环境工程原理试题库(1)

试题一

《环境工程原理》试题库

二：填空题（18分）

1、某设备上，真空度的读数为80mmHg，其绝压=__8.7 mH20,

___8.53?104pa_______Pa. 该地区的大气压为720mmHg。

2、常温下水的密度为1000Kg3，粘度为1cp，在d内?100mm的管内以

mdu?0.1.3.1000Re???3?1053ms 速度流动，其流动类型为 _湍流___。

?1.10?33、流体在管内作湍流流动时，从中心到壁可以_层流、过渡流和湍流__.

4、气体的粘度随温度的升高而___增加__，水的粘度随温度的升高而 降低_。 5、水在管路中流动时，常用流速范围为__3-8__m,低压气体在管路中流动

s时，常用流速范围为___8-15___m。

s6、离心泵与往复泵的启动与调节的不同之处是：离心泵_启动前应灌满液体，关出口阀门、用调节阀调节流量____. .往复泵_启动前不需灌液，开旁路阀、用旁路阀来调节流量的.

7、在非均相物糸中，处于_分散___状态的物质，称为分散物质，处于 _连续__状态的物质，称为分散介质。

8、间竭过滤操作包括__过滤、洗涤、卸渣、清洗滤布、重整。。 9、传热的基本方式为____热传导、对流传热、热辐射。

10、工业上的换热方法有__间壁式、混合式、蓄热式、热管。

11、?称为_对流传热膜糸数_，其物理意义为当流体与壁面温度差为1K时，通过单位面积单位时间内所传递热量的多少。提高管内?值的有效方法增加流程。 提高管外?值的有效方法_加拆流挡板。

12、蒸汽冷凝有二种方式，即__滴状冷凝和膜状冷凝。其中， 由于滴状冷凝

成小液滴沿壁面直接落下__，其传热效果好。

试题二 一：填充题（20分）

dw 1、牛顿粘性定律_???._，粘度在SI制中的单位是N.s2_。

dym 2、常用测定流量的流孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计。 3、在流动糸统中，若截面上流体的流速、压强、密度等仅随_位置_而变，不随_时间_而变，称为稳定流动。若以上各量既随_时间__而变，又随__位置__而变，称为不稳定流动。

4、等边三角形的边长为a，其当量直径为__3a_。

35、流体在圆形直管内滞流流动时，其速度分布是__抛物线___________ 型曲线，其管中心的最大流速为平均流速的__0.5_________ ，縻擦糸数?与Re的关系为__64_。

Re6、泵是指_为液体提供能量的输送机械_，按其工作原理来分可分为 离心式、往复式、旋转式和流体作用式。

7、气体按压缩比来分，可分为_通风机、鼓风机、压缩机。

8、降沉室内颗粒得以沉降的条件_颗粒的停留时间大于沉降时间。 9、过滤操作实际上是滤液通过_介质和滤渣层的流动__ 的流动过程， 过滤速率是指单位时间内所获到的滤液量_。

10、传热一般采用逆流操作，但为_控制温度、降低粘度、减少阻力 时采用并流操作。

11、用二种厚度相同的材料保温时，往往把_导热糸数小的材料包在内 层，以达到好的保温效果。

12、蒸发是利用溶液中溶质的_不挥发性_______，用加热的方法使部分溶剂汽化并除去 提高 _溶液的浓度或析出溶质。

13、金属的导热糸数大都随其纯度的增加而_增加，随其温度的升高增加。 14、对流传热的热阻主要集中在_层流内层__,因_减薄层流内层的厚度 强化对流传热的重要途径。

15、 工程上流体流经换热器的压降通常限定在_10.13-101.3__Kpa。 试题二的答案

试题三 一：填充题（18分）

1、空气在标准状态下密度为1.29Kg的密度为___ 2.5Kgm0，在0.25Mpa下（绝压）80C时3。

m3 2、产生流体阻力的原因有_内縻擦力和流体的流动状态。 3、转子流量计在安装时应 保持垂直_。

4、连续性方程u1s1?u2s2是_质量守恒定律_指导出来的，它适用_?1??2_流体。

lu2 5、 直管阻力的表示式为__?.__，管中流出 ?出=__1_流入管中

d2?入=____0.5_____。

6、离心泵的安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生__气蚀现象。 7、 往复式压缩机的工作循环为_吸气、压缩、排气、膨胀四个阶段所组成。

