环境工程原理计算题.docx

1、环境净化与污染控制技术原理可以分为哪几类？它们的主要作用原理是什么？解：从技术原理上看，环境净化与污染控制技术原理可以分为“隔离技术” 、“分离技术”和“ 转化技术”三大类。隔离技术是将污染物或者污染介质隔离从而切断污染物向周围环境的扩散，防止污染近一步扩大。分离技术是利用污染物与污染介质或其它污染物在物理性质或化学性质上的差异使其与介质分离，从而达到污染物去除或回收利用的目的。转化技术是利用化学或生物反应，使污染物转化成无害物质或易于分离的物质，从而使污染介质得到净化与处理。2.6 某一段河流上游流量为 36000m3/d，河水中污染物的浓度为 3.0mg/L。有一支流流量为 10000 m

2、3/d，其中污染物浓度为 30mg/L。假设完全混合。（1）求下游的污染物浓度（2）求每天有多少 kg 污染物质通过下游某一监测点。解：（1）根据质量衡算方程，下游污染物浓度为 123.06310/8.7/VmqmgL（2）每天通过下游测量点的污染物的质量为 312()8.7(3601)0/4/mVq kdkgd 2.7 某一湖泊的容积为 10106m3，上游有一未被污染的河流流入该湖泊，流量为 50m3/s。一工厂以 5 m3/s 的流量向湖泊排放污水，其中含有可降解污染物，浓度为 100mg/L。污染物降解反应速率常数为 0.25d1 。假设污染物在湖中充分混合。求稳态时湖中污染物的浓度。

3、解：设稳态时湖中污染物浓度为 ，则输出的浓度也为mm则由质量衡算，得 120mqkV即5100mg/L（550） m3/s 1010 60.25 m3/s0解之得5.96mg/Lm2.10 某水池内有 1 m3 含总氮 20 mg/L 的污水，现用地表水进行置换，地表水进入水池的流量为 10 m3/min，总氮含量为 2 mg/L，同时从水池中排出相同的水量。假设水池内混合良好，生物降解过程可以忽略，求水池中总氮含量变为 5 mg/L 时，需要多少时间？解：设地表水中总氮浓度为 0，池中总氮浓度为 由质量衡算，得 0tVdq即 1t0(2)dd积分，有 5021t()dd求得t0.18 min

4、2.11 有一装满水的储槽，直径 1m、高 3m。现由槽底部的小孔向外排水。小孔的直径为 4cm，测得水流过小孔时的流速 u0 与槽内水面高度 z 的关系u00.62（2gz） 0.5试求放出 1m3 水所需的时间。解：设储槽横截面积为 A1，小孔的面积为 A2由题得A2u0 dV/dt，即 u0 dz/dtA1/A2所以有 dz/dt（100/4） 2 0.62（2gz） 0.5即有226.55z -0.5dzdtz03mz1 z01m 3（0.25m 2） -11.73m积分计算得t189.8s3.3 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/

5、kg，流量为 34 m3/h。求提升水所需要的功率。设水的温度为 25。解：设所需得功率为 Ne，污水密度为 Ne Weqv（ gz hf） qv=(9.81m/s210m+4J/kg)1103kg/m334/3600m3/s= 964.3W3.4 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 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，试求管道中的空气流量。图 3-2 习题 3.4 图示解：在截面 1

6、-1和 2-2之间列伯努利方程：u12/2 p1/ u22/2 p2/由题有u2 4u1所以有u12/2 p1/ 16u12/2 p2/即15 u12 2(p1- p2)/=2(0-)g(R1-R2)/=2（1000-1.2）kg/m39.81m/s2（0.1m0.04m）/（1.2kg/m 3）解之得u18.09m/s所以有u232.35m/sqv u1A8.09m/s （200mm） 21.02m 3/s3.5 如图 3-3 所示，有一直径为 1m 的高位水槽，其水面高于地面 8m，水从内径为 100mm 的管道中流出，管路出口高于地面 2m，水流经系统的能量损失（不包括出口的能量损失）可

