环境工程原理2015总复习.ppt

主要内容,第一章 绪论第二章 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 质量传递第八章 吸收第九章 吸附,绪论,质量传递—传质:伴随流体流动引起的质量变化,动量传递:流体流动过程所引起的动量变化,热量传递—传热:随流体流动过程引起的能（热）量变化,1.以传递理论贯穿整个章节,,第二章质量衡算与能量衡算,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,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；组分为反应物时，为负值，质量减少,,第二节 质量衡算,(2.2.4),一、衡算的基本概念,(2.2.8),,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,反应速率常数，s-1或d-1,物质质量浓度,负号表示污染物随时间的增加而减少,,,,体积,,反应速率,第二节 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,,二、总质量衡算：,第三章 流体流动,③ 流体的可压缩性,不可压缩性流体： 流体的体积不随压力变化而变化，如液体； 可压缩性流体：流体的体积随压力发生变化， 如气体。

一、流体的压力二、流体的密度与比体积三、流体静力学基本方程式（重点）四、流体静力学基本方程式的应用（重点）,第一节 流体静力学,——静力学基本方程 式,压力形式,能量形式,,,位能,,静压能,,三、流体静力学基本方程式,讨论：,（1）适用于重力场中静止、连续的同种 不可压缩性流体；（2）物理意义：,——单位质量流体所具有的位能，J/kg；,——单位质量流体所具有的静压能，J/kg在同一静止流体中，处在不同位置流体的位能和静压能各不相同，但二者可以转换，其总和保持不变 3）在静止的、连续的同种流体内，处于同一 水平面上各点的压力处处相等压力相等 的面称为等压面4）压力具有传递性：液面上方压力变化时， 液体内部各点的压力也将发生相应的变化四、静力学基本方程的应用 （重点）,（一） 压力测量,1. U形管液柱压差计,① U形管压差计可测系统内两点的压力差，当将U形管一端与被测点连接、另一端与大气相通时，也可测得流体的表压或真空度；,流量与流速稳态流动与非稳态流动连续性方程式（重点）伯努利方程式（重点）实际流体机械能衡算式（重点）,第二节 管内流体流动的基本方程,三、连续性方程式（重点）,对于稳态流动系统，在管路中流体没有增加和漏失的情况下：,推广至任意截面,——连续性方程式,,不可压缩性流体，,圆形管道 ：,即不可压缩流体在管路中任意截面的流速与管内径的平方成反比 。

——伯努利方程式,不可压缩性流体，,（1）,位能,,静压能,,动能,,四、伯努利方程式（重点）,式（1）为以单位质量流体为基准的机械能衡算式，式（2）为以重量流体为基准的机械能衡算式， 表明理想流体在流动过程中任意截面上总机械能、总压头为常数，三种能量形式可以相互转换2）,（1）,伯努利方程的两种形式,,位能+动能+静压能=Const.,五、实际流体的机械能衡算式,（一）实际流体机械能衡算式,（2）外加功（外加压头） 1kg流体从流体输送机械所获得的能量为W (J/kg)1）能量损失（压头损失）,设1kg流体损失的能量为Σhf（J/kg）3）,（4）,两边除以g, 则,——伯努利方程式,其中,H——外加压头或有效压头，m;,Σhf——压头损失，m1.粘度的物理意义 流体流动时在与流动方向垂直的方向上产生单位速度梯度所需的剪应力第三节 管内流体流动现象,如：喝粥,（二）流型判据——雷诺准数,无因次数群,二、流体流动类型与雷诺数,,判断流型Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区；Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区；2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可 能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。

三、 流体在圆管内的速度分布,（一）层流时的速度分布,层流流动时的平均速度为管中心最大速度的1/2流体在圆形直管内层流流动时，其速度呈抛物线分布莫狄（Moody）摩擦因数图：,第四节 管内流体流动的摩擦阻力损失（重点）,（1）层流区（Re≤ 2000） λ与 无关，与Re为直线关系，即 ,即 与u的一次方成正比2）过渡区（2000

二、传热的基本方式,传导、对流、辐射,第四章 热量传递,（一）热传导：物体内部或两个直接接触的物体之间若存在温差，热量会从高温部分向低温部分传递二）热对流,（三）热辐射 物体因热的原因发出辐射能的过程称为热辐射自然对流：由于流体内温度不同造成的浮升力 引起的流动 强制对流：流体受外力作用而引起的流动能量转移、能量形式的转化 不需要任何物质作媒介,特点：流动介质中的传热，流体作宏观运动,式中 tm──两流体的平均温度差，℃或K； A──传热面积，m2； K──总传热系数，W/(m2·℃)或W/(m2·K)五）总传热速率方程,类似欧姆定律 I=U/R,一、傅立叶定律,温度场：某时刻，物体或空间各点的温度分布一）温度场和等温面,等温面：在同一时刻，温度场中所有温度相同的点 组成的面第二节 热传导（重点）,不同温度的等温面不相交二、热导率,金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体,表征材料导热性能的物性参数,纯金属 > 合金,,,三、平壁的稳态热传导,（一）单层平壁热传导,,,（二）多层平壁热传导,假设：各层接触良好，接触面两侧温度相同。