8、一热流体将热量通过壁面传给冷流体的过程是热流体以对流传热的方式将热量传给壁面、壁面间的热传导、冷流体以对流传热的方式获得热量。 9、固定管板式列管式换热器中，压力高、腐蚀性以及不清洁的物料应走 _____管程_________程。

10、一根暴露在外的热管子以自然对流、热辐射__散发热量。

2

11、??0.023.Pr=__Pr??d内?Re?0.8.?Pr?n式中两个准数Re=Re?d.u?__________，

??.Cp?___. 若液体被冷却时n=__0.3____。

12、多效蒸发主要有__并流、逆流和平流_三种典型流程。 二：判断题（18分）

1、在并联管路中，它们的阻力相等，同理在串联管路中，它们的流速也是相等 的。（稳定流动）。

2、转子流量计可以读出任何流体的流量。

3、用雷诺准数来判断流体的流动形态时，在SI制中属层流范围，在cgs制中属 湍流范围。

4、粘度是流体的物理性质之一，则雷诺准数也是流体的物理性质之一。离心泵铭牌上的性能参数是指泵扬程最高点下的性能参数。

5、往复式压缩机的工作循环是由吸气、排气、膨胀、压缩四个阶段组成。

6、沉降器的生产能力与沉降速度及沉降面积有关，与沉降高度无关。（对）

7、气相与液相所组成的物糸称为气相非均相物糸。

8、用板框式过滤机进行恒压过滤操作，随着过滤时间的增加，滤液量不断增加，生产能力也不断增加。

9、多层导热时，其推动力为各层推动力之和，阻力也为各层阻力之和。

10、流体对流传热膜糸数一般来说有相变时的要比无相变时为大。（对）

11、多层平壁稳定导热时，如果某层壁面导热糸数小，则该层的导热热阻大，推动力小。

12、若以饱和蒸汽加热空气，传热的壁面温度一般取空气和蒸汽的平均温度。 13、所谓黑体就是人们所讲的黑颜色的物体。

14、在同一种流体中，不可能同时发生自然对流和强制对流。

15、多效蒸发可以提高蒸汽的利用率，二次蒸汽利用一次称为单效蒸发，利用二次称为双效蒸发，依次类推。

16、对流传热糸数是物质的一种物理性质。

17、黑体、镜体、和灰体都是理想化的物体，在自然界中并不存在。（对）

18、总传热糸数K可用来表示传热过程的强弱，与冷、热流体的物性无关。

试题四 一：填充题（20分）

1、边界层的形成是流体具有_粘性__结果。

2、用阻力糸数法来计算突然扩大和突然缩小的损失时，按_细 管内的流速来计算动能项。

3

3、长方形的长为2a，宽为 a，其当量直径为4a_。

3 4、粘度的物理意义是促使流体产生单位速度梯度的_剪应力__. 5、经内径为158mm的钢管输送运动粘度为90m2s的燃料油，若保持油品

作层流流动，则最大流速不能超过 1.14m。

s6、用离心泵在两个敞开容器间输液，若维持两容器的液面高度不变，当关小输送管道的阀门后，管道的总阻力将不变_。

7.离心泵的工作点是__管路特性曲线与离心泵特性曲线的交点。

V 8、往复式压缩机的余隙糸数?=_3V?V__________,?____小___-，则

13?容增大，生产 能力___大__。

9、沉降操作是指在某种力场__中利用分散相和连续相之间的__密度______,使之发生相对运动而实现分离的操作。沉降过程有_重力____和__离心___沉降两种方式。

