【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (三 )流速 第一節(jié) 常用物理量 () () 圓形管道 24Vmqud?? 4Vmqdu??在管路設(shè)計(jì)中，選擇適宜的流速非常重要 !!!。 一般地， 液體的流速取 ~,氣體則為 10~30m/s。 速度分布 流速影響流動(dòng)阻力和管徑 ，因此直接影響系統(tǒng)的操作費(fèi)用和基建費(fèi)用。 第一節(jié) 常用物理量 mu（主體）平均流速 dVAmuAquAA???按體積流量相等的原則定義 () () 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的物理量稱(chēng)為該物理量的通量。通量是 表示傳遞速率的重要物理量。 ? 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的 熱量 ，稱(chēng)為熱量通量，單位為 J/（ m2s ） ； ? 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的某組分的 質(zhì)量 ，成為該組分的質(zhì)量通量，單位為 kmol/（ m2s ） ； ? 單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的 動(dòng)量 ，稱(chēng)為動(dòng)量通量，單位為 N/m2。 (四 )通量 第一節(jié) 常用物理量 第一節(jié) 常用物理量 （ 1）什么是換算因數(shù)？英尺和米的換算因素是多少？ （ 2）什么是量綱和無(wú)量綱準(zhǔn)數(shù)？單位和量綱的區(qū)別是什么？ （ 3）質(zhì)量分?jǐn)?shù)和質(zhì)量比的區(qū)別和關(guān)系如何？試舉出質(zhì)量比的 應(yīng)用實(shí)例。 （ 4）大氣污染控制工程中經(jīng)常用體積分?jǐn)?shù)表示污染物的濃 度，試說(shuō)明該單位的優(yōu)點(diǎn)，并闡述與質(zhì)量濃度的關(guān)系。 （ 5）平均速度的涵義是什么？用管道輸送水和空氣時(shí)，較為 經(jīng)濟(jì)的流速范圍為多少？ 思考題 一、衡算的基本概念 二、總質(zhì)量衡算 本節(jié)的主要內(nèi)容 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq分離、反應(yīng) —— 分析物質(zhì)流 遷移轉(zhuǎn)化 ? 某污染物 生物降解 輸入量－輸出量＋降解量 =積累量 輸入量 1 輸入量 2 輸出量 降解量 積累量 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 一、衡算的基本概念 ? ? 輸入速率－輸出速率＋轉(zhuǎn)化速率 =積累速率 12ddm m m rmq q qt? ? ?質(zhì)量衡算的一般方程 轉(zhuǎn)化速率或反應(yīng)速率 —— 單位時(shí)間因生物或化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化的質(zhì)量。 組分為生成物時(shí)為正值 ，質(zhì)量增加 單位時(shí)間： 以某種元素或某種物質(zhì)為衡算對(duì)象 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 () 一、衡算的基本概念 mrq k V???() mrq污染物的生物降解經(jīng)常被視為 一級(jí)反應(yīng) ，即污染物的降解速率與其濃度成正比。假設(shè)體積 V中可降解物質(zhì)的濃度均勻分布，則 反應(yīng)速率常數(shù)，s1或 d1 物質(zhì)濃度 負(fù)號(hào)表示污染物隨時(shí)間的增加而減少 體積 反應(yīng)速率 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 各種情況下的質(zhì)量衡算 d 0dmt ?0mrq ?? 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ? 非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ?組分發(fā)生反應(yīng) ?組分不發(fā)生反應(yīng) ?以某組分為對(duì)象 ?以全部部分為對(duì)象 ?以總質(zhì)量表示 ?以單位時(shí)間質(zhì)量表示 12 rm m m m? ? ? ?12ddmmmqq t?? ddmtddm m m rmq q q t? ? ?ddm m m rmq q q t? ? ddm m m r mq q q t? ? ?ddm m m rmq q q t? ? ?0m m rq q? ?第二節(jié) 質(zhì)量衡算 二、總質(zhì)量衡算 質(zhì)量衡算方程的應(yīng)用 ? 需要?jiǎng)澏ê馑愕南到y(tǒng) ? 要確定衡算的對(duì)象 ? 確定衡算的基準(zhǔn) ? 繪制質(zhì)量衡算系統(tǒng)圖 ? 注意單位要統(tǒng)一 劃定衡算的系統(tǒng) 確定衡算的對(duì)象 某組分 衡算的范圍 某組分，和全部組分 單位時(shí)間，某時(shí)間段內(nèi)，或一個(gè)周期 總衡算和微分衡算 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 —— 用來(lái)分析質(zhì)量遷移的特定區(qū)域，即 衡算的空間范圍 ?環(huán)境設(shè)備或管道中一個(gè)微元體 —— 微分衡算 ?