环境工程原理试卷及答案.doc

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系部名称：

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姓名学号：

密封线内不得答：

题

-----------------------------密封线----------------------------------------密封线-----------------------------------------密封线--------------

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

《环境工程原理》试卷第8页共5页