10、工业上常用的过滤介质主要有_织物介质、粒状介质、多孔性固体介质。 11、在过滤操作中，真正发挥拦截颗粒作用的主要是滤饼层 而不是__过滤介质__。

12、在平壁稳定热传导过程中，通过三层厚度相同的材料，三层间的温度差变 化是依次降低，则三层材料的导热糸数的大小顺序_依次增加。

13、沸腾传热可分为三个区域，它们是自然对流、膜状对流、核状对流。应维持在核状对流_区内操作。

14、用饱和蒸汽加热水，经过一段时间后，发现传热阻力迅速加大，这可能是由于_冷凝水未排出、不凝性气体未排所引起的。

15、温度差损失包括__溶液沸点升高、静压力、流体阻力所引起的温度差损失_。

简答题；

一、六选一

（1）用圆管道输送水，流量增加1倍，若流速不变或管径不变，则管径或流速如何变化？

（2）当布水孔板的开孔率为30％时，流过布水孔的流速增加多少？ （3）拓展的伯努利方程表明管路中各种机械能变化和外界能量之间的关系，试简述这种关系，并说明该方程的适用条件。

（4）在管流系统中，机械能的损耗转变为什么形式的能量？其宏观的表现形式是什么？

（5）对于实际流体，流动过程中若无外功加入，则流体将向哪个方向流动？

（6）如何确定流体输送管路系统所需要的输送机械的功率？

二； P319 吸附有什么？操作方式？仪器？

三；五选一

4

(6) 一级不可逆单一反应有哪些主要特点？ (7) 二级不可逆单一反应有哪些主要特点？

(8) 对于可逆单一反应，反应物的浓度能减少到零吗？为什么？ (9) 在平行反应中，什么是主反应？什么是副反应和副产物？

(10) 对于串联反应，其中间产物的浓度随反应时间如何变化？在实际操作中能否将中间产物的浓度控制到最大值？如何控制

计算题

一． （1）3.4 或3.5 P112

(2)4.1-4.5其中一题p177

第四章 热量传递

4.1 用平板法测定材料的导热系数，即在平板的一侧用电加热器加热，另一侧以冷水通过夹层将热量移走，同时板的两侧由热电偶测量其表面温度，电热器流经平板的热量为电热器消耗的功率。设某材料的加热面积A为0.02m2，厚度b为0.01m，当电热器的电流和电压分别为2.8A和140V时，板两侧的温度分别为300℃和100℃；当电热器的电流和电压分别为2.28A和114V时，板两侧的温度分别为200℃和50℃。如果该材料的导热系数与温度的关系为线性关系，即???0(1?aT)，式中T的单位为℃。试确定导热系数与温度关系的表达式。

解：设电热器的电流和电压为I和U，流经平板的热量流量为Q。 由题有

Q＝UI

且有

Q??A??Tb

对于薄板，取db厚度，有

Q??A?dTdb

又因为导热系数与温度存在线性关系，所以有

Q??0(1?aT)A?dTdb

分别对db和dT进行积分得

5

Q1b???0(1?aT)2?C A2a分别取边界条件，则得

Qab??0[(T2?T1)?(T22?T12)] A2根据题目所给条件，联立方程组

2.8A?140Va22?0.01m??[(300℃?100℃)?(300℃?100℃)] 020.02m22.28A?114Va22?0.01m??[(200℃?50℃)?(200℃?50℃)] 020.02m2解之得

a＝2.24×10-3K－1 λ0＝0.677W/（m·K）

因此，导热系数与温度的关系式为λ＝0.677（1+2.24×10-3T）

4.2 某平壁材料的导热系数???0(1?aT) W/(m·K)， T 的单位为℃。若已知通过平壁的热通量为q W/m2，平壁内表面的温度为T1。试求平壁内的温度分布。

解：由题意，根据傅立叶定律有

q＝－λ·dT/dy

即

q＝－λ0（1＋αT）dT/dy

分离变量并积分

?TT1?0(1?aT)dT???qdy

0y?0(T1?T)?整理得

a?02(T1?T2)?qy 2a?0T2?2?0T?2?0(T1?T12)?2qy?0

此即温度分布方程

6

4.3 某燃烧炉的炉壁由500mm厚的耐火砖、380mm厚的绝热砖及250mm厚的普通砖砌成。其λ值依次为1.40 W/(m·K)，0.10 W/(m·K)及0.92

