环境工程原理试卷及答案.doc
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系部名称:
专业班级:
姓名学号:
密封线内不得答:
题
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XXXXXX2016至2017学年第1学期
环境工程原理考查试卷
考试方式:
开卷本试卷考试分数占学生总评成绩的70%
题号
一
二
三
四
五
六
总分
评卷人
得分
教研室主任复核
本试卷可能用到的计算值:
ln2=0.693,ln3=1.099,ln5=1.609,g=10m/s2,=1.4
π=3.14,=1.44
得分
一、填空题:
(每空0.5分 .共20分)
1._______________和________________是目前人类面临的两大类环境问题,它们已经成为影响社会可持续发展、人类可持续生存的重大问题。
2.水污染根据污染物的不同可分为___________________、___________________和________________三大类。
3.空气净化与大气污染控制技术可分为_________________和_______________两大类。
4.压强用国际单位制单位导出的表示结果为_________________。
5.李白诗中有“白发三千丈,缘愁似个长”句,用国际单位制表示李白描述的白发长度为________________。
释印肃诗中有“黄金万两非堪比,东西南北至分明”,用国际单位制表示诗中描述的黄金质量是_____________________。
6.百分比浓度的量纲为_______________。
7.在流动糸统中,若截面上流体的流速、压强、密度等仅随__________而变,不随__________而变,称为稳定流动。
质量衡算依据的基本定律是________________,能量衡算依据的基本定律是____________________。
8.考古学家发掘出长、宽、高分别为160cm、40cm、30cm的古代排水砖管,壁厚为3cm,则流过其中的流体的当量直径为____________。
9.流体在圆形直管内滞流流动时,其速度分布是_____________ 型曲线,其管中心的最大流速为平均流速的___________ ,縻擦糸数λ与Re的关系为______________。
10.用二种厚度相同的材料保温时,往往把_____________ 的材料包在内 层,以达到好的保温效果。
11.能量衡算方程中涉及的能量中机械能包括_______________、_______________和____________,不能直接转变为机械能的能量包括_______________和____________。
12.流体流动有两种典型的形态,即_________和_________,判别方法是用___________的值来判断,判断临界值分别为____________和_______________。
13.测流量的装置主要有_______________、________________和______________。
14.热量传递主要三种方式分别为________________、______________和______________,其中____________不能发生在固体中,________________可以发生在真空中。
15.费克定律的表达式为_______________。
16.重力沉降和离心沉降是利用待分离的颗粒与流体之间的____________,在重力或离心力的作用下使颗粒和流体之间发生相对运动。
得分
二、判断题:
(每小题1分,共10分)
1.对于土壤的污染只能产生局部污染。
()
2.对于两种气体组成的混合体系来说,两种组分的质量比等于摩尔比。
()
3.对一个系统进行质量衡算的时候,可用以系统中所有的组分进行衡算,也可以用其中一种组分甚至其中一种元素进行衡算。
()
4.流体在管道中流动的时候,管道直径发生变化,则流速和流量也相应的要发生变化。
()
5.不管流体流过的管道截面形状如何,接近管壁的地方总是阻力最大的地方。
()
6.管道内壁粗糙度的增大不一定总是增大流体流过的阻力。
()
7.并联管路中不管各支路管径、粗糙度等区别有多大,流体流过各支路的阻力损失都一定相等。
()
8.传热的推动力是温度差与导热系数的乘积。
()
9.气相向液相的质量传递主要依靠分子扩散。
()
10.颗粒在流体中沉降过程中,如果重力等于阻力和浮力的和,则颗粒将悬浮在流体中不再沉降。
()
得分
三.选择题:
(每小题2分,共20分)
1.下列结论不正确的是( )。
