二节 质量衡算
输入速率
qm1＝50×2×1.4＝140mg/h
1 0
输出速率
qm2＝1000×ρ＝1000ρ mg/h 降解q速m率r k V
2
qm1 qm2 k V 0
第二节 质量衡算
(三)非稳态系统1
2
dm dt
≠0
【例题2.2.5】一圆筒形储罐，直径为0.8m。罐内盛有2m深的水。在无水源
补充的情况下，打开底部阀门放水。已知水流出的质量流量与水深Z的关z 系
为 qm2 0.274 z kg/s，求经过多长时间后，水位下降至1m？
解：根据质量衡算方程 qm11
m z
qm1
qm2
dm dt
qm1 0
(2.2.3)
qm2 0.274 z kg/s
m
Az
0.82
1000 z 502 z
qV 4 qV1 qV 3
qV 4 ＝472.5(m3/d)
qV 2
ρ2
qV 4
第02章质量衡算与能量衡算
•2.质量衡算
•输入速率 •＝50×2×1.4＝140 mg/h
•输出速率 •＝1000×ρ＝1000ρ mg/h •降解速率
第02章质量衡算与稳态系统
•【例题6】一圆筒形储罐，直径为0.8m。罐内盛有2m深的水。在无水源
补充的情况下，打开底部阀门放水。已知水流出的质量流量与水深Z的关
等原因增加或者减少。求稳态情况下流出水中污染物的质量
浓度。
•
•稳态情况:
第02章质量衡算与能量衡算
•2.质量衡算
•B 稳态反应系统
•解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物质量浓度等于流出水中 的污染物质量浓度,
•输出速率
•输入速率
•
•降解速率
第02章质量衡算与能量衡算
•2.质量衡算
•【例题6】在一个大小为500m3的会议室里面有50个吸烟者，每人 每小时吸两支香烟。每支香烟散发1.4mg的甲醛。甲醛转化为二氧 化碳的反应速率常数为k＝0.40 h-1。新鲜空气进入会议室的流量 为1 000m3/h，同时室内的原有空气以相同的流量流出。假设混合 完全，估计在25℃、101.3KPa的条件下，甲醛的稳态质量浓度。 并与造成眼刺激的起始体积分数0.05×10-6相比较。
第02章质量衡算与能量衡算
•1.常用物理量
•【例题2】在101.325KPa、25℃条件下，某室内空气一氧化 碳的体积分数为9.0×10-6。用质量浓度表示一氧化碳的浓度。 • 解：根据理想气体状态方程，1mol空气在101325Pa和 25℃下的体积为:
• 一氧化碳（CO）的摩尔质量为28 g/mol，所以CO的 质量浓度为:
第02章质量衡算与能量衡算
•第I篇 工程原理基础
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第02章质量衡算与能量衡算第二节质量衡算1、什么是稳态系统和非稳态系统?2、以物料的全部组分为衡算系统时，其衡算方程如何表述？3、以某种组分为衡算系统时，其衡算方程如何表述？4、什么是转化速率？如何确定其正负？第三节能量衡算1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？热量衡算方程？5对于不对外做功的开放系统，系统能量变化率可如何表示？热量衡算方程？第03章流体流动第一节管道系统的衡算方程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流体流动时产生阻力的根本原因是什么？3什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？4简述温度和压力对液体和气体黏度的影响。
第四节流体流动的阻力损失1写出圆直管中阻力损失通式。
2试推导层流流动的速度分布和阻力损失公式。
（课后练习)3圆管内，层流流动的摩擦系数如何确定？4不可压缩流体在水平直管中稳态层流流动，试分析以下情况下，管内压力差如何变化：a.管径增加一倍；b.流量增加一倍；c.管长增加一倍。
5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。
环境工程原理第02章质量衡算与能量衡算
第三章 流体流动
第四章 热量传递
第五章 质量传递
第二章 质量衡算与能量衡算
第二章 质量衡算与能量衡用物理量及其表示方法
第二节 质量衡算
衡算系统的概念 总质量衡算方程
第三节 能量衡算
总能量衡算方程 热量衡算方程
第一节 常用物理量 本节的主要内容
第I篇
环境工程原理基础
第I篇 环境工程原理基础
在环境污染控制工程领域，无论是水处理、废 气处理和固体废弃物处理处置，还是给水排水管道 工程，都涉及流体流动、热量传递、质量传递现象。 流体流动：输送流体、沉降分离流体中颗粒物， 污染物的过滤分离等 热量传递：加热、冷却、干燥、蒸发以及管道、 设备的保温等 质量传递：吸收、吸附、吹脱、膜分离以及生物、 化学反应等
，
(2.1.14)
混合物的总物质的量
当混合物为气液两相体系时，常以x表示液相中的 摩尔分数，y表示气相中的摩尔分数 组分A的质量分数与摩尔分数的关系
xA
组分A的质量
xmA
组分A的质量分数
(2.1.6)
混合物的总质量
第一节 常用物理量
（质量分数） ppm———— μg/g， 10-6 ppb ———— μg/kg， 10-9
在水处理中，污水中的污染物浓度一般较低，1L污水的质量 可以近似认为等于1000g，所以实际应用中，常常将质量浓度和 质量分数加以换算，即 1mg/L 相当于1mg/1000g ＝1×10-6（质量分数）= 1ppm 1μg/L 相当于1μg/1000g ＝1×10-9（质量分数）=1ppb
