環(huán)境工程原理課件-清華大學(xué)(已修改)
2025-08-04 17:36 本頁(yè)面
【正文】 第一部分 環(huán)境工程原理基礎(chǔ) 環(huán)境工程原理 張 旭： 62792336(o) 陸松柳： 質(zhì)量衡算與能量衡算 流體輸送、流體中的過(guò)程 加熱、冷卻、設(shè)備保溫等 熱量傳遞 吸收、吸附、萃取、膜分離 生物、化學(xué)反應(yīng) 質(zhì)量傳遞 給水處理、污水處理，廢氣處理，固體廢棄物處理土壤凈化 給水排水管道工程 流體流動(dòng) 第一部分 環(huán)境工程原理基礎(chǔ) 主要內(nèi)容 第二章 質(zhì)量衡算與能量衡算 第三章 流體流動(dòng) 第四章 熱量傳遞 第五章 質(zhì)量傳遞 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 第三節(jié) 能量衡算 第二章 質(zhì)量衡算與能量衡算 第一節(jié) 常用物理量 一、計(jì)量單位 計(jì)量單位是度量物理量的標(biāo)準(zhǔn) 物理量＝數(shù)值 單位 國(guó)際單位制，其國(guó)際符號(hào)為 SI 7個(gè)基本單位 2個(gè)輔助單位 導(dǎo)出單位 國(guó)際單位制 的基本單位 量的名稱(chēng) 單位名稱(chēng) 單位符號(hào) 長(zhǎng)度 質(zhì)量 時(shí)間 電流 熱力學(xué)溫度 物質(zhì)的量 發(fā)光強(qiáng)度 米 千克（公斤） 秒 安（培） 開(kāi)（爾文） 摩（爾） 坎（德拉） M Kg s A K mol cd m kg 7個(gè)基本單位 第一節(jié) 常用物理量 國(guó)際單位制的輔助單位 量的名稱(chēng) 單位名稱(chēng) 單位符號(hào) 平面角 立體角 弧度 球面度 rad sr 按照定義式 由基本單位相乘或相除求得，并且其導(dǎo)出單位的定義式中的 比例系數(shù)永遠(yuǎn)取 1。 2tmSktukmk maF ??? 式中 F—— 力； m—— 質(zhì)量； a—— 加速度； u—— 速度； t—— 時(shí)間； S—— 距離； k—— 比例系數(shù)。 當(dāng)采用其它單位制時(shí)，將各物理量的單位代入定義式中，得到的 k不等于 1。例如，上例中，若距離的單位為 cm，則 k=。 2??? smkg導(dǎo)出單位 力的導(dǎo)出單位 ，按牛頓運(yùn)動(dòng)定律寫(xiě)出力的定義式，即 2個(gè)輔助單位 按照國(guó)際單位制規(guī)定，取 k=1，則力的導(dǎo)出單位為 國(guó)際單位制中規(guī)定了若干具有 專(zhuān)門(mén)名稱(chēng) 的導(dǎo)出單位 量的名稱(chēng) 單位名稱(chēng) 單位符號(hào) 其他表示式例 頻率 力；重力 壓力，壓強(qiáng)；應(yīng)力 能量；功；熱 功率；輻射通量 電荷量 電位；電壓；電動(dòng)勢(shì) 電容 電阻 電導(dǎo) 磁通量 磁通量密度，磁感應(yīng)強(qiáng)度 電感 攝氏溫度 光通量 光照度 放射性活度 吸收劑量 劑量當(dāng)量 赫（茲） 牛（頓） 帕（斯卡） 焦（耳） 瓦（特） 庫(kù)（侖） 伏（特） 法（拉） 歐（姆） 西（門(mén)子） 韋（伯） 特（斯拉） 亨（利） 攝氏度 流（明） 勒（克斯） 貝可（勒爾） 戈（瑞） 希（沃特） Hz N Pa J W C V F Ω S Wb T H ℃ lm lx Bq Gy Sv 1/s kg m/s2 N/m2 N m J/s A s W/A C/V V/A A/V V s Wb/m2 Wb/A cd sr lm/m2 1/s J/kg Jb/kg 二、物理量的單位換算 同一物理量用不同單位制的單位度量時(shí)，其數(shù)值比稱(chēng)為 換算因數(shù) 解：按照題意，將 kgf/cm2中力的單位 kgf換算為 N， cm2換算為 m2。查表， N與 kgf的換算因數(shù)為 ，因此 1kgf＝ 又 1cm＝ 所以 ＝ ()2= 105 N/ m2 例如 1m長(zhǎng)的管用英尺度量時(shí)為 ，則英尺與米的換算因數(shù)為 。 