環(huán)境工程原理答案

1、隨心編輯，值得下載擁有!=1LOGObeikezhangYOUR COMPANY NAME IS HERE專業(yè)I專注I精心I卓越【建筑工程管理】環(huán)境工程原理答案第I篇習題解答第一章緒論1.1簡要概述環(huán)境學(xué)科的發(fā)展歷史及其學(xué)科體系。解：環(huán)境學(xué)科是隨著環(huán)境問題的日趨突出而產(chǎn)生的一門新興的綜合性邊緣學(xué)科。它經(jīng)歷了 20世紀60年代的醞釀階段，到20世紀70年代初期從零星的環(huán) 境保護的研究工作與實踐逐漸發(fā)展成為一門獨立的新興學(xué)科。環(huán)境學(xué)科是一門正在蓬勃發(fā)展的科學(xué)， 其研究范圍和內(nèi)涵不斷擴展，所涉及的學(xué) 科非常廣泛，而且各個學(xué)科間又互相交叉和滲透， 因此目前有關(guān)環(huán)境學(xué)科的分支 學(xué)科還沒有形成統(tǒng)一的劃分方

2、法。圖 1-1是環(huán)境學(xué)科的分科體系。環(huán)境科學(xué)環(huán)境工程學(xué)環(huán)境學(xué)科體系彳環(huán)境生態(tài)學(xué)L環(huán)境規(guī)劃與管理圖1-1環(huán)境學(xué)科體系1.2簡要闡述環(huán)境工程學(xué)的主要任務(wù)及其學(xué)科體系。解：環(huán)境工程學(xué)作為環(huán)境學(xué)科的一個重要分支， 主要任務(wù)是利用環(huán)境學(xué)科以 及工程學(xué)的方法，研究環(huán)境污染控制理論、技術(shù)、措施和政策，以改善環(huán)境質(zhì)量, 保證人類的身體健康和生存以及社會的可持續(xù)發(fā)展。圖1-2是環(huán)境工程學(xué)的學(xué)科體系。圖1-2環(huán)境工程學(xué)的學(xué)科體系1.3 去除水中的懸浮物，有哪些可能的方法，它們的技術(shù)原理是什么？解：去除水中懸浮物的方法主要有： 沉淀、離心分離、 氣浮、過濾（砂濾等）、 過濾（篩網(wǎng)過濾）、反滲透、膜分離、蒸發(fā)濃縮等。

3、 上述方法對應(yīng)的技術(shù)原理分別為：重力沉降作用、離心沉降作用、浮力作用、物 理阻截作用、物理阻截作用、滲透壓、物理截留等、水與污染物的蒸發(fā)性差異。1.4 空氣中揮發(fā)性有機物（ VOCs ）的去除有哪些可能的技術(shù)，它們的技術(shù) 原理是什么？解：去除空氣中揮發(fā)性有機物（ VOCs ）的主要技術(shù)有：物理吸收法、化學(xué) 吸收法、吸附法、催化氧化法、生物法、燃燒法等。 上述方法對應(yīng)的技術(shù)原理分別為：物理吸收、化學(xué)吸收、界面吸附作用、氧化還 原反應(yīng)、生物降解作用、燃燒反應(yīng)。1.5 簡述土壤污染可能帶來的危害及其作用途徑。解：土壤污染的危害及其作用途徑主要有以下幾個方面： 通過雨水淋溶作用 ,可能導(dǎo)致地下水和周圍

4、地表水體的污染; 污染土壤通過土壤顆粒物等形式能直接或間接地為人或動物所吸入；通過植物吸收而進入食食物鏈上的生物產(chǎn)生毒害作用等。1.6 環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理可以分為哪幾類？它們的主要作用原理 是什么？解：從技術(shù)原理上看，環(huán)境凈化與污染控制技術(shù)原理可以分為“隔離技術(shù)”、 “分離技術(shù)”和“轉(zhuǎn)化技術(shù)”三大類。 隔離技術(shù)是將污染物或者污染介質(zhì)隔離從 而切斷污染物向周圍環(huán)境的擴散， 防止污染近一步擴大。 分離技術(shù)是利用污染物 與污染介質(zhì)或其它污染物在物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì)上的差異使其與介質(zhì)分離， 從而 達到污染物去除或回收利用的目的。 轉(zhuǎn)化技術(shù)是利用化學(xué)或生物反應(yīng)， 使污染物 轉(zhuǎn)化成無害物質(zhì)或易于分離