无量纲准数既无量纲，又无单位，其数值大小与所选 单位制无关。只要组合群数的各个量采用同一单位制， 都可得到相同数值的无量纲准数。
环境工程原理总结2011.11
第I 篇环境工程原理基础第二章质量衡算与能量衡算第二节质量衡算◆质量衡算的三个要素：划定衡算系统；确定衡算对象；确定衡算基准；◆稳态系统和非稳态系统的特征当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，不随时间变化，称稳态系统；当系统中流速、压力、密度等物理量不仅随位置变化，而且随时间变化，称非稳态系统。
◆质量衡算的基本关系式：见（2.2.4）p29第三节能量衡算◆封闭系统和开放系统封闭系统：与环境没有物质交换的系统开放系统：与环境既有物质交换又有能量交换的系统第四章热量传递第一节热量传递的方式◆根据传热机理的不同，热的传递三种方式的特点1、热传导：条件：物体各部分之间无宏观运动机理：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。
在气态、液态和固态物质中都可以发生，但传递的方式和机理不同。
气体的热量传递方式：不规则热运动时相互碰撞固体的热量传递方式：两种方式：晶格振动、自由电子迁移液体的热量传递方式：分子振动、分子间的相互碰撞2、对流传热：流体中质点发生相对位移引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。
对流与热传导的区别：流体质点的相对位移。
自然对流传热强制对流传热3、辐射传热：物体由于热的原因而发出辐射能的过程。
能量传递的同时又有能量的转化，不需要任何介质作媒介。
第二节热传导◆傅立叶定律的意义和适用条件意义：见（4.2.2）适用条件：平壁和圆管壁的稳态热传导◆多孔材料具有保温性能◆若采用两种导热系数不同的材料为管道保温，分析应如何布置效果最好。
第三节对流传热◆对流传热的机理、传热阻力的分布及强化传热的措施机理：流体中质点发生相对位移引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。
传热阻力的分布：层流底层（热传导）、缓冲层（热传导、对流传热）、湍流中心（对流传热）强化传热的措施：减小层流底层◆影响对流传热的因素：物性特征；几何特征；流动特征◆保温层的临界直径和保温层的临界厚度。
什么情况下保温层厚度增加反而会使热损失加大（保温层外径小于临界直径）？保温层的临界直径由什么决定（导热系数与对流传热系数的比值）？◆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？（1）两侧流体的对流传热热阻、污垢热阻、间壁导热热阻。
环境工程原理课后答案(2-9章)
（2）若高位水槽供水中断，随水的出流高位槽液面下降，试计算液面下降1m所需的时间。
图3-3习题3.5图示
解：（1）以地面为基准，在截面1-1′和2-2′之间列伯努利方程，有
u12/2＋p1/ρ＋gz1＝u22/2＋p2/ρ＋gz2＋Σhf
由题意得
p1＝p2，且u1＝0
流量：2.5L/s= m3/h
表面张力：70dyn/cm= N/m
5 kgf/m= 14.709975kg
密度：13.6g/cm3=13.6×103kg/ m3
压力：35kg/cm2=3.43245×106Pa
4.7atm=4.762275×105Pa
670mmHg=8.93244×104Pa
功率：10马力＝7.4569kW
比热容：2Btu/(lb·℉)= 8.3736×103J/（kg·K）
3kcal/（kg·℃）=1.25604×104J/（kg·K）
流量：2.5L/s=9m3/h
表面张力：70dyn/cm=0.07N/m
5 kgf/m=49.03325N/m
2.4密度有时可以表示成温度的线性函数，如
解：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
解之得
ρ＝61 mg/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100 km、高为1.0 km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10.0 kg/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，
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10000 m3/d，其中污染物浓度为30mg/L。假设完全混合。
环境工程原理思考题总结
物质的转化速率如何表示？
第三节 能量衡算
本节思考题
（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）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，系统能量变化率
第二节 物理吸收
本节思考题
(1)亨利定律有哪些表达形式，意义如何，常数之 间的关系如何？
(2)如何通过相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)吸收过程有哪几个基本步骤？
第二节 物理吸收
本节思考题
(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
同点。 (3)使用转子流量计时读数为什么需要换算？ (4)测定气体的流量计能否用来测量液体？ (5)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
