第I篇环境工程原理基础第I篇环境工程原理基础第I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二章质量衡算与能量衡算一、计量单位二、物理量的单位换算三、量纲和无量纲准数四、常用物理量及其表示方法计量单位是度量物理量的标准2个辅助单位当采用其它单位制时，将各物理量的单位代入定义式中，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。表2.1.3国际单位制中规定了若干具有专门名称的导出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——设备周围空气流动速度，cm/s解：根据附录，1kcal＝4186.8W·s，1h=3600s；1℃表示温差为1℃，用K表示温度时，温差为1K。因此1kcal/（m2·h·℃）＝4186.8/3600W/(m2·K)＝1.163W/(m2·K)1cm/s＝0.01m/s(一)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。(二)无量纲准数通过对影响某一过程和现象的各种因素（物理量）进行量纲分析，将物理量表示成为若干个无量纲准数，然后借助实验数据，建立这些无量纲变量之间的关系式。第一节常用物理量雷诺数，代表惯性力与粘性力的比值，反映流动特性；例如：氨的水溶液的浓度1．质量浓度与物质的量浓度（1）质量浓度ρA，ρ（2）物质的量浓度cA，c在水处理中，污水中的污染物浓度一般较低，1L污水的质量可以近似认为等于1000g，所以实际应用中，常常将质量浓度和质量分数加以换算，即1mg/L相当于1mg/1000g＝1×10-6（质量分数）=1ppm1μg/L相当于1μg/1000g＝1×10-9（质量分数）=1ppb在大气污染控制工程中，常用体积分数表示污染物质的浓度。例如mL/m3，则此气态污染物质浓度为10-6。对于气体，体积分数和质量浓度之间的关系和压力、温度以及污染物质的分子量有关。对于理想气体，可以用理想气体状态方程表示，即：式中：p——绝对压力，atm；VA——体积，m3；nA——物质的摩尔数，mol；R——理想气体常数，0.082L·atm·K-1·mol-1；T——绝对温度，K。根据质量浓度的定义【例题2.1.3】在1atm、25℃条件下，某室内空气一氧化碳的体积分数为9.0×10-6。用质量浓度表示一氧化碳的浓度。（2）摩尔分数3．质量比与摩尔比组分A与惰性组分的关系体积流量圆形管道单位时间内通过单位面积的物理量称为该物理量的通量。通量是表示传递速率的重要物理量。第一节常用物理量一、衡算的基本概念二、总质量衡算分离、反应——分析物质流迁移转化(2.2.8)各种情况下的质量衡算质量衡算方程的应用——用来分析质量迁移的特定区域，即衡算的空间范围质量衡算系统图【例题2.2.3】一个湖泊的容积为10.0×106m3。有一流量为5.0m3/s、污染物浓度为10.0mg/L的受污染支流流入该湖泊.同时，还有一污水排放口将污水排入湖泊，污水流量为0.5m3/s，浓度为100mg/L。污染物的降解速率常数为0.20d-1。假设污染物质在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸发等原因增加或者减少。求稳态情况下流出水中污染物的浓度。解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物浓度等于流出水中的污染物浓度氯化物的输出速率为解：根据质量衡算方程稳态流动的数学特征：ρ0已知输入速率(2)浓缩池上清液量取浓缩池为衡算系统，悬浮物为衡算对象【例题2.2.4】在一个大小为500m3的会议室里面有50个吸烟者，每人每小时吸两支香烟。每支香烟散发1.4mg的甲醛。甲醛转化为二氧化碳的反应速率常数为k＝0.40h-1。新鲜空气进入会议室的流量为1000m3/h，同时室内的原有空气以相同的流量流出。假设混合完全，估计在25℃、1atm的条件下，甲醛的稳态浓度。并与造成眼刺激的起始浓度0.05×10-6（体积分数）相比较。输入速率第二节质量衡算一、能量衡算方程二、热量衡算方程三、封闭系统的热量衡算方程四、开放系统的热量衡算方程水预热系统分析能量流（1）流体携带能量进出系统任何系统经过某一过程时，其内部能量的变化等于该系统从环境吸收的热量与它对外所作的功之差，即（输出系统的物料的总能量）－（输入系统的物料的总能量）＋（系统内能量的积累）＝（系统从外界吸收的热量）－（对外界所作的功）对于单位质量物料：单位时间输出系统的物料的焓值总和，即物料带出的能量总和物质的焓定义为封闭系统－与环境没有物质交换的系统大气层、封闭的系统等物料的比定压热容物质的潜热【例题2.3.1】热水器发热元件的功率是1.5kW，将水20L从15℃加热到65℃，试计算需要多少时间？假设所有电能都转化为水的热能，忽略水箱自身温度升高所消耗的能量和从水箱