7、按 计算，式中 u 为水在管内的流速，25.6uhf单位为 m/s。试计算（1）若水槽中水位不变，试计算水的流量；（2）若高位水槽供水中断，随水的出流高位槽液面下降，试计算液面下降1m 所需的时间。图 3-3 习题 3.5 图示解：（1）以地面为基准，在截面 1-1和 2-2之间列伯努利方程，有u12/2 p1/ gz1 u22/2 p2/ gz2 hf由题意得p1p 2，且 u10所以有9.81m/s2（8m2m）u 2/26.5u 2解之得u2.90m/sqv uA 2.90m/s0.01m2/42.2810 2 m3/s（2）由伯努利方程，有u12/2 gz1 u22/2 gz2 hf即

8、u12/2 gz1 7u22 gz2由题可得u1/u2 （0.1/1） 20.01取微元时间 dt，以向下为正方向则有 u1 dz/dt所以有（ dz/dt） 2/2 gz1 7（100dz/dt） 2/2 gz2积分解之得t36.06s3.10 用泵将水从一蓄水池送至水塔中，如图 3-4 所示。水塔和大气相通，池和塔的水面高差为 60m，并维持不变。水泵吸水口低于水池水面 2.5m，进塔的管道低于塔内水面 1.8m。泵的进水管 DN150，长 60m，连有两个 90弯头和一个吸滤底阀。泵出水管为两段管段串联，两段分别为 DN150、长 23m 和DN100、长 100 m，不同管径的管道经大

9、小头相联，DN100 的管道上有 3 个 90弯头和一个闸阀。泵和电机的总效率为 60。要求水的流量为 140 m3/h，如果当地电费为 0.46 元/（kWh ） ，问每天泵需要消耗多少电费？（水温为 25，管道视为光滑管）图 3-4 习题 3.10 图示解：由题，在进水口和出水口之间建立伯努利方程，有We gh hf25时，水的密度为 997.0kg/m3，粘度为 0.9103 Pas管径为 100mm 时，u4.95m/sRe du/5.4810 5，为湍流为光滑管，查图，0.02管径为 150mm 时u 2.20m/sRe du/ 3.66105管道为光滑管，查图，0.022泵的进水口

10、段的管件阻力系数分别为吸滤底阀 1.5；90 弯头 0.75；管入口 0. 5hf1（1.50.7520.50.02260/0.15）（2.20m/s） 2/229.76m 2/s2泵的出水口段的管件阻力系数分别为大小头 0.3；90 弯头 0.75；闸阀 0.17；管出口 1hf2(1 0.7530.30.170.02100/0.1)(4.95m/s) 2/2(0.02323/0.15)(2.20m/s)2/2299.13m 2/s2We gh hf =29.76m2/s2299.13m 2/s260m9.81m/s 2917.49 m2/s2917.49J/kgWN（917.49J/kg/

11、60）140m 3/h997.0kg/m35.9310 4W总消耗电费为59.3kW0.46 元/（kWh）24h/d654.55 元/d3.11 如图 3-5 所示，某厂计划建一水塔，将 20水分别送至第一、第二车间的吸收塔中。第一车间的吸收塔为常压，第二车间的吸收塔内压力为20kPa（表压） 。总管内径为 50mm 钢管，管长为（30z 0） ，通向两吸收塔的支管内径均为 20mm，管长分别为 28m 和 15m（以上各管长均已包括所有局部阻力当量长度在内） 。喷嘴的阻力损失可以忽略。钢管的绝对粗糙度为 0.2mm。现要求向第一车间的吸收塔供应 1800kg/h 的水，向第二车间的吸收塔供

12、应2400kg/h 的水，试确定水塔需距离地面至少多高？已知 20水的粘度为1.0103 Pas，摩擦系数可由式 计算。23.0Re581.d图 3-5 习题 3.11 图示解：总管路的流速为u0 qm0/（ r2）4200 kg/h/（110 3kg/m30.0252m2）0.594m/s第一车间的管路流速为u1 qm1/（ r2）1800kg/h/（110 3kg/m30.012m2）1.592m/s第二车间的管路流速为u2 qm2/（ r2）2400 kg/h/（110 3kg/m30.012m2）2.122m/s则Re0 du/ 2970000.1（/d58/Re） 0.230.030