5、的物質(zhì)，從而使污染介質(zhì)得到凈化與處理。1.7 環(huán)境工程原理課程的任務(wù)是什么？解：該課程的主要任務(wù)是系統(tǒng)、深入地闡述環(huán)境污染控制工程，即水質(zhì)凈化 與水污染控制工程、大氣（包括室內(nèi)空氣）污染控制工程、固體廢物處理處置與 管理和資源化工程、物理性污染（熱污染、輻射污染、噪聲、振動）控制工程、 自然資源的合理利用與保護工程、 生態(tài)修復(fù)與構(gòu)建工程以及其它污染控制工程中 涉及到的具有共性的工程學(xué)基礎(chǔ)、基本過程和現(xiàn)象以及污染控制裝置的基本原 理，為相關(guān)的專業(yè)課程打下良好的理論基礎(chǔ)。第二章 質(zhì)量衡算與能量衡算2.1某室內(nèi)空氣中03的濃度是0.08 X D(體積分數(shù))，求：(1 )在1.013 X 1Pa 25

6、 C下，用 卩g/m3表示該濃度；(2)在大氣壓力為0.83 X 1Pa和15 C下，03的物質(zhì)的量濃度為多少？解：理想氣體的體積分數(shù)與摩爾分數(shù)值相等由題，在所給條件下， 1mol 空氣混合物的體積為V1 = V0 P1/ P1T0=22.4L X 298K/273K=24.45L所以 03濃度可以表示為0.08 X tCFmol X 48g/mol X24.45L ) -1 = 157.05 曲/m 3( 2)由題，在所給條件下， 1mol 空氣的體積為V1 = V。 P1 / P 訂0=22.4L X 1.01310X5PaX 288K/(0.83X105PaX 273K ) =28.82

7、L所以 03的物質(zhì)的量濃度為0.08 X 16mol/28.82L = 2.78 X l0mol/L2.2假設(shè)在 25 C和1.013 X 5Pa的條件下，S02的平均測量濃度為400卩g/m?，若允許值為0.14 X代，問是否符合要求？解：由題，在所給條件下，將測量的S02質(zhì)量濃度換算成體積分數(shù)，即大于允許濃度，故不符合要求2.3 試將下列物理量換算為SI 制單位：質(zhì)量：1.5kgf 2/m= skg密度： 13.6g/cm 3=kg/ m 3壓力： 35kgf/cm 2=Pa4.7atm=Pa670mmHg=Pa功率：10馬力=kW比熱容：2Btu/(lb-T)J/ ( kg - K)3k

8、cal/ ( kgC =J/ ( kg - K)流量： 2.5L/s=m 3/h表面張力： 70dyn/cm= N/m5 kgf/m= N/m 解：質(zhì)量： 1.5kgf 2/m=14.709975kg密度：13.6g/cm 3=13.6 x 1kg/ m 3壓力：35kg/cm 2=3.43245x 160Pa4.7atm=4.762275x5P1 0a670mmHg=8.93244x 104Pa功率：10馬力=7.4569kW比熱容： 2Btu/（lb 衛(wèi)）=8.3736 （ k爭 10K）3kcal/ ( kgC =1.2 5604 x l0J/ ( kg K)流量： 2.5L/s=9m