W/(m·K)。传热面积A为1m2。已知耐火砖内壁温度为1000℃，普通砖外壁温度为50℃。

（1）单位面积热通量及层与层之间温度；

（2）若耐火砖与绝热砖之间有一2cm的空气层，其热传导系数为0.0459 W/(m·℃)。内外壁温度仍不变，问此时单位面积热损失为多少？ 解：设耐火砖、绝热砖、普通砖的热阻分别为r1、r2、r3。 （1）由题易得

r1＝b?＝0.5m2

＝0.357 m·K/W ?1?11.4WmKr2＝3.8 m2·K/W r3＝0.272·m2 K /W

所以有

q＝由题

T1＝1000℃ T2＝T1－QR1 ＝923.4℃

T3＝T1－Q（R1＋R2） ＝108.3℃ T4＝50℃

（2）由题，增加的热阻为

r’＝0.436 m2·K/W q＝ΔT/（r1＋r2＋r3＋r’） ＝195.3W/m2

?T＝214.5W/m2

r1?r2?r3 7

4.4某一Φ60 mm×3mm的铝复合管，其导热系数为45 W/(m·K)，外包一层厚30mm的石棉后，又包一层厚为30mm的软木。石棉和软木的导热系数分别为0.15W/(m·K)和0.04 W/(m·K)。试求

（1）如已知管内壁温度为-105℃，软木外侧温度为5℃，则每米管长的冷损失量为多少？

（2）若将两层保温材料互换，互换后假设石棉外侧温度仍为5℃，则此时每米管长的冷损失量为多少？

解：设铝复合管、石棉、软木的对数平均半径分别为rm1、rm2、rm3。 由题有

rm1＝

3mm＝28.47mm 30ln2730mm＝43.28mm 60ln3030mm＝73.99mm 90ln60b3

rm2＝

rm3＝

（1）R/L＝＝

b12??1rm1?b22??2rm2?2??3rm333030K?m/W?K?m/W?K?m/W

2??45?28.472??0.15?43.282??0.04?73.99＝3.73×10－4K·m/W＋0.735K·m/W＋1.613K·m/W ＝2.348K·m/W Q/L＝

?T＝46.84W/m R/L（2）R/L＝

＝

b12??1rm1?b22??2rm2?b32??3rm3

33030W?m/K?W?m/K?W?m/K

2??45?28.472??0.04?43.282??0.15?73.99

＝3.73×10－4K·m /W＋2.758K·m /W＋0.430K·m /W ＝3.189K·m /W

8

Q/L＝?T＝34.50W/m R/L4.5某加热炉为一厚度为10mm的钢制圆筒，内衬厚度为250mm的耐火砖，外包一层厚度为250mm的保温材料，耐火砖、钢板和保温材料的导热系数分别为0.38 W/（m·K）、45 W/（m·K）和0.10 W/（m·K）。钢板的允许工作温度为400℃。已知外界大气温度为35℃，大气一侧的对流传热系数为10 W/（m2·K）；炉内热气体温度为600℃，内侧对流传热系数为100 W/（m2·K）。试通过计算确定炉体设计是否合理；若不合理，提出改进措施并说明理由。（补充条件：有效管径2.0m）

解：设由耐火砖内侧表面和保温材料外测表面的面积分别为A1和A4，耐火砖、钢筒和保温材料的对数平均面积分别为Am1 、Am2 、Am3。钢板内侧温度为T。稳态条件下，由题意得：

1b1?a1?A1?1?Am1600?35600?T＝b2b311b1?????2?Am2?3?Am3a2?A4a1?A1?1?Am1

（因为钢板内侧温度较高，所以应该以内侧温度不超过400℃为合理） 有效管径R=2.0 m

带入已知条件，解得T＝463.5℃>400℃ 计算结果表明该设计不合理 改进措施：

1、提高钢板的工作温度，选用耐热钢板；

2、增加耐火砖厚度，或改用导热系数更小的耐火砖。

（3）p424 11.2-11.8其中一题

11.2 对于按反应式(1)和(2)进行的平行串联反应，设反应开始时系统中的总摩尔数为n0，A、B、Q、P的摩尔数分别为：nA0、nB0、nQ0、nP0，A和B的摩尔分数分别为zA0和zB0。试给出t时刻时A和B的摩尔分数zA和zB以及A在反应(1)和(2)的转化率xA1和xA2之间的关系。