13、8Re1 du/ 3184010.1（/d58/Re） 0.230.036Re2 du/ 4240020.1（/d58/Re） 0.230.0357以车间一为控制单元，有伯努利方程u12/2 gz1 p1/ hf1 gz0 p0/p1= p0，故（1.592m/s） 2/29.8m/s 23m0.0308（0.594m/s ） 2（30z 0）m/（20.05m ）0.036 （1.592m/s ） 228m/（20.02m）9.8m/s 2z0解之得z010.09m以车间二为控制单元，有伯努利方程u22/2 gz2 p2/ hf2 gz0 p0/（2.122m/s） 2/29.8m/s 25

14、m20kPa/（110 3kg/m3）0.0308（0.594m/s）2（30z 0）m/（20.05m）0.0357（2.122m/s） 215m/（20.02m）9.8m/s 2z0解之得z013.91m故水塔需距离地面 13.91m3.12 如图 3-6 所示，从城市给水管网中引一支管，并在端点 B 处分成两路分别向一楼和二楼供水（20） 。已知管网压力为 0.8105Pa（表压） ，支管管径均为 32mm，摩擦系数 均为 0.03，阀门全开时的阻力系数为 6.4，管段AB、BC 、BD 的长度各为 20m、8m 和 13m（包括除阀门和管出口损失以外的所有局部损失的当量长度） ，假设总

15、管压力恒定。试求（1）当一楼阀门全开时，二楼是否有水？（2）如果要求二楼管出口流量为 0.2L/s，求增压水泵的扬程。图 3-6 习题 3.12 图示解：（1）假设二楼有水，并设流速为 u2，此时一楼的流速为 u1以 AC 所在平面为基准面，在 A、C 断面之间建立伯努利方程，有uA2/2 pA/ u12/2 p1/ gz2 hfAC因为 uAu 10；p 10则有pA/ hfAC （1）在 A、D 断面之间建立伯努利方程，即uA2/2 pA/ u22/2 p2/ gz2 hfADuA u2 0； p2 0； z2 3mpA/ hfAD gz2 （2）联立两式得hfBC hfBD gz2 （3

16、）（ 0.038m/0.032m6.41）u 12/2（0.0313m/0.032m6.41）u22/23m9.8m/s 2所以有u1min2/21.97m 2/s2hfmin（0.0328m/0.032m6.41） u1min2/267.28 m 2/s2p A/所以二楼有水。（2）当二楼出口流量为 0.2L/s 时，u 20.249m/s代入（3）式（0.038m/0.032m6.4 1）u 12/2（0.0313m/0.032m6.41）u22/2 3m9.8m/s2可得u12.02m/s此时 AB 段流速为 u02.259m/shfAC0.0320m/0.032m（2.259m/s）

17、2/2（0.038m/0.032m6.41）（2.02m/s） 2/248.266 m 2/s230.399 m 2/s278.665 m 2/s2pA/ 0.8105Pa/（998.2kg/m 3）80.144 m 2/s2因为 hfAC pA/所以不需要增压水泵。3.13 某管路中有一段并联管路，如图 3-7 所示。已知总管流量为 120L/s。支管 A 的管径为 200mm，长度为 1000m；支管 B 分为两段，MO 段管径为300mm，长度为 900m，ON 段管径为 250mm，长度为 300m，各管路粗糙度均为 0.4mm。试求各支管流量及 M、N 之间的阻力损失。图 3-7 习题 3.13 图示解：由题，各支管粗糙度相同，且管径相近，可近似认为各支管的 相等，取 0.02。将支管 A、MO、ON 段分别用下标 1、2、3 表示对于并联管路，满足 hfA hfB，所以有