环境工程原理课后答案第2-8章

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1、《第二章质量衡算与能量衡算》2.8某河流的流量为3.0m3/s，有一条流量为0.05m3/s的小溪汇入该河流。为研究河水与小溪水的混合状况，在溪水中加入示踪剂。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出，溪水中示踪剂的最低浓度是多少？需加入示踪剂的质量流量是多少？假设原河水和小溪中不含示踪剂。r1=0qV1=3.0m3/sqV2=0.05m3/sr=?解：取衡算系统如图所示。确定衡算对象为示踪剂。衡算的基准是s可判断为稳态非反应系统，对汇合前后示踪剂进行质量衡算：qm1=qm20.05ρ=(3+0.05)×1.0ρ=61mg/L加入

2、示踪剂的质量流量为：(61×10-3g)/(10-3m3)×0.05m3/s=3.05g/s单位要统一《第二章质量衡算与能量衡算》2.9假设某城市上方的空气为一长度均为100km、高为1.0km的空箱模型。干净的空气以4m/s的流速从一边进入。假设某种空气污染物以10.0kg/s的总排放速率进入空箱，其降解反应速率常数为0.20h-1。假设完全混合。求稳态情况下的污染物浓度。解：取衡算系统为空箱所占空间。确定衡算对象为污染物。衡算的基准是s。可判断为稳态反应系统。设稳态下污染物浓度为ρ，对空箱中混和前后污染物进行质量衡算：qm1-qm2-krV=010.kg/s－4×100×

3、1×106ρm3/s－(0.20/3600)×ρ×100×100×1×109m3/s=0ρ=1.05×10-2mg/m3单位要统一《第二章质量衡算与能量衡算》2.13有一个4×3m2的太阳能取暖器，太阳光的强度为3000kJ/(m2h)，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0.8L/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1h。设取暖器的水升高的温度为ΔT，根据热量衡算方程，Q=mcpDT3000kJ/m2h×4×3m2×50%=0.8L/min×60min×4.183kJ/hk×ΔTΔT=89.65K《第二章质量衡算与能量衡

4、算》2.13有一个总功率为1000MW的核反应堆，其中2/3的能量为冷却水带走，不考虑其他能量损失。冷却水来自当地的一条河流，河水的流量为100m3/s，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，冷却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,该系统为开放系统。设冷却水的流量为qV《第二章质量衡算与能量衡算》则冷却水热量的变化率为åHP-åHF=qmcpDT667´103KW=qV´103´4.183´10kJ/m3水的密度kg/m3水的比热kJ/kgK

5、温度℃qV=15.94m3/s（2）以河流水为衡算对象，在100m3/s的流量下，吸收667MW能量后河水温度的变化为DT=667´103100´103´4.184＝1.59oC第三章流体流动3.3污水处理厂中,将污水从调节池提升至沉淀池.两池水面差最大为10m.管路摩擦损失为4J/kg，流量为34m3/h，求提升水所需要的功率，设水的温度为25℃解：12p1122r2p2r+åhf——拓展的伯努利方程（各项单位为J/kg）取调节池水面和沉淀池水面为1，2截面：u1=u2=0p1=p2=大气压伯努利方程变为：We=g(z2-z1)+åhf=9.81´10+4=102.

6、1J/kgNe=We´qm=We´qm´r=102.1´103´34/3600=964.3Wu1+gz1+-We=u2+gz2+3.4如图所示，有一水平通风管道，某处直径由400mm减缩至200mm。为了粗略估计管道中的空气流量，在锥形接头两端各装一个U形管压差计，现测得粗管端的表压为100mm水柱，细管端的表压为40mm水柱，空气流过锥形管的能量损失可以忽略，管道中空气的密度为1.2kg/m3，试求管道的空气流量。解：截面1和截面2之间列伯努力方程:u12/2+P1/ρ＝u22/2+P2/ρ由题目知:u2=4u1则有:15u12=2(P1-P2)/ρ=2×（0.1-0.04)

7、×103×9.81/1.2解得：u1=8.09m/s代入数据，解得qv=u1A=8.09×3.14×0.22=1.02m3/s3.6水在圆形直管中呈层流流动，若流量不变，说明在下列情况下，因流动阻力而产生的能量损失的变化情况：（1）管长增加一倍（2）管径增加一倍。Dpf=8muml2=32muml2=llrum2d2（1）管长增加一倍：阻力损失增加一倍（2）管径增加一倍：um变为原来的1/4，μ和l不变，阻力损失变为原来的1/16r0d3.10用泵将水从一蓄水池送至水塔中，如图所示