环工原理复习

环工原理复习 第二章 思考题 1.什么是换算因素？英尺和米的换算因数是多少？同一物理量用不同单位制的单位度量时，其数值比称为换算因数；英尺和米的换算因数是3.2808. 2.什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为它的量纲（因次）。

由各种变量和参数组合而成的没有单位的群数，称为无量纲准数。

区别：量纲是可测量的性质，而单位是测量的标准。

3.质量分数和质量比的区别和关系如何？试举出质量比的应用实例。

质量分数（摩尔分数）：是混合物中某组分的质量（或物质的量）占混合物总质量（或总物质的量）的分数。

质量比：混合物中某组分的质量与惰性组分质量的比值 4.大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。

1摩尔任何理想气体在相同的压强和温度下有着同样的体积，因此可以用体积分数表示污染物质的浓度，在实际应用中非常方便；同时，该单位的最大优点是与温度、压力无关。

例如，10-6（体积分数）表示每106体积空气中有1体积的污染物，这等价于每106摩尔空气中有1摩尔污染物质。

又因为任何单位摩尔的物质有着相同数量的分子，10-6（体积分数）也就相当于每106个空气分子中有1个污染物分子。

对于气体，体积分数和质量浓度ρA （mg/m 3）之间的关系和压力、温度以及污染物质的分子量有关。

对于理想气体，可以用理想气体状态方程表示，即：式中：p ——绝对压力，Pa 或N/m 2； V A ——体积，m 3；n A ——物质的摩尔数，mol ；R ——理想气体常数，8.314 J/(mol ·K)； T ——绝对温度，K 。

5.平均速度的涵义是什么？用管道输送水和空气时，较为经济的流速范围为多少？涵义：单位时间内以平均速度流过截面的流体体积与按实际上具有速度分布时流过同一截面的流体体积相等。

一般地，液体的流速取0.5~3.0m/s,气体则为10~30m/s 。

进行质量衡算的三个要素是什么？进行质量衡算时，首先需要划定衡算的系统，其次要确定衡算的对象与衡算的基准。

简述稳态系统和非稳态系统的特征。

当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，不随时间变化，称为稳态系统；当上述物理量不仅随位置变化，而且随时间变化，称为非稳态系统。

稳态流动的数学特征：衡算系统 ——用来分析质量迁移的特定区域，即衡算的空间范围总衡算——对宏观范围进行的衡算。

微分衡算——对微元范围进行的衡算。

衡算的基准：对一定时间段或一定质量物质进行衡算 什么是封闭系统和开放系统？封闭系统：只有能量可以穿越边界而物质不能穿越边界的系统。

开放系统：当能量和物质都能穿越边界的系统。

对于不对外做功的封闭系统，其内部能量的变化如何表现？ 表现为：物料温度的升高或物态的变化。

无相变情况下表现为温度的变化；有相变情况下吸收或放出潜热。

第四章思考题热量传递的过程分为：热传导、对流传热、辐射传热。

什么是热传导？在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，如固体、静止的液体和气体中以导热方式发生的热量传递过程，称为热传导。

什么是对流传热？分别举出一个强制对流传热和自然对流传热的实例。

流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程，仅发生在液体和气体中。

通常认为是流体与固体壁面之间的热传递过程。

对流传热分为自然对流传热和强制对流传热。

自然对流传热是指由于流体内部温度的不均匀分布形成密度差，在浮力的作用下流体发生对流而发生的传热过程，例如暖气片表面附近空气受热向上流动的过程；强制对流传热是指由于水泵、风机或其他外力引起流体流动而发生的传热过程。

简述辐射传热的过程及其特点。

物体由于热的原因而发出辐射能的过程。

过程：在这个过程中，物体先将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一个物体时，又被其全部或部分吸收而变成热能。

特点：辐射传热不需要任何介质作媒介，它可以在真空中传播，这是辐射传热与热传导和对流传热的不同之处。

简述影响对流传热的因素。

（1）物性特征（2）几何特征固体壁面的形状、尺度、方位、粗糙度、是否处于管道进口段以及是弯管还是直管等。

为什么流体层流流动时其传热过程较静止时增强？ 流体的流动增大了壁面处的温度梯度，使壁面处的热通量较静止时大传热边界层的范围如何确定？试分析传热边界层与流动边界层的关系。

壁面附近因传热而使流体温度发生变化的区域（即存在温度梯度的区域）;试分析影响对流传热系数的因素。

不是物性参数，与很多因素有关，其大小取决于流体物性、壁面情况、流动原因、流动状况、流体是否有相变等分析圆直管内湍流流动的对流传热系数与流量和管径的关系，若要提高对流传热系数，采取哪种措施最有效？湍流情况下，对流传热系数与流速的0.8次方成正比，与管径的0.2次方成反比。

强化传热：提高流速或采用小直径的管道，其中提高流速更为有效。

什么情况下保温层厚度增加反而会使热损失加大？保温层的临界直径由什么决定？一般情况下，热损失随保温层厚度增加而减小。

但对于小直径的管道，则可能出现相反的情况，即随保温层的厚度增加，热损失加大。

热损失 为最大值时的保温层直径： 什么是传热效率和传热单元数？传热单元数是温度的函数，在数值上等于单位传热推动力引起流体温度变化的大小，表明换热器传热能力的强弱。

传热效率ε: 流体可用的热量被利用的程度影响冷凝传热的因素（1）流体的物性:密度、粘度、导热系数、冷凝潜热； （2）冷凝膜两侧的温差； （3）蒸气流速和流向；（4）不凝性气体在换热器的传热量及总传热系数相同的条件下，采用逆流操作， 其优点是：（1）可以节省传热面积，减少设备费；（2）或可以减少换热介质的流量，降低运行费。