A+B=Q

(1)

9

A+2Q=P (2)

解：对于反应式（1）（2）有

nA?nA0(1?xA1?xA2) nB?nB0?nA0xA1

nP?nP0?nA2xA2

nQ?nQ0?nAxA1?2nA0xA2 nt?n0??A1nA0xA1??A2nA0xA2

其中：

?A1?1?(1?1)??1 1?A2?1?(1?2)??2 1所以，t时刻时A和B的摩尔分数为

zA?zA0(1?xA1?xA2)

1?zA0xA1?2zA0xA2zB?zB0?zA0xA1

1?zA0xA1?2zA0xA2

11.3 气态NH3在常温高压条件下的催化分解反应2NH3=N2+3H2可用于处理含NH3废气。 现有一NH3和CH4含量分别为95％ 和5％的气体，通过NH3催化分解反应器后气体中NH3的含量减少为3％，试计算NH3的转化率和反应器出口处N2、H2和CH4的摩尔分数。（CH4为惰性组分，不参与反应）

解：在气相反应中，NH3分解膨胀因子为

?NH?31?3?2?1 2将已知数据zNH3,0?0.95；zNH3?0.03代入式11.2.28可得：

xA?zA0?zA0.95?0.03??0.94

zA0(1??AzA)0.95(1?1?0.03)根据题意：zN2,0?0，zH2,0?0，zCH4,0?0.05，由表11.2-1可得：

10

zN21zN2,0?zNH3,0xNH3zNH3,0xNH3/20.95?0.94/22????0.236

1??NH3zNH30xNH31??NH3zNH30xNH31?1?0.95?0.943zNH3,0xNH33zNH3,0xNH3/23?0.95?0.94/22????0.708

1??NH3zNH30xNH31??NH3zNH3,0xNH31?1?0.95?0.94zH2,0?zH2zCH4?zCH4,01??NH3zNH3,0xNH3

0.05??0.0261?1?0.95?0.94

11.5 在连续反应器内进行的恒容平行反应(1)和(2)，当原料中（反应器进口）的A、B浓度均为3000mol/m3时，出口反应液中的A、R的浓度分别为250mol/m3和2000mol/m3。试计算反应器出口处的A的转化率以及B和S的浓度（原料中不含R和S）。

A+B=R 2A=R+S

(1) (2)

解：在反应式（1）和（2）中，设A的转化率分别为xA1和xA2则有

cA?cA0(1?xA1?xA2) cR?cR0?cA0xA1?cA0xA2/2

将题中数据cA0＝3000 mol/m3；cA＝250 mol/m3；cR0＝0 mol/m3；cR＝2000 mol/m3代入，求解方程可得

xA1＝0.417；xA2＝0.5

所以反应器出口处A的转化率为

xA＝xA1＋xA2＝0.417＋0.5＝0.917

B的浓度为 cB＝cB0－cA0xA1＝1749 mol/m3 S的浓度为 cS＝cS0+cS0xA2/2＝750 mol/m3

11

11.6 对于等温恒压气相反应?AA??BB??PP，已知该反应的膨胀因子为δA，反应开始时各组分的分压分别为pA0，pB0，pP0和pM0，A的摩尔分数为zA0。反应系统中含有惰性组分M。试求出反应体系中各组分的分压与A的转化率xA的关系。

解：对于等温恒压气相反应，设反应开始时总摩尔数为n0则有 反应体系总压强为

pA00?pz A0转化率为xA时的总摩尔数为

n?n0(1??AzA0xA)

转化率为xA时A的总摩尔数为

nA＝n0PA0(1-xA)

所以组分A的分压为

pnA?n0pA0(1?xA)?pA0(1?xA)A?p0nn0(1??AzA0xA)1??AzA0xAp?BB0??px?同理可得：A0ApP0?PpA0xpB?1??；AAp?P?AAzA0xA1??AzA0x；A 12

ppM0M?1??

AzA0xA

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