t1,t2,b1,t,x,,,,,,b2,b3,t2,t4,t3,,,,,,,各层的温差,结论： 多层平壁热传导，总推动力为各层推动力之和，总热阻为各层热阻之和； 各层温差与热阻成正比湍流主体温度梯度小，热对流为主,层流内层温度梯度大，热传导为主,过渡区域热传导、热对流均起作用,第三节 对流传热,（一）影响因素,2.引起流动的原因自然对流：由于流体内部密度差而引起流体的流动强制对流：由于外力和压差而引起的流动强制 > 自然,二、对流传热系数的影响因素,1.流动状态 湍流 > 层流,1. 蒸汽冷凝方式,五、流体有相变时的对流传热,滴 > 膜,（1）膜状冷凝,（2）滴状冷凝,冷凝过程的热阻——冷凝液膜,（一）蒸汽冷凝时的对流传热,3.影响因素和强化措施 (2) 不凝气体 不凝气体存在，导致 ，需定期排放第四节 传热过程计算（重点）,总传热速率方程,式中 Q──传热速率，W； tm──两流体的平均温度差，℃； A──传热面积，m2； K──总传热系数，W/(m2·℃) 。

一、热量衡算,总传热速率方程,热量衡算式 (热负荷),无相变,有相变,热流,,,冷流,,,qm1、 qm2 —热、冷流体的质量流量；cp1、 cp2 —热、冷流体的平均定压比热容， J/（kg·℃）r—饱和蒸汽的比气化潜热，J/kg,注意：平均定压比热容的求法，先求平均温度，查表,（一）恒温传热,（二）变温传热,tm与流体流向有关,二、传热平均温度差,1. 逆流与并流,逆流、并流均适用； 温差中较大者为t2，较小者为t1； 当t2/t1<2，则可用算术平均值——对数平均温度差,以逆流为例推导tm,（三）流向的选择,1. 所需传热面积, 逆流优于并流2. 载热体消耗量,加热任务：t1t2 ，对热流而言：,（T2并）min=t2,（T2逆）min=t1, 逆流优于并流加热量一定,3. 温度差分布,逆流时的温度差分布更均匀并流操作适用于控制流体出口温度的场合2）若污垢热阻与壁阻可忽略时，有,应提高小，进而提高K当1、 2相差不大时，二者应同时提高K趋近于1、 2中较小的一个,一、基本概念,,2. 热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向 外发射能量的过程。

特点： 能量形式的转换 不需要任何介质,第五节 热 辐 射,黑体：,白体(镜体)：,透热体：,固体、液体：无穿透 D =0 ， A+R =1 气体： 无反射R =0 ， A+D =1,实际物体中不存在,A=1,R=1,D=1,二、物体的辐射能力,──黑体辐射常数, 5.67× 10-8W/(m2 .K4),（一）黑体（重点）,四次方定律表明，热辐射对温度特别敏感,六、传热过程的强化途径,1. 增大tm,加热剂T1或冷却剂t1,两侧变温，尽量采用逆流,强化传热，可tm、A/V、K,2. 增大单位体积的传热面积A/V,直接接触传热，可增大A 和湍动程度,3. 增大K,,减小壁、污垢及两侧流体热阻中的主要热阻提高较小一侧的,提高的方法(无相变)： 增大流速——多管程 加扰流元件——壳程加挡板 改变传热面形状和增加粗糙度,第八章 气体吸收（含第五章质量传递）,一、吸收操作的应用 二、吸收过程与设备三、吸收过程分类四、吸收剂的选择,第一节 概述,重点,一、吸收操作的应用,吸收的依据,混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差异2）选择性高（selective）；,（3）再生容易；,（4）挥发性小；,（5）粘度低；,（6）化学稳定性高；,（7）腐蚀性低；,（8）无毒、无害、价廉等。

选择原则：技术可行，经济合理,四、吸收剂的选择,（1）溶解度大；,第二节 气液相平衡一、 平衡溶解度二、 亨利定律三、 气液相平衡关系在吸收中的应用,一、平衡溶解度,平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收 剂与混合气体充分接触，气相 中的溶质 向溶剂中转移，当液相中溶质达到饱和 时，任一瞬间进入液相的溶质数量等于溶 质从液相逃逸出的数量，即气液两相达到 平衡状态平衡溶解度：简称溶解度，平衡时溶质在液相中的浓度，,平衡分压：平衡时气相中溶质的分压一）平衡分压与溶解度的关系,分压P↑，溶解度↑分压比对应于摩尔比，体积比,温度↓，溶解度↑,说明：提高溶质气相分压、降低温度有利于气体吸收,,,（三） 总压对溶解度的影响,温度、分压一定，总压增加，在同一溶剂中，溶质的溶解度随之增加，有利于吸收 。