例 1：已知 1atm＝ ，將其換算為 N/ m2。 【 例題 】 設(shè)備壁面因強(qiáng)制對(duì)流和輻射作用向周?chē)h(huán)境中散失的熱量可用下式表示，即 ua 0 3 ??式中： a —— 對(duì)流 輻射聯(lián)合傳熱系數(shù)， kcal/（ m2 h ℃ ） u —— 設(shè)備周?chē)諝饬鲃?dòng)速度， cm/s a若將 的單位改為 W/(m2 K), u 的單位改為 m/s，試將上式加以變換。 解：根據(jù)附錄， 1kcal＝ Ws， 1h=3600s； 1℃ 表示溫差為1℃ ，用 K表示溫度時(shí)，溫差為 1K。因此 1kcal/（ m2h℃ ）＝ (m2K)＝ W/(m2K) 1cm/s＝ a? u?1 6 aa ?? uuu ???? 100將上兩式帶入原式中，得 )1 0 0(0 3 6 ua ?????整理上式，并略去上標(biāo)，得 ua ??令 為以 W/(m2K)為單位的傳熱系數(shù)， 為以 m/s為單位的速度 W/(m2K) 三、因次和無(wú)因次準(zhǔn)數(shù) 因次 用來(lái)描述物體或系統(tǒng)物理狀態(tài)的 可測(cè)量性質(zhì) 稱(chēng)為它的因次。 因次與單位的區(qū)別： 因次是 可測(cè)量的性質(zhì) ； 單位是 測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn) ，用這些標(biāo)準(zhǔn)和確定的數(shù)值可以定量地描述因次。 可測(cè)量物理量可以分為兩類(lèi)：基本量和導(dǎo)出量。 其它物理量均可以以 M、 L、 t和 T的組合形式表示其因次 : [速度 ]= [密度 ]= [壓力 ]= [粘度 ]= 基本因次 : 質(zhì)量、長(zhǎng)度、時(shí)間、溫度的因次，分別以 M、 L、 t和 T表示，簡(jiǎn)稱(chēng) MLtT因次體系。 【 物理量 】 表示該物理量的因次，而不是指具有確定數(shù)值的某一物理量。 利用因次所建立起來(lái)的關(guān)系是定性的 而不是定量的。 Lt－ 1 ML－ 3 ML－ 1t－ 2 ML－ 1t－ 1 無(wú)因次準(zhǔn)數(shù) 由各種變量和參數(shù)組合而成的沒(méi)有單位的群數(shù)，稱(chēng)為無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)。 無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)既無(wú)因次，又無(wú)單位，其 數(shù)值大小與所選單位制無(wú)關(guān) 。只要組合群數(shù)的各個(gè)量采用同一單位制，都可得到相同數(shù)值的無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)。 ??uL準(zhǔn)數(shù) 符號(hào) 定義 雷諾數(shù) (Reynold) 3][ ?? MLρ1][ ?? LtuLL ?][11][ ??? tML?0001113[ R e] tLMtML LLtML ?? ????Re= 參考內(nèi)容：因次分析法 通過(guò)對(duì)影響某一過(guò)程和現(xiàn)象的各種因素（物理量）進(jìn)行因次分析，將物理量表示成為若干個(gè)無(wú)因次準(zhǔn)數(shù)，然后借助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立這些無(wú)因次變量之間的關(guān)系式。 【例 1 】 根據(jù)對(duì)摩擦阻力的分析及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究可知，流體在管路中流動(dòng)時(shí)由于摩擦力而產(chǎn)生壓降，影響壓降fp?的因素為管徑 d 、管長(zhǎng) L 、平均速度 u 、流體密度 ρ 、粘度 μ 和
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