因此，在实际工程中多采用逆流操作 逆流操作的缺点：热、冷流体的最高温度集中在换热器的一端，使得该处的壁温较高。

对于高温换热器，应避免采用逆流操作 第四节 辐射传热(1) 分析热辐射对固体、液体和气体的作用特点。

❖固体和液体: 辐射能进入其表面后，在极短的距离内被吸收完; 一般固体和液体都是不透热体，即D ＝0，A+R =1; 吸收能力大的物体其反射能力就小❖气体对辐射能几乎没有反射能力，可以认为R =0，A+D =1; 吸收能力大的气体，其穿透能力就差(2) 比较黑体和灰体的特性及其辐射能力的差异。

灰体: 能以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能; 灰体对投入辐射的吸收率与外界无关;大多数工程材料可视为灰体; 气体不能近似地作为灰体处理.黑体: 热辐射对温度非常敏感，低温时热辐射往往可以忽略，高温时则起主要作用。

(3) 分析物体辐射能力和吸收能力的关系。

善于吸收的物体必善于辐射；黑体的辐射能力最大。

影响物体表面的黑度的因素 物体的性质、温度以及表面状况，包括粗糙度及氧化程度，是物体本身的特性，一般可通过实验确定。

气体辐射的特点: 1） 不同气体的辐射能力和吸收能力差别很大 2）不同气体的辐射能力和吸收能力差别很大 3）气体发射和吸收辐射能发生在整体气体体积内部，即吸收和辐射与热射线所经历的路程有关RTn pV A A =AAA x xX -=10=∂∂t 2c 2d d λα==吸收——辐射能被沿途的气体分子吸收而逐渐减少。

辐射——气体表面上的辐射应为达到表面的整个容积气体辐射的总和。

(1)简述换热器的类型。

按按交换方式分：间壁式；直接接触式；蓄热式用途分：加热器、预热器、过热器、蒸发器、再沸器、冷却器、冷凝器(2)什么是间壁式换热器，主要包括哪几种类型？间壁式换热器又叫表面式换热器，在这种换热器中，冷热两种流体被壁面隔开，在换热过程中，两种流体互不接触，热量由热流体通过壁面传给冷流体。

主要包括：管式换热器（蛇管式换热器、套管式换热器、列管式换热器）和板式换热器（夹套式换热器、平板式换热器）。

(3)列管式换热器式最常用的换热器，说明什么是管程、壳程，并分析当气体和液体换热时，气体宜通入哪一侧？流体在管内每通过一次称为一个管程；每通过壳体一次称为壳程。

当气体和液体换热时，气体宜通入-------------------。

(4)简述增加传热面积的方法。

采用小直径管、异形表面、加装翅片等(5)试分析提高间壁式换热器传热系数的途径。

设法减少对传热系数影响最大的热阻：①提高流体的速度；②增强流体的扰动；③在流体中加固体颗粒；④在气流中喷入液滴；⑤采用短管换热器；⑥防止结垢和及时清除污垢。

第五章质量传递什么是分子扩散和涡流扩散？分子扩散：由分子的不规则热运动而导致的传递；分子扩散过程只有在固体、静止流体或层流流动的流体中才会单独发生。

涡流扩散：由流体质点强烈掺混所导致的物质扩散。

(2)简述费克定律的物理意义和适用条件。

物理意义：由浓度梯度引起的组分A在Z方向上的质量通量=-（分子扩散系数）*（Z方向上组分A的梯度浓度）。

适用条件：？简述温度、压力对气体和液体分子扩散系数的影响。

a)非理想气体及浓溶液, 是浓度的函数。

b)溶质在液体中的扩散系数远比在气体中的小，在固体中的扩散系数更小。

气体、液体、固体扩散系数的数量级分别为10-5~10-4、10-10~10-9、10-14~10-9m2/s。

c)低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而降低。

d)扩散系数与总压力成反比，与热力学温度的1.75次方成正比对于双组分气体物系，当总压和温度提高1倍时，分子扩散系数将如何变化？对于双组分气体物系，什么是总体流动？分析总体流动和分子扩散的关系。

流体混合物的流动是以平均速度流动的，称为总体流动；第九章吸附吸附分离的基本原理。

通过多孔固体物料与某一混合组分体系接触，有选择地使体系中的一种或多种组分附着于固体表面，从而实现特定组分分离的操作过程。

简要说明吸附根据不同的分类方法可以分为哪些类型。

（1）按作用力性质分类：物理吸附、化学吸附；（2）按吸附剂再生方法分类：变温吸附（TSA）、变压吸附（PSA）；（3）按原料组成分类：大吸附量分离、杂质去除；（4）按分离机理分类：位阻效应、动力学效应、平衡效应；吸附在环境工程领域有哪些应用，举例说明。

（1）气体或溶液的脱水及深度干燥：如空气除湿等。

（2）气体或溶液的除臭、脱色及溶剂蒸汽的回收：如工厂排气中稀薄溶剂蒸汽的回收、去除等。

（3）气体预处理及痕量物质的分离：如天然气中水分、酸性气体的分离等。

（4）气体的大吸附量分离：如从空气中分离制取氧、氮，沼气中分离提纯甲烷等。

（5）石油烃馏分的分离：如对二甲苯与间二甲苯的分离。

（6）食品工业的产品精制：如葡萄糖浆的精制。

（7）环境保护：如副产品的综合利用回收，废水、废气中有害物质的去除等。

（8）其他应用：如海水中钾、铀等金属离子的分离富集，稀土金属的吸附回收，储能材料等。