环境工程原理习题答案2j

1、思考题与习题2.1 某室内空气中o3的浓度是0.08×10-6(体积分数)，求； (1) 在1.013×l05 pa、25下，用g/m3表示该浓度； (2) 在大气压力为0.83×l05 pa和15下，o3的物质的量浓度为多少? 解：理想气体的体积分数与摩尔分数数值相等。 (1) 由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为 22.4l×298k273k 24.45 l所以o3浓度可以表示为 (2) 由题，在所给条件下，1mol空气的体积为 =22.4l×1.01325×l05 pa×288k(0.83×l05

2、pa×273）k =28.84 l所以o3的物质量浓度为 0.08×10-6 mol/28.84 l = 2.77×l09 mol/l2.2 假设在25和1.013×105 pa的条件下，so2的平均测旦浓度为400g/m3，若允许值为0.14×10-6，问是否符合要求? 解：由题，在所给条件下，将测量的so2质量浓度换算成体积分数，即 =0.15×10-6大于允许浓度，故不符合要求。2.3 试将下列物理置换算为si单位： 质景：1.5kgf·s2m kg密度：13.6gcm3 kg/m3压力：35 kgfcm2= pa 4

3、.7 atm= pa 670 mmhg= pa功率：10马力 kw比热容：2btu/(lb·of) j/(kg·k) 3kcal(kg·) j/(kg·k)流量：2.5ls m3h表而张力：70dyncm= nm 5kgfm nm解：质景：1.5kgf·s2m 14.7 kg密度：13.6gcm3 13.6×103 kg/m3压力：35 kgfcm2= 34.3×105 pa 4.7 atm= 4.8×105 pa 670 mmhg= 0.89×105 pa功率：10马力 7.5 kw比热容：2btu/(

4、lb·of) 8.4×103 j/(kg·k) 3kcal(kg·) 1.3×10 4 j/(kg·k)流量：2.5ls 9.0 m3h表而张力：70dyncm= 0.07 nm 5kgfm 49 nm2.4 密度有时可以表示成温度的线性的数，如式中：温度为t时的密度，lb / ft3； 温度为t0时的密度，lb / ft3。 t温度，of。 如果此方程在量纲上是一致的，在国际单位制中a的单位必须是什么？解：出题易得，a的单位为kg(m3·k)2.5 一加热炉用空气(含o2 0.21，n2 0.79)燃烧天然气(不含o2和n

5、2)。分析燃烧所得烟道气、其组成的库尔分数为co2 0.07，h2o 0.14，o2 0.056 n2 0.734。求每通人100m3、30 oc的氧气能体积为多少立方米的烟通气？烟道气温度为300 oc，炉内为常压。解：假设燃烧过程为稳态，烟道气中的成分来自天然气和空气。取加热炉为衡算系统。以n2为衡算对象，烟道气中的n2全部来自中气。设产生烟道气体积为v2。根据质量衡算方程，有：即=203.54 m32.6 某一段河流上游流量为36000 m3/d，河水中污染物的浓度为3.0 mg/l。有一支流流量为10000 m3/d，其中污染物浓度为30 mg/l。假设完全混合。求： (1)下游的污染

6、物浓度；(2) 每天有质量为多少于克的污染物质通过下游某一监测点。解：根据质量平衡方程，下游污染物浓度为 (2) 每天通过下游监测点的污染物的质量为：2.7 某一湖泊的容积为10×106 m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流量为50 m3/s。一工厂5 m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物、浓度为100 mgl：污染物降解反应速率常数为0.25d-1。假设污染物在湖中充分混合。求稳态时湖中污染物的浓度。 解：设稳态时湖中污染物浓度为，则输出的浓度也为由质量衡算，得即5 m3/s×100 mg/l (5+50) - 10×106 ×0.

7、25×/86400=0解之得：=5.96 mg/l2.8 某河流的流量力3.0 m3/s，有一条流量为0.05 m3/s的小溪汇人该河流。为研究河水与小溪水的混合状况，在溪水中加人示踪剂。假设仪器检测示踪剂的浓度下限为1.0mg/l。为了使河水和溪水完全混合后的示踪剂可以检测出，溪水中示踪剂的最低浓度是多少，需加人示踪剂的质量流量是多少?假设原河水和小溪均不含示踪剂。 解：设溪水中示踪剂的最低浓度为则根据质量衡算方程，有0.05=（3+0.05）×1.0解之得加入示踪剂的质量流量为61×0.05 g/s = 3.05 g/s2.9 假设某一城市上方的空气为一长宽均

8、为100 km、高为1.0 km的空箱模型。干净的空气以4 m/s的流速从一边流人。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0.20 h-1。假设完全混合： (1) 求稳态情况下的污染物浓度； (2) 假设风速突然降低为1m/s，估计2 h以后污染物的浓度。 解；(1)设稳态下污染物的浓度为则由质量衡算得 10.0 kg/s (0.20/3600) ××100×100×1×109 m3/s - 4×100×1×106 m3/s=0解之得=10.5 g/m3(2) 设空箱的长宽

9、均为l、高度为h，质景流量为qm，风速为u。根据质量衡算方程有带入已知量，分离变量并积分得积分，有 =29.0 g/m32.10 某水池内有1 m3 含总氮20 mg/l的污水，现用地表水进行置换，地表水进入水池的流量力10 m3/min，总氮含量为2 mg/l，同时从水池中排出相同的水量。假设水池内混合良好，生物降解过程可以忽略，求水池中总氮含量变为5mg/l，需要多少时间？ 解：设地表水中总氮浓度力，池中总氮浓度为由质量衡算，得即 积分得求得t = 0.18 min2.11 有一装满水的储槽，直径1m、高3m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为4cm，测得水流过小孔时的流速u0与槽内水

10、面高度z的关系为 试求放出1 m3水所需要的时间。 解：设储槽横截面积为a1，小孔的面积为a2由题得 即 所以有 即有 -226.55× z0=3m 积分计算得 t=189.8 s2.12 给水处理中，需要将固体硫酸铝配成一定浓度的溶液作为混凝剂。在一配料用的搅拌槽中，水和同体硫酸铝分别以150 kg/h和30kg/h的流量加入搅拌槽中，制成溶液后，以120 kg/h的流率流出容器。由于搅拌充分，槽内浓度各处均匀。开始时槽内预先己盛有100 kg纯水：试计算1h后由槽中流出的溶液百分比浓度。 解：设t时槽中的浓度为xm，dt时间内的浓度变化为d xm由质量衡算方程，得即 分离变量，得

11、由题有初始条件 t=0， =0当t=1h时，积分计算得：=12.6%2.13 有一个4×3m2的太阳能取暖器，太阳光的强度为3000 kj/(m2·h)，有50的太阳能被吸收用来加热流过取暖器的水流。水的流量为0.8 l/min。求流过取暖器的水升高的温度， 解：以取暖器为衡算系统，衡算基准取为1h输入取暖器的热量为 3000×12×50% kj/h=18000 kj/h设取暖据的水升高的温度为,水流热量变化率为根据质量衡算方程，得 18000 kj/h0.8×60×1×4.183× kj/( h·k)解之得89.65 k2.14 有一个总功率为1000mw的核反应堆，其中2/3的能量被冷却水带走，不考虑其他能量损失。冷却水来自当地的一条河流，喝水的流量为100 m3/s，水温为20 oc。 (1) 如果水温只允许上升10 oc，冷却水需要多大的流量？ (2) 如果加热后的水返回河中，问河水的水温会上升多少摄氏度?解：输人给冷却水的热量为q=1000×2/3 mw=666.7m