一個(gè)反應(yīng)池、一個(gè)車(chē)間，或者一個(gè)湖泊、一段河流、一座城市上方的空氣，甚至可以是整個(gè)地球 —— 總衡算 (一 )衡算系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq質(zhì)量衡算系統(tǒng)圖 單位要統(tǒng)一 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq【例題 】一個(gè)湖泊的容積為 106m3。有一流量為 、污染物濃度為 ，還有一污水排放口將污水排入湖泊，污水流量為 ，濃度為 100mg/L。污染物的降解速率常數(shù)為 d1。假設(shè)污染物質(zhì)在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸發(fā)等原因增加或者減少。求穩(wěn)態(tài)情況下流出水中污染物的濃度。 解：假設(shè)完全混合意味著 湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度 12 0mmq q k V?? ? ?m?? ?(二 )穩(wěn)態(tài)反應(yīng)系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 1Vq2VqVmq解：假設(shè)完全混合意味著 湖泊中的污染物濃度等于流出水中的污染物濃度 1 1 1 2 2m V Vq q q????輸入速率 輸出速率 2 1 2()m V m m V Vq q q q??? ? ? ? 降解速率 m?? ?mrq k V??? 5 3 10 10 23. 1 10 0??? ? ? ? ? ? ?第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (二 )穩(wěn)態(tài)反應(yīng)系統(tǒng) 1Vq Vmq2Vq12mmqq?12ddm m m rmq q qt? ? ?【例題】一條河流的上游流量為 10m3/s，氯化物的濃度為 20mg/L，有一條支流匯入，流量為 5m3/s，其氯化物濃度為 40mg/L。視氯化物為不可降解物質(zhì)，系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，計(jì)算匯合點(diǎn)下游河水中的氯化物濃度，假設(shè)在該點(diǎn)流體完全混合。 解： 首先劃定衡算系統(tǒng)，繪制質(zhì)量平衡圖 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 (三 )穩(wěn)態(tài)非反應(yīng)系統(tǒng) 1Vq Vmq2Vq氯化物的輸出速率為 氯化物的輸入速率為 1 1 2 2V V m V mq q q? ? ???1 1 1 2 2m V Vq q q????2m m V mqq?? 12V m V Vq q q1 1 2 212VVmVVqqqq??? ???第二節(jié) 質(zhì)量衡算 m 1? 2? z解：根據(jù)質(zhì)量衡算方程 【例題 】一圓筒形儲(chǔ)罐，直徑為 。罐內(nèi)盛有 2m深的水。在無(wú)水源補(bǔ)充的情況下，打開(kāi)底部閥門(mén)放水。已知水流出的質(zhì)量流量與水深 Z的關(guān)系為 2 ?kg/s， 求經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間后，水位下降至 1m？ 12ddmmmqqt??1 0mq ?2 ? zzAzm 50210004 2 ?????? ??kg/s kg tzzdd502274. ?? 102 74 dd502t ztz????t=1518 s z1mq 2mq第二節(jié) 質(zhì)量衡算 12ddmt????≠0 () (二 )非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 0???t穩(wěn)態(tài)流動(dòng)的數(shù)學(xué)特征： 當(dāng)系統(tǒng)中流速、壓力、密度等物理量只是位置的函數(shù)，不隨時(shí)間變化 ，稱(chēng)為 穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) ；當(dāng)上述物理量不僅隨位置變化，而且隨時(shí)間變化，稱(chēng)為非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。 對(duì)于穩(wěn)態(tài)過(guò)程，內(nèi)部無(wú)物料積累 12mm?mmqq?穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)與非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng) 第二節(jié) 質(zhì)量衡算 ρ0 ρ1 ρ2 ρ4 ρ3 1Vq3Vq4Vq2Vq0Vq【例題】某污水處理工藝中含有沉淀池和濃縮池，沉淀池用于去除水中的懸浮物，濃縮池用于將沉淀的污泥進(jìn)一步濃縮，濃縮池的上清液返回到沉淀池中。污水流量為 5000m3/d，懸浮物含量為 200mg/L，沉淀池出水中懸浮物濃度為 20mg/L，沉淀污泥的含水率為 %，進(jìn)入濃縮池停留一定時(shí)間后，排出的污泥含水率為 96%，上清液中的懸浮物含量為 100mg/L。假設(shè)系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，過(guò)程中沒(méi)有生物作用。求整個(gè)系統(tǒng)的污泥產(chǎn)量和排水量，以及濃縮池上清液回流量。污水的比重為 1000kg/m3。 ？ ？ ？ 根據(jù)需要?jiǎng)澏ê馑愕南到y(tǒng)