A液体的粘度随温度的升高而减小;B气体的粘度随温度的升高而增大;
C液体的粘度基本上不随压强变化;D气体的粘度随压强增大而减小。
2. 层流与湍流的本质区别是( )。
A 湍流流速大于层流流速; B 湍流的流动阻力大,层流的流动阻力小;
C 湍流的雷诺数大于层流的雷诺数;D 层流无径向脉动而湍流有径向脉动。
3.将管路上的阀门关小时,阀门的阻力系数将( )。
A 变小; B 变大;
C 不变; D视液体种类、管道材料等而定。
4.物质导热系数的顺序是( )。
A金属>一般固体>液体>气体; B金属>液体>一般固体>气体;
C金属>气体>液体>一般固体;D金属>液体>气体>一般固体。
5.在降尘室中,尘粒的沉降速度与下列因素无关的是( )。
A颗粒的几何尺寸; B颗粒与流体的密度;
C流体的水平流速; D颗粒的形状。
6.冷热两流体的对流传热系数λ相差较大时,提高总传热系数K值的措施是( )。
A提高小的λ值; B提高大的λ值;
C提高小的λ值,同时降低大的λ值;
D提高大的λ值,同时降低小的λ值。
7.某液体在内径d1的水平管路中稳定流动,其平均流速为u,当它以相同的体积流量通过等长的内径为d2(d2=)的管子时,其流速为原来的( )倍。
A ; B ; C 2; D 4。
8.当换热器使用一段时间后,传热表面会结垢,结垢层将使总传热热阻( )。
A不变; B减小;
C增大; D视结垢层厚度而定,可能增大,也可能减小。
9.在换热器中,热油从140℃冷却到80℃,使冷水从20℃加热到50℃。
顺流布置和逆流布置时换热器的对数平均温差分别为()。
A57.7℃,73.9 ℃; B73.9℃,57.7℃;
C43.3℃,26.1℃; D26.1℃,43.3℃。
10.粒径分别为16um及8um的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降,则两种颗粒的离心沉降速度之比为(沉降在斯托克斯区)( )。
A 2; B 4; C 1; D 。
得分
四、简答题:
(每题4分,共20分)
1.简述重力沉降与重力沉降速率。
2.简述衡算系统及衡算系统的分类。
3.简述边界层理论及其要点。
4.简述影响对流传热的因素。
5.描述静止流体中的质量传递形式。
得分
五、计算题:
(每题6分,共30分)
1.有一外径60mm壁厚3mm的金属管,导热系数45W/(m•K),外面包裹两层厚度均为30mm的保温材料,直接贴着金属管的一层导热系数为0.04W/(m•K),外层导热系数为0.15W/(m•K),如果已知管内温度105℃,最外层表面温度5℃,计算每米管长的热损失。
2.一水箱内有1m3含总磷60mg/L的水,现用河水进行置换,河水进入水箱的流量为1m3/min,含磷12mg/L,同时从水箱中排出相同的水量,假设河水进入箱中即被良好混合,排除磷的其他消耗,计算水箱中磷含量变为20mg/L时,需要多长时间。
3.水以0.05m/s的速率流过三聚氰胺颗粒填料柱,填料高度为1.2m,流出的水中三聚氰胺浓度为饱和浓度的60%,已知单位柱体积的三聚氰胺颗粒表面积为2×103m2,计算三聚氰胺在水中的传质系数。
4.如图所示,水从水池通过内径为10cm的管道中流出,l1=30m,l2=46m,h2=12m,管道中沿程摩擦系数λ=0.025,弯头ζ=0.75,水池与水管连接处ζ=0.5。
试计算
水
l1
l2
h1
h2
(1)当h1=10m时,通过弯管的流量是多少
(2)如果流量为30L/s,水池中水头h1应为多高?
5.某条件下流体密度为1×103kg./m3,黏度为1×10-3Pa./s,其中悬浮有密度为2.2×103kg./m3的球状颗粒,且已知颗粒的沉降速度在斯托克斯区,
(1)计算颗粒的最大直径和最大沉降速度;
(2)计算该流体流经长为18m,高为0.25m的沉降室时,流速不超过多少才能使这种颗粒全部除去?
参考答案
一、填空题
1.生态破坏、环境污染
2.物理性污染、化学性污染、生物性污染
3.分离法、转化法
4.kg•m-1•s-2
5.10000m,500kg
6.1(或无量纲)
7.位置、时间、质量守衡定律、能量守衡定律
8.28.14cm
9.抛物线、0.5、64/Re
10.导热系数小的(保温好的)
11.动能、位能、静压能、内能、热
12.层流、湍流、雷诺数、2000、4000
13.孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计
14.导热、热对流、热辐射、热对流、热辐射
15.NAz=-DAB
16.密度差
二、判断题
1.×;2.×;3.√;4.×;5.√;6.√;7.√;8.×;9.×;10.×.
