环境工程原理考试第一部分试题 .pdf

2005 年秋季环境工程原理第一部分考试题 总分 100 分 姓名 学号 一 问答题 40 分 1 流体中组分 A 的含量为 与平壁面接触 壁面上组分 A 的含量为 且 试 绘制当流体分别为静止 沿壁面层流流动和湍流流动时 组分 A 在壁面法向上的浓度分布示意 图 6 分 0A c A i c 0A c A i c L L L a 静止时 b 层流流动 c 湍流流动 A c A c A c 2 设冬天室内的温度为 室外温度为 在两温度保持不变的情况下 试绘制下列 三种情况下从室内空气到室外大气温度分布示意图 8 分 1 T 2 T 1 T 2 T 1 室外平静无风 不考虑辐射传热 2 室外冷空气以一定流速流过砖墙表面 3 除了室外刮风外 还考虑砖墙与四周环境的辐射传热 3 流体沿平壁面流动时 同时发生传质过程 当流速增加致使流动状态由层流变为湍流时 试 分析流动边界层厚度的变化 以及对流动阻力和传质阻力产生的影响 6 4 流体沿壁面流动时 有时会出现边界层分离的现象 试论述 6 分 1 边界层分离的条件 2 流动状态对边界层分离和流动阻力的影响 5 有一个套管换热器 内管外侧装有翅片 用水冷却空气 空气和水各应走哪里 管内和壳间 试解释原因 6 分 6 燃烧废气中含有 SO2 欲采用吸收法去除 根据你所学的知识 分析提高去除效率的方法 8 分 二 计算题 60 分 1 一根水平放置的蒸汽管道 其保温层外径为 583mm 保温层外表面的实测温度为 48 空气 温度为 22 此时空气与保温层外表面的自然对流传热系数为 3 43W m2 K 保温层外表面的 黑度是 0 9 试求此管道每米长度的总散热量 此时 辐射传热的角系数为 1 总辐射系数为 1 20 CC 10 分 2 某热水管道拟采用两层保温材料进行保温 已知两种材料的导热系数分别 1 和 2 1 2 若保温材料厚度相同 为了达到较好的保温效果 应将哪种材料放在内层 试通过计算式说明原 因 15 分 3 纯气体 A 通过厚度为 0 01m 的气膜从主体向催化剂表面扩散 在催化剂表面发生瞬时化学反 应 A g 2B g 生成的 B 又反向扩散回来 已知总压力为 1 013 105Pa 温度为 300K 扩散系数 DAB为 1 5 10 5m2 s 试求 A 的扩散速率 15 分 4 一直径为 20mm 的球形萘粒置于压力为 1 013 105Pa 温度为 318K 的空气中 已知该温度 下萘的蒸汽压为 74 Pa 萘在空气中的扩散系数为 6 9 10 6m2 s 萘的分子量为 128 密度为 1145kg m3 试求以下两种情况下 萘球全部升华所需要的时间 20 分 1 萘粒置于大范围静止空气中 注 在大范围静止空气中的传质阻力相当于通过厚度为球半 径的静止空气层的阻力 2 空气以 0 3m s 的速度流动 此时的平均对流传质系数为 6 4 10 3m s 参考答案 参考答案 一 问答题一 问答题 1 见下图 CA0 CA0 L A ic A i c L A ic A i c L A ic A i c CA0 a 静止时 b 层流流动 c 湍流流动 2 见下图 1 2 3 室内 T1 室外 T2 室内 T1 室外 T2 室内 T1 室外 T2 附图 2 环境工程原理基础简答题 12 题答案 3 边界层厚度与流速有关 流速增加 边界层厚度减少 流动由层流变成湍流 速度梯度变大 摩擦力增加 流动阻力增加 边界层厚度减少 而传质阻力主要集 中在边界层 湍流加大了液体的对流 浓度梯度增大 传质阻力减少 4 1 边界层分离的条件 流体具有粘滞性 产生逆压梯度 将靠近界面的慢流 体的速度阻滞为零 即可发生边界层分离 2 层流边界层速度变化较湍流小 慢速流体更容易被阻滞 所以 湍流边界 层分离比层流延后 由于湍流边界层分离延后 分离点下移 尾流区较小 所以其 形体阻力小 5 装有翅片的目的一方面是为了加大接触面积 另一方面是为了破坏边界层形成 以提高对流传热系数 要提高传热器的传热效果 应当提高限制步骤的传热效果 因此 在用水冷却 空气的换热过程中 空气对流传热慢 是制约因素 所以 翅片应放在空气一侧 即空气走壳间 水走管内 6 吸收法可近似认为单向扩散 AB AAi Bm D p Np RTLp Ao p 由上式可知 为了提高吸收效 率 可以增加 SO2的浓度 浓缩尾气 换用高效的吸收液 碱液等 同时即使更 换新的吸收液 增大吸收液与 SO2的接触面积 雾状喷淋 适当增加温度和压强 以加快碱液对 SO2的吸收速率 二 计算题二 计算题 1 解 对流传热 3 430 583 14822150 77QA T 对流 W 辐射传热 44 12 0 44 100100 2734827322 0 9 5 670 583 1 100100 284 5 TT QC A W 辐射 所以 435 27QQQW 总对流辐射 2 解 1212 1212 1122 11221122 mm mm mmmm TL d dTTT Q bbbb Rb AAL dL d dd 当导热系数为 1 的材料在内层时 1 2 2 令 c a 1m d 2m d 1m d 2m d 因为 121212 accaac0 即 12 QQ 为了达到较好的保温效果 导热系数为 2 的材料应放在内层 3 解 由 AA AABA dcc NDNN dzc B 因为 2 BA NN 所以 0 0 55 2 1 ln 1 1 ln 1 1 5 101 013 101 1 ln 0 01 8 31 3001 0 0 042 A AAB A i A AB A i y c ND Ly y p D LRTy mol ms 4 解 1 设任一时刻萘球的半径为r 有传质速率方程 有 AB AA i B m Dp Np RTL p 0A p 又根据质量衡算 有 A dndV NA dtMdt 即 3 128 10 A dr N dt 所以 65 3 11456 9 101 013 10 740 128 108 31 318 B m dr dtrp 其中 55 0 5 5 0 5 1 013 10 1 013 1074 1 013 10 1 013 10 lnln 1 013 1074 BB i B mAB B B i pp pD p p 11 2 15 10r drdt 边界条件t 0 r 0 01 t t r 0 积分得 2 11 0 01 2 15 10