环境工程原理重点环境工程原理重点PAGE环境工程原理重点环境工程原理重点第一部分量纲与无量纲量纲：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。
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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=ρuL/μ（ρ：密度，kg/m³；u：流速，m/s；μ：黏度，kg/(m·s)）常用物理量及其表示方法浓度1.质量浓度：ρA=mA/V（ρA：组分A的质量浓度，kg/m³；mA：混合物中组分A的质量，kg；V：混合物的体积，m³）2.物质的量浓度：cA=nA/V（cA：组分A的物质的量浓度，kmol/m³；nA：混合物中组分A的物质的量，kmol）3.两者关系：cA=ρA/MA（MA：组分A的摩尔质量，kg/kmol）4.质量分数：xmA=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：pVA=nART（p：混合气体的绝对压力，Pa；VA：组分A的体积，m³；nA：组分A的物质的量，mol；R：理想气体常数，J/（mol·K）；T：混合气体的绝对温度，K）6.摩尔分数：xA=nA/n（xA：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-nA）(XA：组分A的摩尔比，量纲为1；n-nA：混合物中惰性组分的物质的量，mol)流量：qV=V/t（m³/s）——体积流量qm=Vρ/t（kg/s）——质量流量qm=qvρ流速：um=qv/(πd²/4)（m/s）（经常使用圆形管，d为内径）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。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；∑HP：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；Eq：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）流体流动（um2/um1=(d1/d2)²——圆形管道）机械能衡算方程
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
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。方程：1/2△um2+g△z+△p/ρ=-We-∑hf伯努利方程：1/2△um2+g△z+△p/ρ=0雷诺数：Re=ρuL/μ（圆管内：Re<2000时，流动总是层流，成为层流区；当Re>4000时，一般出现湍流，称为湍流区）牛顿黏性定律：τ=-μ·dux/dy(τ：剪切应力，N/m2;μ：动力黏性系数，简称黏度，Pa·s；dux/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τ与该处垂直于流动方向的速度梯度dux/dy成正比。适用于层流运动。黏度：ν=μ/ρ（ν：流体运动黏度，m2/s；ρ：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。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。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）物体表面粗糙度范宁公式：△pf=λ·l/d·ρum2/2(摩擦系数λ是流体的物性和流动状态的函数，量纲为1)——摩擦系数λ与雷诺数Re及相对粗糙度ε/d的关系P82（P113,,）局部阻力损失：hf=ξum2/2（ξ：局部阻力系数，无量纲，ξ=λl/d）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=-λdT/dy(Q：传热速率，W；q：热流密度，W/m2；λ：导热系数，W/(m·K)；dT/dy：热度梯度，K/m；A：垂直于热流方向的面积，m2)3.普兰德数：Pr=ν/a=μcp/λ运动黏度ν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：dc=2λ/α（dc：临界直径；λ：导热系数；α：对流传热系数）保温层的临界厚度：（dc-d1）(d1：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。λmT=常数=×10-38.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。质量传递传递机理：1）分子扩散；2）涡流扩散费克定律：NAz=-DAB·dca/dz（NAz：扩散通量或扩散速率，kmol/（m2·s）；cA：组分A的物质的量，kmol/m3；DAB：组分A在组分B中进行扩散的分子扩散系数，m2/s）施密特数：SC=ν/DAB传递边界层厚度δc与流动边界层厚度δ一般并不相等，他们的关系取决于SC。SC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。第二部分沉降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（非均相）。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）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：Rep≤2，ut=1/18·（ρp-ρ）/μ·gdp2(斯托克斯（Stokes）公式)过渡区：2
流程
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和温度影响离子交换树脂选择性的因素：离子的水化半径和离子的化合价等。离子交换过程主要控制步骤：1）边界水膜内的迁移；2）交联网孔内的扩散；3）离子交换；4）交联网内的扩散；5）边界水膜内的迁移。萃取是分离液体混合物的一种重要的单元操作。在预分离的原料混合液中加入一种与其不相溶或部分互溶的液体溶剂，形成两相体系，在充分混合的条件下，利用混合液中被分离组分在两相中分配差异的性质，是该组分从混合液转移到液体溶剂中，从而实现分离。三角形相图中，3个顶点A、B、S各代表一种纯组分，习惯上分别表示纯溶质相、纯稀释剂相和纯溶剂相。任意一条边上的任一点均代表一个二元混合物。三角形内任一点代表一个三元混合物。萃取平衡，共轭液相分为：萃取相E和萃余相R。分配系数：溶质A在两相中的平衡关系可以用相平衡常数k来表示。K=ymA/xmA选择性系数：萃取剂对原料混合液中两个组分的溶解能力的大小，可以用选择性系数α来表示。α=（ymA/xmA）/(ymB/xmB)=kA/kB膜分离过程的分类：P361膜分离过程的特点是： 1) 膜分离过程不发生相变化，所以能耗较低，能量转化效率高；2) 膜分离过程可在常温下进行，特别适于对热敏感物质的分离； 3) 通常不需要投加其他物质，可节省化学药剂，并有利于不改变分离物质原有的属性；4）在膜分离工程中，分离和浓缩同时进行，有利于回收有价值的物质；5）膜分离装置简单，可实现连续分离，适应性强，操作容易且易于实现自动控制。膜分离特征参数：渗透性和选择性。渗透性也称为通量或渗透速率，表示单位时间通过单位面积膜的渗透物的量，可以用体积通量NV来表示，单位为m3/(m2·s)。当渗透物为水时，称为水通量NW。选择性，对于溶液脱盐或脱除微粒、高分子物质等情况，可用截留率β表示。膜对于液体混合物或气体混合物的选择性通常以分离因子α表示。假定膜左侧为溶剂，右侧为溶液，由于溶液中溶质的浓度有c1>c2=0，则溶液侧的溶剂化学位μ1<μ2。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。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。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）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。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。
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