三、选择题
1C,2D,3B,4A,5C,6B;7D;8C;9A;10B。
四、简答
1.重力沉降是利用非均匀混合物中待分离颗粒与流体之间的密度差(1分),在重力场中根据所受的重力的不同,将颗粒物从流体中分离的方法(1分)。
颗粒在液体中开始沉降的瞬间,由于颗粒与流体间没有相对运动,沉降速率u=0,随着颗粒的沉降,流体阻力增大,沉降过程变为减加速运动(1分),经过一段时间后,作用在颗粒上的重力、浮力和阻力达到平衡,颗粒开始做恒速下沉运动。
颗粒沉降达到等速运动的速率称为终端速率或沉降速率(1分)。
2.用衡算方法分析各种与物质传递和转化有关的过程时,首先应确定一个用于分析的特定区域(1分),既衡算的空间范围,称为衡算系统(1分)。
衡算可以是宏观上较大的范围。
(1分),对宏观范围进行的衡算称为总衡算,对微元范围进行的衡算称为微分衡算(1分)。
3.1904年普兰德提出了“边界层”的概念,认为即使粘性很低的流体,边界层也不能忽略,但其影响仅限于固体壁面附近的薄层,既边界层(1分)。
其要点为:
(1)当实际液体沿固体壁面流动时,紧贴壁面处存在非常薄的一层区域,在此区域内,流体的流速很小,但流速沿壁面法向的变化非常迅速(1分)。
这一区域称为边界层或流动边界层,也称为速率边界层。
在边界层内不能忽略黏性力(1分)。
(2)边界层外的整个流动区域称为外部流动区域。
在该区域内,辟面法向速度梯度很小,可以将黏性力忽略(1分)。
4.影响对流传热的因素很多,包括流体的物性特征、固体壁面的几何特征及流体的流动特征(1分)。
(1)物性特征:
液体的物性将影响传热,通常,流体密度或比热越大,传热速率越大,导热系数越大,传热越迅速,黏度越大,越不利于传热(1分),
(2)几何特征,将影响流体的流动状态或流体内部的速度分布(1分)。
(3)流动特征,包括流动起因,流动状态,相变等(1分)。
.
5.静止流体中的质量传递有两种典型情况,即单向扩散和等分子反向扩散(1分)。
单向扩散是静止流体与相界面接触时的物质传递完全依靠分子扩散,其扩散规律可以用费克定律描述(1分)。
等分子反向扩散是在一些双组分混合体系的传质过程中,当体系总浓度保持均匀不变时,组分A在分子扩散的同时伴有组分B向相反方向的分子扩散,且组分B扩散的量与组分A相等(1分)。
第三种是界面上有化学反应的扩散,既对于某些系统,在发生分子扩散的同时,往往伴随着化学反应(1分)。
五、计算题
1.解:
三种材料的平均对数半径分别为
(1分)
(1分)
(1分)
(2分)
r总=
(1分)
Q=ΔT/r总
=(105-5)/2.348
=42.59W/m
2.解:
对水箱进行磷的衡算,在dt时间内进入的磷-排出的磷=积累的磷(1分)
令入口流量Q,浓度c1,出口流量Q,水箱内水体积V,浓度c,
则有Q×c1-Q×c=d(Vc)/dt(1分)
分离变量dt=Vdc/(Q×c1-Q×c)(1分)
积分边界:
t:
0-t
c:
60-20(1分)
即:
=(1分)
t=1.79min(1分)
3.解:
在填料柱层取微元段dz,设A为填料柱横截面积,则微元体积为A•dz,以单位时间为衡算基准,在微元段内对三聚氰胺作质量衡算,稳态情况下,
流出量-流入量=溶解量
若单位体积的三聚氰胺表面积为a,则三聚氰胺溶解的量为NA•a•A•dz.
设水中三聚氰胺饱和浓度为Cs,则三聚氰胺溶解速率为
NA=-k(Cs-CA)
流出量-流入量=u•A•dCA
u•A•dCA+k(Cs-CA)•a•A•dz=0
分离变量,边界为z:
0-1.2,CA:
0-0.6Cs
-ln=
水
l1
l2
H1
H2
1
0
2
k=3×10-5m/s
4.解:
取水池水面为1-1’截面,
管道出口内侧断面为2-2’截面,
基准面在出口管轴心水平面上。
(1)在面1和面2间列机械能衡算方程
以表压表示,p1=p2=0,水池流速u1=0,z1=h1,z2=0,代入得
h1=
=[
=[]
=24×
所以10=+24×
u2=2.8m/s
流量q=u2×==0.022m3/s
(2)已知流量,计算u2
所以,h1==+24×=25×=18.05m
5.解:
(1)
将代入上式得
=2
解出1.44×10-4m=144µm
代入沉降速度得
ut=1.38×10-2m/s
(2)设流速即水平运动速度为u,则
u72ut
u0.99m/s
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