本节思考题
(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
么影响。
第二节 重力沉降
本节思考题
(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)影响层流区和湍流区颗粒沉降速度的因素有何不同，
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)分析说明决定降尘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
第二章衡算
3、质量衡算及能量衡算
无相变条件：表现为温度的变化
（1）恒压过程中，体系所吸收的热量全部用于焓的增
加，即
Q = m∆H = m cp△T
∆H = cp∆T
物料的比定压热容 （2）恒容、不做非体积功的条件下，体系所吸收的热量 全部用于增加体系的内能，即
Q = m∆e = m cV△T ∆e = cV ∆T
稳态反应系统： qma = 0 , qm1 = qm2 + qmr
非稳态系统：
dm
qm1 - qm2 = dt
3、质量衡算及能量衡算
某种组分质量衡算
输入 qm` 1
积累q`ma 转化qm` r
输出 m2,qm` 2
稳态反应系统： 非稳态反应系统：
qm` 1 = q`m2 + qm` r
dm
q`m1 - q`mr - q`m2 = dt
当只有一种物料流经系统输入或输出热量时，因物料进入系统而输入
的能量为,ΣH输入＝qmH1 因物料离开系统所输出的能量为ΣH输出＝qmH2
式中：qm——通过系统的物料的质量流量，kg/h 或 kg/s； H1——单位质量物料进入系统时的焓，kJ/kg ； H 2——单位质量物料离开系统时的焓，kJ/kg 。
开放系统——与环境既有物质交换又有能量交换的系统 封闭系统——与环境没有物质交换，仅有能量交换的系统
3、质量衡算及能量衡算
能量衡算 由热力学第一定律，任何系统经过某一过程时，其内部
能量的变化△E都等于系统从环境吸收的热量Q与它对外所 做的功W之差。即
△E= Q – W, kJ;
3、质量衡算及能量衡算
物料的比定容热容
环境工程原理知识点总结范文
环境工程原理知识点总结范文第第III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．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。
(建筑工程管理)环境工程原理思考题
（建筑工程管理）环境工程原理思考题环境工程原理思考题第壹章绪论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.阐述环境净化和污染控制技术原理体系。
6.壹般情况下，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。
试根据环境净化和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。
第二章质量衡算和能量衡算第壹节常用物理量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，且阐述和质量浓度的关系。
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？第二节质量衡算进行质量衡算的三个要素是什么？简述稳态系统和非稳态系统的特征。
质量衡算的基本关系是什么？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？对存在壹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和环境的关系如何？2．什么是封闭系统和开放系统？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？第三章流体流动第壹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，且说明该方程的适用条件。
环境工程原理补充习题参考答案-第一部分0830_756207565
环境工程原理修订材料（2007年）目录总结 (2)第二章质量衡算与能量衡算 (2)第三章流体流动 (3)第四章热量传递 (6)第五章质量传递 (9)思考题补充 (11)第二章质量衡算与能量衡算 (11)第三章流体流动 (11)第四章热量传递 (12)第五章质量传递 (12)习题补充 (14)第二章质量衡算与能量衡算 (14)第三章流体流动 (16)第四章热量传递 (21)第五章质量传递 (28)中英文术语 (33)第二章质量衡算与能量衡算 (33)第三章流体流动 (33)第四章热量传递 (34)第五章质量传递 (35)总结第二章质量衡算与能量衡算一、单位换算二、常用物理量及其表示方法三、质量与能量衡算第三章 流体流动一、衡算方程二、流体流动内摩擦力质量衡算dtdmq q m m =-21，对于不可压缩流体管内流动1122m m u A u A = 能量衡算总能量方程：e e W Q pv gz u e -=+++∆)21(2机械能方程：∑⎰--=+∆+∆f e p p m h W vdp z g u 21)(212α对于不可压缩流体∑--=∆+∆+∆f e m h W p z g u ρα)(212水处理： 一般1L 污水可近似认为等于1000g 。
