环境工程原理重点

环境工程原理重点

第一部分

一、量纲与无量纲

1.量纲：用来描述物体或系统物理状态的可测量性质。

量纲与单位不同，其区别在于，量纲是可测量的性质，而单位是测量

的标准，用这些标准和确定的数值可以定量的描述量纲。

表示：如【长度】或【L】表示长度的量纲，不是具体确定数值的某一长度。

分类：基本量（质量M、长度L、时间t、温度T）和导出量。导出量量纲可用基本量量纲组合形式表示。

2. 无量纲准数：由各种变量和参数组合而成的没有单位的群数。无量纲准数实

际上量纲为1，其数值与所选单位制无关，但组合群数单位统一。

雷诺数Re：惯性力与黏性力之比，用于判断流体的流动状态。定义式：

Re=ρu L/μ（ρ：密度，kg/m³；u：流速，m/s；μ：黏度，kg/(m·s)）二、常用物理量及其表示方法

（一）浓度

1.质量浓度：ρA =m A/V（ρA：组分A的质量浓度，kg/m³；m A：混合物中组

分A的质量，kg；V：混合物的体积，m³）

2.物质的量浓度：c A=n A/V（c A：组分A的物质的量浓度，kmol/m³；n A：混合

物中组分A的物质的量，kmol）

3.两者关系：c A=ρA/M A（M A：组分A的摩尔质量，kg/kmol）

4.质量分数：x mA=m A/m(x mA：组分A的质量分数；m：混合物的总质量，kg)

5.理想气体状态方程：pV A=n A RT（p：混合气体的绝对压力，Pa；V A：组分A

的体积，m³；n A：组分A的物质的量，mol；

R：理想气体常数，8.314 J/（mol·K）；T：

混合气体的绝对温度，K）

6.摩尔分数：x A=n A/n（x A：组分A的摩尔分数；n：混合物总物质的量，mol）

7.质量比：混合物中某组分的质量与惰性组分质量的比值。以X mA表示。

X mA=m A/(m-m A) (X mA：组分A的质量比，量纲为1；m-m A：

混合物中惰性物质的质量，kg) 摩尔比：混合物中某组分的物质的量与惰性组分物质的量的比值。以X表示。

X A=n A/（n-n A）(X A：组分A的摩尔比，量纲为1；n-n A：

混合物中惰性组分的物质的量，mol) （二）流量：q V=V/t（m³/s）——体积流量q m=Vρ/t（kg/s）——质量流量

q m=q vρ

（三）流速：u m=q v/(πd²/4)（m/s）（经常使用圆形管，d为内径）

（四）通量：单位时间内通过单位面积的物理量。表示传递速率的重要物理量。

三、热量衡算方程：△E’=∑HP-∑HF+Eq （∑HF：单位时间输入系统的物料

的焓值总和，即物料带入的能量总和，kJ/s；∑H P：单位时间输出系统的

物料的焓值总和，及物料带出的能量总和，kJ/s；E q：单位时间系统内部

物料能量的积累，kJ/s；△E’：单位时间系统内部总能量的变化，kJ/s）

四、流体流动（u m2/u m1=(d1/d2)²——圆形管道）

1.机械能衡算方程设计的能量分为两类：1）机械能：包括动能、位能及静压能。

在流体流动过程中可以相互转变，也可转变为热和内能；2）内能和热：不能直接转变为机械能而用于流体的输送。

2.方程：1/2△u m2+g△z+△p/ρ=-W e-∑h f

3.伯努利方程：1/2△u m2+g△z+△p/ρ=0

4.雷诺数：Re=ρu L/μ（圆管内：Re<2000时，流动总是层流，成为层流区；

当Re>4000时，一般出现湍流，称为湍流区）

5.牛顿黏性定律：τ=-μ·du x/dy (τ：剪切应力，N/m2;μ：动力黏性系数，简

称黏度，Pa·s；du x/dy：垂直于流动方向的速度梯度，或称剪切变形速率，s-1)该定律指出，相邻流体层之间的剪切应力τ与该处垂直于流动方向的速度梯度du x/dy成正比。适用于层流运动。

6.黏度：ν=μ/ρ（ν：流体运动黏度，m2/s；ρ：流体密度，kg/m3）

温度对黏度的影响较大，由于内聚力是影响黏度的主要因素，因此，对于液体，当温度升高时，分子间距离增大，吸引力减小，因而使速度梯度

所产生的剪切应力减小，即黏度减小；对于气体，由于气体分子间距大，内聚力很小，所以黏度主要是由气体分子运动动量交换的结果所引起的，温度升高，分子运动加快，动量交换频繁，所以黏度增加。

7.流动状态对剪切应力的影响：流动的剪切应力除了由分子运动引起外，还由

质点脉动引起。由于质点脉动对流体之间的相互影响远大于分子运动，因此剪切应力将大大增加。

8.阻力损失起因：黏性流体的内摩擦造成的摩擦阻力和物体前后压强差引起的

形体阻力。

损失影响因素：1）雷诺数大小；2）物体形状；3）物体表面粗糙度

9.范宁公式：△p f=λ·l/d·ρu m2/2(摩擦系数λ是流体的物性和流动状态的函

数，量纲为1)——摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度ε/d的关系

P82（P113,3.5,3.12）

10.局部阻力损失：h f=ξu m2/2（ξ：局部阻力系数，无量纲，ξ=λl/d）

11.流体测量计：1）测速管；2）孔板流量计；3）文丘里流量计；4）转子流量计

五、热量传递

1.热量传递的方式：1）导热；2）热对流；3）热辐射

2.傅立叶定律：q=Q/A=-λdT/dy (Q：传热速率，W；q：热流密度，W/m2；

λ：导热系数，W/(m·K)；dT/dy：热度梯度，

K/m；A：垂直于热流方向的面积，m2)

3.普兰德数：Pr=ν/a=μc p/λ

运动黏度ν越大，表明该物体传递动量的能力越大，流速受影响的范围越广，即流动边界层增厚；导热系数a越大，热量传递越迅速，温度变化范围越大，即传热边界层增厚。

4.保温层的临界直径：d c=2λ/α（d c：临界直径；λ：导热系数；α：对流传热系数）保温层的临界厚度：0.5（d c-d1）(d1：保温层内径)

5.热辐射：物体由于热的原因以电磁波的形式向外发射能量的过程。不需要媒介。

6.辐射传热：物质之间相互辐射和吸收辐射能的传热过程。

7.黑体：落在物体表面的辐射能全部被物体吸收，这种物体称为绝对黑体。黑体