9、3/h表面張力： 70dyn/cm=0.07N/m5 kgf/m=49.03325N/m2.4 密度有時可以表示成溫度的線性函數(shù)，如p = p+At式中：p溫度為t時的密度，lb/ft 3;p0溫度為t0時的密度，lb/ft 3。t溫度，F(xiàn)。如果此方程在因次上是一致的，在國際單位制中A的單位必須是什么？解：由題易得，A的單位為kg/ (m3 K)2.5 一加熱爐用空氣(含 02 0.21, N 2 0.79 )燃燒天然氣(不含 02與N2) 分析燃燒所得煙道氣，其組成的摩爾分數(shù)為 CO2 0.07， H2O 0.14 ， O2 0.056 ， N2 0.734。求每通入100m 3、30 C的

10、空氣能產(chǎn)生多少m3煙道氣？煙道氣溫度 為300 C，爐內(nèi)為常壓。解：假設(shè)燃燒過程為穩(wěn)態(tài)。煙道氣中的成分來自天然氣和空氣。取加熱爐為 衡算系統(tǒng)。以N2為衡算對象，煙道氣中的 N2全部來自空氣。設(shè)產(chǎn)生煙道氣體 積為V2。根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有0.79 X1V1/RT1 = 0.734 XV2/RT20.79 X 100i3/303K = 0.734 /573KV2 = 203.54m 32.6 某一段河流上游流量為 36000m 3/d ，河水中污染物的濃度為 3.0mg/L有一支流流量為 10000 m 3/d ，其中污染物濃度為 30mg/L 。假設(shè)完全混合。（1 ）求下游的污染物濃度（2）求每

11、天有多少 kg 污染物質(zhì)通過下游某一監(jiān)測點。解：（1 ）根據(jù)質(zhì)量衡算方程，下游污染物濃度為（ 2 ）每天通過下游測量點的污染物的質(zhì)量為2.7某一湖泊的容積為10 X 10m3,上游有一未被污染的河流流入該湖泊， 流量為50m 3/s。一工廠以5 m3/s的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污 染物，濃度為 100mg/L 。污染物降解反應(yīng)速率常數(shù)為 0.25d 1。假設(shè)污染物在 湖中充分混合。求穩(wěn)態(tài)時湖中污染物的濃度。解：設(shè)穩(wěn)態(tài)時湖中污染物濃度為，則輸出的濃度也為 則由質(zhì)量衡算，得5 X 100mg/L 5 + 50) m3/s 10 X 1論 0.25 Wm = 0解之得=5.96mg/L2

12、.8 某河流的流量為 3.0m 3/s ，有一條流量為 0.05m 3/s 的小溪匯入該河流。 為研究河水與小溪水的混合狀況， 在溪水中加入示蹤劑。 假設(shè)儀器檢測示蹤劑的 濃度下限為 1.0mg/L 。為了使河水和溪水完全混合后的示蹤劑可以檢出，溪水 中示蹤劑的最低濃度是多少？需加入示蹤劑的質(zhì)量流量是多少？假設(shè)原河水和 小溪中不含示蹤劑。解：設(shè)溪水中示蹤劑的最低濃度為 p則根據(jù)質(zhì)量衡算方程，有0.05 p=( 3 + 0.05) X 1.0解之得p = 61 mg/L加入示蹤劑的質(zhì)量流量為61 X 0.05g/s 35g/s2.9假設(shè)某一城市上方的空氣為一長寬均為 100 km、高為1.0 k

13、m的空箱 模型。干凈的空氣以 4 m/s 的流速從一邊流入。假設(shè)某種空氣污染物以 10.0 kg/s 的總排放速率進入空箱，其降解反應(yīng)速率常數(shù)為 0.20h 1。假設(shè)完全混合，( 1 )求穩(wěn)態(tài)情況下的污染物濃度；( 2)假設(shè)風速突然降低為 1m/s ，估計 2h 以后污染物的濃度。解：(1 )設(shè)穩(wěn)態(tài)下污染物的濃度為 p 則由質(zhì)量衡算得10.0kg/s (0.20/3600 ) XpX 100 x 100 x 1 女ml30s 4 x 100 x 1 奐 p03/s =0解之得p= 1.05 X 10ng/m 3(2)設(shè)空箱的長寬均為L,高度為h，質(zhì)量流量為qm，風速為u。根據(jù)質(zhì)量衡算方程有帶入