1mg ／L 的质量分数为1mg ／1000g ＝1×10-6＝1ppm 污水浓度过高时，1mg ／L 的质量分数为1×10-3÷混合物密度值大气污染控制工程： * 环境工程中常用体积分数；若视为理想气体A AA pM RT V V ρ310⨯=1．质量衡算以物料全部组分为对象：0=mr q （质量守恒）以某种元素或物质为对象1）稳态非反应系统：21m m q q =2）稳态反应系统：120m m mr q q q -+=021=--V k q q m m ρ（一级反应）3）非稳态系统：dtdmq q q mr m m =+-21 2．能量衡算∑∑+-=q F P E H H q（不考虑做功，仅考虑热量交换）封闭系统QE Q =开放系统（稳态）∑∑=-qHH FP有相变：相变时吸收或放出热量，但温度不变mL Q E Q ==无相变：T mc Q E p Q ∆== dtdmq q q mr m m =+-211．流态——雷诺数μρuL=Re 判定 2．内摩擦力（1）牛顿黏性定律dydu xμτ-=，适用于层流 （2）μ为动力黏性系数，表示单位法向速度梯度下，由于流体黏性引起的内摩擦力或剪切应力的大小。
环境工程原理课后习题答案2-8章
课
后
答
案
网
ww w
.k
hd
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形管 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，试求管道的空气流量 。
R 21rm1 b1 22 rm 2 b2 23rm3 b3
网
每米管段的冷损失量： Q T 5 105 46.85W / m
21rm1
答
（2）
案
R
3 30 30 2 45 28.47 2 0.04 43.28 2 0.15 73.99 3.189 K / W
aw
.c om
课
（2）管径增加一倍： um变为原来的1/4，μ和l不变，阻力损失变为原来的1/16
后
答
案
（1）管长增加一倍：阻力损失增加一倍
网
ww w
2 8uml 32uml l um p f 2 2 r0 d d 2
.k
hd
aw
3.6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，因流动阻力而产生的能量损失的变化情况： （1）管长增加一倍 （2）管径增加一倍。
A1 19 19 1.12 19 15 Am 16.9 19 ln 15 A1 19 1.27 A2 15
1 0.002 1 0.00026 0.000176 458 45 3490 2.95 10 3 m 2 K / W
课
后
答
案
环境工程原理第02章质量衡算与能量衡算1-3节
质量衡算的基本原理
1
质量平衡方程：对于一个封闭系统，输入质量 = 输出质量 + 储存质量。
2
质量平衡方程可以用来计算系统中某一物质的输 入、输出和储存量，从而了解其在环境中的迁移 和转化过程。
02
能量衡算的目标是确定系统中的能量来源、去向和转换，以优
化能源利用和提高能源效率。
能量衡算在环境工程中广泛应用于热力学系统分析，如燃烧过
03
程、热力发电、工业过程等。
能量衡算的基本原理
能量守恒定律
该定律指出在一个封闭系统中， 能量不能被创造或消失，只能从 一种形式转换为另一种形式。
热力学第一定律
质量衡算与能量衡算的差异
质量衡算是研究物质质量的变化，而能量衡算是研究 能量的传递和转化
质量衡算中，物质的质量可以转化为其他物质的质量 ，而能量衡算中，能量只能转化形式或从一个系统传
递到另一个系统
质量衡算主要关注化学反应中物质的质量变化，而能 量衡算则关注能量的来源和去向
质量衡算与能量衡算在环境工程中的应用
01
在环境工程中，质量衡算和能量衡算用于描述污染物在环境中的迁移 、转化和归宿
02
通过质量衡算，可以了解污染物在环境中的分布和扩散，从而预测其 对生态系统的影响
03
能量衡算则用于评估能源消耗和温室气体排放，为节能减排提供依据
04
在环境工程实践中，质量衡算和能量衡算是实现污染物减排、资源回 收和能源高效利用的重要工具
通过质量衡算可以研究污染物在环境中的迁移转化过程，包括扩散、 吸附、沉淀、挥发、降解等。
环境工程原理思考题
环境工程原理思考题第一章绪论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．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。
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第一节 常用物理量
体积分数和质量浓度之间的关系
VA A ？ V
根据质量浓度的定义
mA nA M A 3 A 10 V V nA M A V 103
第二节 质量衡算
•（二）以某种元素或某种物质为衡算对象 当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数， 不随时间变化，称为稳态系统；当上述物理量不仅随位置变 化，而且随时间变化，称为非稳态系统。 稳态流动的数学特征： 对于稳态过程，内部无物料积累
0 t
m1 m2
稳态系统与非稳态系统
qm1 qm 2
第二节 质量衡算
本节的主要内容
一、衡算的基本概念 二、总质量衡算
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ二节 质量衡算
一、衡算的基本概念
输入量2
分离、反应—— 分析物质流迁移转化
qV 2
某污染物
输入量1 积累量 输出量
qV 1
降解量
?
