1、13 环四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=u L/（：
2、密度，kg/m；u：流速，m/s；：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： A =mA/V（ A：组分 A 的质量浓度，kg/m；m A：混合物中组分 A 的质量，kg；V：混合物的体积，m）2.物质的量浓度：c A=nA/V（c A：组分 A 的物质的量浓度，kmol/m；n A：混合物中组分 A 的物质的量，kmol）3.两者关系：c A= A/MA（M A：组分 A 的摩尔质量，kg/kmol）4.质量分数：x mA=mA/m(xmA：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=nART（p：混合气体的绝对压力
3、，Pa；V A：组分A 的体积，m；n A：组分 A 的物质的量，13 环四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=nA/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 XmA 表示。XmA=mA/(m-mA) (XmA：组分 A 的质量比，量纲为 1；m-mA：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。XA=nA/（n-n A） (XA：组分 A 的摩尔比，量纲为 1；n-n A：混合物中
4、惰性组分的物质的量，mol)（二） 流量：q V=V/t（m /s）体积流量 qm=V/t （kg/s）质量流量qm=qv（三） 流速：u m=qv/(d/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/um1=(d
5、1/d2)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：1/2u m2+gz+p/ =-W e-h f3. 伯努利方程：1/2u m2+gz+p/=04. 雷诺数：Re=u L/（圆管内：Re4000 时，一般出现湍流，称为湍流区）5. 牛顿黏性定律：=-du x/dy (：剪切应力， N/m2;：动力黏性系数，简称黏度，Pas；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 与该处
6、垂直于流动方向的速度梯度 dux/dy 成正比。适用于层流运动。6. 黏度：=/（：流体运动黏度，m 2/s；：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。
7、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= l/du m2/2 (摩擦系数 是流体的物性和流动状态的函数，量纲为 1)摩擦系数 与雷诺数 Re 及相对粗糙度 /d 的关系P82（P113,3.5,3.12）10. 局部阻力损失：h f=u m2/2（：局部阻力系数，无量纲，=l/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=-dT/dy (
8、Q：传热速率， W；q：热流密度，W/m2；：导热系数，W/(mK) ；dT/dy：热13 环四度梯度，K/m；A：垂直于热流方向的面积，m2)3.普兰德数：Pr=/a=c p/ 运动黏度 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=2/ （d c：临界直径；：导热系数；：对流传热系数）保温层的临界厚度：0.5（d c-d1）(d 1：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
9、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。黑体具有最大的吸收能力，也具有最大的辐射能力。 mT=常数=2.910 -38.灰体：物体能以相同的吸收率吸收所有波长范围的辐射能，则物体对投入辐射的吸收率与外界无关，这种物体成为灰体。六、 质量传递1. 传递机理：1）分子扩散；2）涡流扩散2. 费克定律：N Az=-DABdca/dz （N Az：扩散通量或扩散速率，kmol/（m 2s） ；cA：组分 A 的物质的量，kmol/m 3；D AB：组分 A 在组分 B 中进行扩散的分子扩散系数，m 2/s）3. 施密特数：S C=/D AB传递边界层厚度 c
10、与流动边界层厚度 一般并不相等，他们的关系取决于 SC。S C 是分子动量传递能力和分子扩散能力的比值，表示物性对传质的影响，代表了壁面附近速率分布与浓度分布的关系。第二部分一、 沉降1. 污染体系分为均相和非均相；分离技术分为传质分离（均相）和机械分离13 环四（非均相） 。2. 沉降分离主要用于颗粒物从流体中的分离。其原理是将含有颗粒物的流体（水或气体）至于某种力场（重力场、离心力场、电场或惯性场）中，使颗粒物与连续相的流体之间发生相对运动，沉降到器壁、器底或其他沉积表面，从而实现颗粒物与流体的分离。沉降分离包括重力沉降（重力） 、离心沉降（离心力） 、电沉降（电场力） 、惯性沉降（惯性力
11、）和扩散沉降（热运动） 。3颗粒流体阻力由形状阻力和摩擦阻力组成。4. 重力沉降受重力、浮力和阻力；离心沉降受离心力和周围流体浮力。5. 层流区：Re p2，u t=1/18（ p-）/ gd p2 (斯托克斯（Stokes）公式)过渡区：2c2=0，则溶液侧的溶剂化学位 1 2。若膜两侧的压力相等，则溶剂分子自纯溶剂的一方透过膜进入溶液的一方，这就是渗透现象。依靠外界压力使溶剂从高浓度侧向低浓度侧渗透的过程称为反渗透。14. 反渗透和纳滤过程机理的基本理论：1）氢键理论； 2）悠闲吸附毛细孔流机理；3）溶解 扩散机理。15. 微滤或超滤主要机理：1）在膜表面及微孔内被吸附（一次吸附） ；2
12、）溶质在膜孔中停留而被去除（阻塞） ；3）在膜面被机械截留（筛分） 。一般认为物理筛分起主导作用。16. 当含有不同大小分子的混合液流动通过膜面时，在压力差的作用下，混合液中小于膜孔的组分透过膜，而大于膜孔的组分被截留。这些被截留的组分在紧邻膜表面形成浓度边界层，使边界层中的浓度大大高于主体溶液中的浓度，形成由膜面到主体溶液之间的浓度差。浓度差的存在导致紧靠膜面的溶质反向扩散到主体溶液中，这就是超滤过程中的浓差极化现象。在超滤过程中，由于被截留的溶质大多为胶体和大分子物质，这些物质在溶液中的扩散系数很小，溶质向主体溶液中的反向扩散通量远比渗透速率低。因此，在超滤过程中，浓差极化比通常会很高。当胶体或大分子溶质在膜表面上的浓度超过其在溶液中的溶解度是，便会在膜表面形成凝胶层。