14、已知量，分離變量并積分，得積分有p= 1.15 x 1ff mg/m 32.10 某水池內(nèi)有 1 m 3含總氮 20 mg/L 的污水，現(xiàn)用地表水進行置換，地 表水進入水池的流量為 10 m 3/min ，總氮含量為 2 mg/L ，同時從水池中排出相 同的水量。假設(shè)水池內(nèi)混合良好， 生物降解過程可以忽略， 求水池中總氮含量變 為 5 mg/L 時，需要多少時間？解：設(shè)地表水中總氮濃度為 p0,池中總氮濃度為p由質(zhì)量衡算，得積分，有求得t = 0.18 min2.11有一裝滿水的儲槽，直徑1m、高3m?，F(xiàn)由槽底部的小孔向外排水。小孔的直徑為4cm，測得水流過小孔時的流速uo與槽內(nèi)水面高度z的關(guān)

15、系uo= 0.62 (2gz )。5試求放出 1m 3 水所需的時間。解：設(shè)儲槽橫截面積為 A1，小孔的面積為A2由題得A2U0 = dV/dt，即 uo= dz/dt 宓2所以有dz/dt x(100/4 ) 2= 0.62 (2gz ) 5即有226.55 XZdz = dtz0 = 3mZ1 = Z0 1m 3 x(nx 0.25m1 = 1.73m積分計算得t = 189.8s2.12 給水處理中， 需要將固體硫酸鋁配成一定濃度的溶液作為混凝劑。 在 一配料用的攪拌槽中，水和固體硫酸鋁分別以 150kg/h 和 30kg/h 的流量加入 攪拌槽中，制成溶液后，以 120kg/h 的流率

16、流出容器。由于攪拌充分，槽內(nèi)濃 度各處均勻。 開始時槽內(nèi)預(yù)先已盛有 100kg 純水。試計算 1h 后由槽中流出的溶 液濃度。解：設(shè)t時槽中的濃度為p, dt時間內(nèi)的濃度變化為d p 由質(zhì)量衡算方程，可得時間也是變量，一下積分過程是否有誤？30 X dt = 100 + 60t) dC + 120Cdt即(30 120C ) dt =( 100 + 60t) dC由題有初始條件t = 0, C = 0積分計算得：當t = 1h時C= 15.23 %2.13有一個4 X 3n2的太陽能取暖器，太陽光的強度為 3000kJ/ (m2 h) 有 50%的太陽能被吸收用來加熱流過取暖器的水流。水的流量

17、為 0.8L/min 。求 流過取暖器的水升高的溫度。解：以取暖器為衡算系統(tǒng)，衡算基準取為 1h輸入取暖器的熱量為3000 x 12 x 50 %J/h = 18000 kJ/h設(shè)取暖器的水升高的溫度為T),水流熱量變化率為根據(jù)熱量衡算方程，有18000 kJ/h = 0.8 x 60 x 1 x 4.t83TkJXi.K解之得= 89.65K2.14 有一個總功率為 1000MW 的核反應(yīng)堆，其中 2/3 的能量被冷卻水帶 走，不考慮其他能量損失。冷卻水來自于當?shù)氐囊粭l河流，河水的流量為100m 3/s，水溫為 20 C。(1) 如果水溫只允許上升10 c,冷卻水需要多大的流量；(2) 如果

18、加熱后的水返回河中，問河水的水溫會上升多少C。解：輸入給冷卻水的熱量為Q = 1000 x 2/3MW 67 MW( 1 )以冷卻水為衡算對象，設(shè)冷卻水的流量為，熱量變化率為。根據(jù)熱量衡算定律，有x 10 x 4.183 x 10 kJ3中 667 x 13KWQ = 15.94m 3/s( 2)由題，根據(jù)熱量衡算方程，得100 x 10x 4.183 zxkJ/m 3 = 667 x 1KW= 1.59K第四章 熱量傳遞4.1 用平板法測定材料的導(dǎo)熱系數(shù)， 即在平板的一側(cè)用電加熱器加熱， 另一 側(cè)以冷水通過夾層將熱量移走， 同時板的兩側(cè)由熱電偶測量其表面溫度， 電熱器 流經(jīng)平板的熱量為電熱器