qVm
生物降解
输入量－输出量＋转化量=积累量
第二节 质量衡算
一、衡算的基本概念
以某种元素或某种物质为衡算对象
(2.1.16)
混合物中惰性物质的质量
X mA xmA 1 xmA
质量比与质量分数的关系
(2.1.17)
第一节 常用物理量
3．质量比与摩尔比
（当混合物中除组分A外，其余为惰性组分时）
组分A与惰性组分的关系
nA XA n nA
组分A的摩尔比
组分A的物质的量
(2.1.18)
混合物中惰性物质的物质的量 摩尔比与摩尔分数的关系
第二节 质量衡算
• 输入质量-（作为食物的输出+作为固体废弃物的输出）= 屋里的积累 • 已知的输入：输入的一半是食物=1/2×50kg=25kg • 因此质量平衡方程为：50=1+24+固体废物的输出 • 固体废物输出=24kg=路边的输出+循环的输出=路边的输出 +25%×24 • 路边的输出=24-6=18kg • 所以这对夫妻每周放到路边垃圾站的固体废物两为18kg。
1.需要划定衡算的系统 2.要确定衡算的对象 3.确定衡算的基准 4.绘制质量衡算系统图 5.注意单位要统一 总衡算和微分衡算 衡算的范围 某组分，和全部组分 单位时间，某时间段内，或一个周期
划定衡算的系统 某组分
确定衡算的对象
第二节 质量衡算
质量衡算系统图
qV 2
单位要统一
qV 1
qVm
第二节 质量衡算
第二节 质量衡算
(3)稳态反应系统
例2-3 某一湖泊的容积为10×106m3，上游未被污染的河流流 入该湖泊，流量是60 m3/s。一工厂以8 m3/s的流量向湖泊排 放污水，其中含有可降解的污染物，浓度为80mg/L。污染物 的降解反应速率常数为0.25d-1。假设污染物在湖中充分混合， 不考虑湖泊因蒸发或降雨带来的水量增加或减少，试求稳态 条件下湖泊中污染物的浓度。
一个反应池、一个车间，或者一个湖泊、一段 河流、一座城市上方的空气，甚至可以是整个地 球——总衡算 环境设备或管道中一个微元体——微分衡算
第二节 质量衡算
反应速率
qmr
污染物的生物降解经常被视为一级反应，即污染物的 降解速率与其浓度成正比。假设体积V中可降解物质的 浓度均匀分布，则
qmr k V
s A K mol cd
第一节 常用物理量
导出单位
按照定义式由基本单位相乘或相除求得，
并且其导出单位的定义式中的比例系数永远 取1。
第一节 常用物理量
导出单位 力的导出单位，按牛顿运动定律写出力的定义式，即
式中F——力； m——质量； a——加速度； u——速度； 按照国际单位制规定，取k=1，则力的 t——时间； 导出单位为 s——距离； 2 kg m s k——比例系数。
第一节 常用物理量
二、常用物理量及其表示方法
(一)浓度 例如：氨的水溶液的浓度
1．质量浓度与物质的量浓度
mg/L mol/L
氨的质量或物质的量/溶液体积
2. 质量分数与摩尔分数
% kg/kg
氨的质量/溶液的质量 氨的物质的量/溶液的物质的量
kmol/kmol
3．质量比与摩尔比 氨的质量/水的质量 kg/kg
kmol/kmol
氨的物质的量/水的物质的量
第一节 常用物理量
1．质量浓度与物质的量浓度 （1）质量浓度ρA ，ρ （2）物质的量浓度cA ， c
A
mA V
(2.1.2) (2.1.4)
cA
nA V
cA
2.质量分数与摩尔分数 （1）质量分数和体积分数
A
MA
mA m
组分A的摩尔质量 (2.1.5)
一、计量单位
物理量＝数值×单位 国际单位制，符号为SI 7个基本单位
长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度
计量单位是度量物理量的标准 7个基本单位；2个辅助单位； 导出单位 。
单位名称 米 千克（公斤） 秒 安[培] 开[尔文] 摩[尔] 坎[德拉] 单位符号
m M kg Kg
国际单位制的基本单位 表2-1 国际单位制的基本单位 量的名称
