第2章质量衡算与能量衡算

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1、环境工程原理付晓茹第一篇环境工程原理基础在环境污染控制工程领域，无论是水处理、废气处理和固体废弃物处理处置，还是给水排水管道工程，都涉及流体流动、热量传递、质量传递现象。流体流动：输送流体、沉降分离流体中颗粒物，污染物的过滤分离等热量传递：加热、冷却、干燥、蒸发以及管道、设备的保温等质量传递：吸收、吸附、吹脱、膜分离以及生物、化学反应等本篇主要讲述质量衡算、能量衡算等环境工程中分析问题的基本方法，以及流体流动和热量传递、质量传递的基础理论。系统掌握流体流动和热量传递、质量传递过程的基础理论，对优化污染物的分离和转化过程、提高污染

2、控制工程的效率具有重要意义。第一篇环境工程原理基础本篇主要内容第二章质量衡算与能量衡算第三章流体流动第四章热量传递第五章质量传递第一篇环境工程原理基础第二章质量衡算与能量衡算本章重点基本概念：浓度（质量浓度、物质的量浓度、质量分数、摩尔分数、质量比、摩尔比）、流量与流速、衡算系统、封闭系统、开放系统计算：稳态非反应/反应系统的质量衡算、封闭系统的热量衡算第二章质量衡算与能量衡算2.1常用物理量2.2质量衡算2.3能量衡算2.1常用物理量2.1.1计量单位2.1.2物理量的单位换算2.1.3量纲和无量纲2.1.4常用物理量及其表示

3、方法（▲）2.1.1计量单位计量单位是度量物理量的标准物理量＝数值×单位国际单位制，符号为SI7个基本单位；2个辅助单位；导出单位。2.1.1计量单位国际单位制的基本单位量的名称单位名称单位符号长度米m质量千克kg时间秒s电流安[培]A热力学温度开[尔文]K物质的量摩[尔]mol发光强度坎[德拉]cd2个辅助单位国际单位制的辅助单位量的名称单位名称单位符号平面角立体角弧度球面度radsr按照定义式由基本单位相乘或相除求得，并且其导出单位的定义式中的比例系数永远取1。导出单位2.1.1计量单位当采用其他单位制时，将各物理量的单位代

4、入定义式中，得到的k不等于1。例如，上例中，若距离的单位为cm，则k=0.01。式中F——力；m——质量；a——加速度；u——速度；t——时间；s——距离；k——比例系数。力的导出单位，按牛顿运动定律写出力的定义式，即按照国际单位制规定，取k=1，则力的导出单位为导出单位2.1.1计量单位同一物理量用不同单位制的单位度量时，其数值比称为换算因数。例如1m长的管用英尺度量时为3.28084ft，则英尺与米的换算因数为3.28084。2.1.2物理量的单位换算2.1.2物理量的单位换算例题：已知1atm=1.033kgf/cm2，将

5、其换算为N/m2。1kgf=9.80665N1cm=0.01m1atm=1.033kgf/cm2=1.033×9.80665N/(0.01m)2=1.013×105N/m2(1)量纲用来描述物体或系统物理状态的可测量性质称为它的量纲。量纲与单位的区别：量纲是可测量的性质；单位是测量的标准，用这些标准和确定的数值可以定量地描述量纲。可测量物理量可以分为两类：基本量和导出量。2.1.3量纲和无量纲基本量纲:质量、长度、时间、温度的量纲，分别以M、L、t和T表示，简称MLtT量纲体系。【物理量】表示该物理量的量纲，不指具有确定数值的某

6、一物理量。利用量纲所建立起来的关系是定性的而不是定量的。其他物理量均可以以M、L、t和T的组合形式表示其量纲:[速度]=[密度]=[压强]=[黏度]=Lt－1ML－3ML－1t－2ML－1t－12.1.3量纲和无量纲(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，称为无量纲准数。无量纲准数既无量纲，又无单位，其数值大小与所选单位制无关。只要组合群数的各个量采用同一单位制，都可得到相同数值的无量纲准数。准数符号定义雷诺数(Reynold)Re标准提法是量纲为12.1.3量纲和无量纲2.1.4常用物理量及其表示方法（▲）（

7、1）浓度质量浓度与物质的量浓度质量分数与摩尔分数质量比与摩尔比（2）流量（3）流速（4）通量例如：氨的水溶液的浓度1）质量浓度与物质的量浓度mg/Lmol/L氨的质量或物质的量/溶液体积2）质量分数与摩尔分数%kg/kgkmol/kmol氨的质量/溶液的质量氨的物质的量/溶液的物质的量3）质量比与摩尔比kmol/kmolkg/kg氨的质量/水的质量氨的物质的量/水的物质的量（1）浓度（1）浓度1）质量浓度与物质的量浓度质量浓度：ρA=mA/V物质的量浓度：cA=nA/V质量浓度与物质的量浓度的关系cA=ρA/MA混合液体/气体的

8、浓度怎样计算？（1）浓度2）质量分数与摩尔分数质量分数：xmA=mA/m摩尔分数：xA=nA/n摩尔分数与质量分数的关系质量分数与质量浓度的关系（液体）体积分数与质量浓度的关系（气体）组分A的质量分数与摩尔分数的关系在水处理中，污水中的污染物浓度一般较低，1L污