19、消耗的功率。設(shè)某材料的加熱面積A為0.02m 2，厚度b為0.01m，當電熱器的電流和電壓分別為 2.8A和140V時，板兩側(cè)的溫度分 別為300 C和100 C；當電熱器的電流和電壓分別為 2.28A和114V時，板兩 側(cè)的溫度分別為200 C和50 C。如果該材料的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系為線性關(guān) 系，即，式中T的單位為C。試確定導(dǎo)熱系數(shù)與溫度關(guān)系的表達式。解：設(shè)電熱器的電流和電壓為I和U，流經(jīng)平板的熱量流量為 Q。由題有Q = UI且有對于薄板，取 db 厚度，有又因為導(dǎo)熱系數(shù)與溫度存在線性關(guān)系，所以有分別對 db 和 dT 進行積分得分別取邊界條件，則得根據(jù)題目所給條件，聯(lián)立方程組解之得a

20、 = 2.24 x 1K-1沁=0.677W/( m- K)因此，導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系式為入=0.677 ( 1+2.24 x 1T)4.2某平壁材料的導(dǎo)熱系數(shù) W/(m K) ,T的單位為C。若已知通過平壁的 熱通量為 q W/m 2，平壁內(nèi)表面的溫度為。試求平壁內(nèi)的溫度分布。解：由題意，根據(jù)傅立葉定律有q =入 dT/dy即q = 一入o (1 + a TdT/dy分離變量并積分整理得此即溫度分布方程4.3 某燃燒爐的爐壁由 500mm 厚的耐火磚、 380mm 厚的絕熱磚及250mm 厚的普通磚砌成。其 入值依次為1.40 W/(m K) , 0.10 W/(m 0.92 K)及W/(m

21、 K)。傳熱面積為1m2。已知耐火磚內(nèi)壁溫度為1000 C,普通磚外壁溫 度為50 C。( 1 )單位面積熱通量及層與層之間溫度；2）若耐火磚與絕熱磚之間有一 2cm 的空氣層，其熱傳導(dǎo)系數(shù)為 0.0459W/（mC ）。內(nèi)外壁溫度仍不變，問此時單位面積熱損失為多少?解：設(shè)耐火磚、絕熱磚、普通磚的熱阻分別為r1、r2、r3。（1）由題易得ri = = = 0.357 m 2 K/Wr2= 3.8 m 2 K/Wr3= 0.2722 m/W所以有q=214.5W/m 2由題（2）T1 = 1000 CT2=T1QR1= 923.4 CT3=T1Q（R1R2）= 108.3 CT4= 50 C由題

22、，增加的熱阻為r =0.436 m 2 K/Wq = T/ri 什 r2+ r3 + r ）= 195.3W/m 24.4某一60 mmx 3mm 的鋁復(fù)合管，其導(dǎo)熱系數(shù)為45 W/（m K外包一 層厚 30mm 的石棉后， 又包一層厚為 30mm 的軟木。石棉和軟木的導(dǎo)熱系數(shù)分別為 0.15W/(m K)0和4 W/(m K)。試求(1)如已知管內(nèi)壁溫度為-105 C,軟木外側(cè)溫度為5 C,則每米管長的冷損 失量為多少？(2 )若將兩層保溫材料互換，互換后假設(shè)石棉外側(cè)溫度仍為5 C,則此時每米管長的冷損失量為多少？解：設(shè)鋁復(fù)合管、石棉、軟木的對數(shù)平均半徑分別為rm1、rm2、rm3。由題有rmi = mm = 28.47mmrm2 = mm = 43.28mmrm3 = mm = 73.99mm(1) R/L =3.73 X 10K m/W+ 0.735K m/W+ 1.613K