xA
xmA / M A
x
i 1
N
mi
/ Mi
(2.1.15a)
xmA
xA M A
x M
i 1 i i
N
(2.1.15b)
第一节 常用物理量
3．质量比与摩尔比
（当混合物中除组分A外，其余为惰性组分时）
组分A与惰性组分的关系
X mA
组分A的质量比
mA m mA
组分A的质量
第二章 质量衡算与能量衡算
第二章 质量衡算与能量衡算 本章主要内容
第一节 常用物理量
计量单位 常用物理量及其表示方法
第二节 质量衡算
衡算的基本概念 总质量衡算
第三节 能量衡算
热力学第一定律 热力学第二定律
第一节 常用物理量
本节的主要内容
一、计量单位 二、常用物理量及其表示方法
第一节 常用物理量
(2.1.10)
(2.1.11)
A
根据理想气体状态方程 V
A
nA RT p
VA RT 103 A V pM A
(2.1.13)
第一节 常用物理量
（2）摩尔分数
nA xA n
组分A的摩尔分数
，
组分A的物质的量
(2.1.14)
混合物的总物质的量
当混合物为气液两相体系时，常以x表示液相中的 摩尔分数，y表示气相中的摩尔分数 组分A的质量分数与摩尔分数的关系
弧度每秒
赫[ 兹] 千克每立方米 牛[ 顿] 牛[顿]米 千克米每秒 帕[斯卡] 焦[ 耳] 焦[ 耳] 瓦[ 特] 库[ 仑] 伏[特]每米 伏[ 特] 法[ 拉] 欧[ 姆] 欧[姆]米 特[斯拉] 韦[ 伯] 亨[ 利] 西[门子] 流[ 明] 勒[克斯] 贝可[勒尔] 戈[ 瑞]
单位时间： 输入速率－输出速率＋转化速率=积累速率 质量衡算的一般方程
dm qm1 qm 2 qm r dt
(2.2.4)
转化速率或反应速率——单位时间因生物反应或化学反 应而转化的质量。组分为生成物时为正值，质量增加
第二节 质量衡算
——用来分析质量迁移的特定区域，即衡算的空间范围
角速度
频率 [质量]密度 力 力矩 动量 压强 功 能[量] 功率 电荷[量] 电场强度 电位、电压、电势差 电容 电阻 电阻率 磁感应强度 磁通[量] 电感 电导 光通量 光照度 放射性活度 吸收剂量
ω
f，ν ρ F M p p W，（A） E P Q E U，（V） C R ρ B Φ L
负号表示污染物随时 间的增加而减少
体积
(2.2.8)
物质质量浓度 反应速率常数， s-1或d-1
第二节 质量衡算
二、总质量衡算
各种情况下的质量衡算
• 稳态系统 • 非稳态系统 •组分发生反应 •组分不发生反应 •以某组分为对象
dm 0 dt
qm1 qm2 qmr 0
dm dt dm qm1 qm 2 qm r dt qm1 qm 2 qm r
F kma km
u ms k 2 t t
当采用其他单位制时，将各物理量的单位代入定义式中，得 到的k不等于1。例如，上例中，若距离的单位为cm，则k=0.01。
第一节 常用物理量
表2-2 国际单位之中导出单位名称及符号
物理量名称 面积 体积 速度 加速度 物理量符号 A，（S） V v a 单位名称 平方米 立方米 米每秒 米每二次方秒 单位符号 m2 m^3; m/s m/s^2 备注
第二节 质量衡算
(1)稳态非反应系统 例2-2 一个雨水管道中融雪水流量为5m3/s，融雪水中氯化钠 的浓度为10mg/L，流入一条河流，河流流量为12 m3/s，河流 中自然存在的氯化钠浓度为20mg/L，氯化钠是不可降解物质， 系统属于稳定状态，计算汇合点下游河流中氯化钠浓度（假设 两者完全混合） 解：划定衡算系统，设雨水管道为输入 1：流量qv1=5 m3/s ， 氯化钠浓度ρ1=10mg/L 河 流 为 输 入 2 ： 流 量 qv2=12 m3/s ， 氯 化 钠 浓 度 ρ2=20mg/L根据式2-26得， 1qv1 2 qv 2 5 10 12 20 =17.05mg/L m qv1 qv 2 5 12