《环工原理》部分课后作业及答案

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1、-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------第一篇第二章质量衡算与能量衡算2.1某室内空气中O3的浓度是0.08×10-6（体积分数），求：（1）在1.013×105Pa、25℃下，用μg/m3表示该浓度；（2

2、）在大气压力为0.83×105Pa和15℃下，O3的物质的量浓度为多少？解：（1）理想气体的体积分数与摩尔分数值相等由题，在所给条件下，1mol空气混合物的体积为V1＝V0·P0T1/P1T0＝22.4L×298K/273K＝24.45L所以O3浓度可以表示为0.08×10－6mol×48g/mol×（24.45L）－1＝157.05μg/m3（2）由题，在所给条件下，1mol空气的体积为V1＝V0·P0T1/P1T0=22.4L×1.013×105Pa×288K/(0.83×105Pa×273K）＝28.82L所以O

3、3的物质的量浓度为0.08×10－6mol/28.82L＝2.78×10－9mol/L2.2假设在25℃和1.013×105Pa的条件下，SO2的平均测量浓度为400μg/m3，若允许值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，即大于允许浓度，故不符合要求2.6某一段河流上游流量为36000m3/d，河水中污染物的浓度为3.0mg/L。有一支流流量为10000m3/d，其中污染物浓度为30mg/L。假设完全混合。求：（1）求下游的污染物浓度；（2）求每天有多少kg

4、污染物质通过下游某一监测点。解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为（2）每天通过下游测量点的污染物的质量为2.7某一湖泊容积10×106m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流量为50m3/s。一工厂以5m3/s-17-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

5、-------------------------------的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，浓度为100mg/L。污染物降解反应速率常数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5×100mg/L－（5＋50）m3/s－10×106×0.25×m3/s＝0解得＝5.96mg/L2.11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与槽内水面高度z的关系为：u

6、0＝0.62（2gz）0.5，试求放出1m3水所需的时间。解：设储槽横截面积为A1，小孔的面积为A2由题得A2u0＝－dV/dt即u0＝－dz/dt×A1/A2所以有－dz/dt×（100/4）2＝0.62（2gz）0.5即有－226.55×z-0.5dz＝dt------①又z0＝3mz1＝z0－1m3×（π×0.25m2）-1＝1.73m对①式积分得t＝189.8s2.14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。冷却水来自于当地的一条河流，河水的流量为100m3/s，

7、水温为20℃。（1）如果水温只允许上升10℃，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℃。解：输入给冷却水的热量为Q＝1000×2/3MW＝667MW（1）以冷却水为衡算对象，设冷却水的流量为，热量变化率为根据热量衡算定律，有×103×4.183×10kJ/m3＝667×103KW得Q＝15.94m3/s（2）由题，根据热量衡算方程，得100×103×4.183×△TkJ/m3＝667×103KW得△T＝1.59K第三章流体流动3.2常压、20℃的空气稳定流过平板壁面，在边界层厚度为1

8、.8mm处的雷诺数为6.7×104。求空气的外流速度。解：设边界层厚度为δ；空气密度为ρ，空气流速为u。由题，因为湍流的临界雷诺数一般取5×105＞6.7×104，-17---------------------------------------------------------------------------------