内容发布更新时间 : 2024/12/23 10:49:03星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
3. 在微生物的半连续培养中,反应器内基质浓度会出现先增加后减少的现象。为什么出现这种现象? 4. 什么是稀释率?微生物的连续培养系统(没有细胞循环系统)中,稀释率的最大值是什么? 5. 在微生物的连续培养系统中,能否控制微生物的比生长速率?如何实现? 6. 什么是微生物连续培养中的“洗脱现象”?为什么会出现这种现象?
7. 细胞循环反应器可以在大于微生物比生长速率的条件下稳定运行,为什么?
第III篇 综合练习题
一、环境工程原理基础
1.1 简答题
1. 写出下列物理量的量纲 (1)
粘度μ;(2)扩散系数D。
答:(1)粘度μ的量纲:[?]?ML?1t?1
(2)扩散系数D的量纲:[D]?M2t?1
2. 简述等分子反向扩散和单向扩散过程及传质通量的区别。 答:单向扩散时存在流体的总体流动,因此扩散组分的传质通量增加。
3. 边界层分离的条件是什么?层流边界层和湍流边界层哪个更容易发生边界层分离?为什么? 答:粘性作用和存在逆压梯度是流动分离的两个必要条件 层流边界层更容易发生分离。
原因:层流边界层中近壁处速度随y的增长缓慢,逆压梯度更容易阻滞靠近壁面的低速流体质点。 4. 水在圆形直管中呈层流流动。若流量不变,说明在下列情况下,摩擦阻力的变化情况: (1)管长增加一倍;(2)管径增加一倍。
2lum??hf??d2答:
层流时:??64 Re管长增加一倍时,阻力损失增加一倍;管径增加一倍时,阻力损失减小为原来的1/16。 5. 试写出几种主要的强化间壁式换热器传热效果的具体措施。
答:根据传热基本方程,可通过增加传热面积、增大传热系数和推动力来强化传热。具体措施包括:(1)采用小直径管、异形表面、加装翅片等;(2)改变两侧流体相互流向,提高蒸汽的压强可以提高蒸汽的温度,增加管壳式换热器的壳程数;(3)提高流体的速度,增强流体的扰动,采用短管换热器,防止结垢和及时清除污垢等。
6. 网球的粗糙表面有利于减少运动阻力,试解释原因。
答:运动阻力包括摩擦阻力和形体阻力。由于球面面积较小,网球运动速度较快,形体阻力占主要地位。表面粗糙可以使边界层湍流化,使边界层分离点后移,减少形体阻力,从而减少运动阻力。
7. 水在光滑圆形直管中流动,分析以下情况下因摩擦阻力而产生的压降的变化情况: (1) (2)
水在管中呈层流流动,流量不变,管长增加一倍或管径增加一倍; 水作湍流流动,管长及管径不变,流量增加一倍,摩擦系数为??0.3164Re14。
2l?um答:压降?pf??
d2(1)
的1/16。
层流时,??64,管长增加一倍时,压降增加一倍;管径增加一倍时,压降减小为原来Re14(2)
倍。
湍流时,??0.3164Re,流量增加一倍时,压降增加,为原来的5.19(或2
(2+1/4)
)
8. 某热水管道采用两种导热系数不同的保温材料进行保温,若保温材料厚度相同,为了达到较好的保温效果,应将哪种材料放在内层,试解释原因。
答:应将导热系数小的材料放在内层。 证明过程:设?1??2
r3??r2lnln?rT1?T2r2?1当?1在内层,有Q1?? ?2?L(T1?T2)/??R?2???1????r3??r2lnln?rT1?T2r2?1当?2在内层,有Q2?? ?2?L(T1?T2)/??R?1???2????为比较Q1?Q2的大小,将上两式相除,可得Q1/Q2?1,因此应将?2放在内层。
9. 转子流量计在安装和使用中应注意什么? 答:安装转子流量计时应注意:
(1)转子流量计必须垂直安装,若倾斜度1度将造成0.8%的误差。
(2)转子流量计必须安装在垂直管路上,且流体流动的方向必须由下往上。
使用时应注意:测量流体和环境条件是否与出厂时标定的相同,如不同,需对读数进行校正 10. 流体在管内流动时,同时发生传热或传质过程。当流速增加致使流态发生变化时,对流动和传递过程产生什么影响?当流体流过弯管时,与直管有什么不同?
答:流动转化为湍流后,流动阻力增加,传热或传质阻力减少。流体流过弯管时,由于离心力的作用,
扰动加剧,使阻力损失增加,传递系数增大,传递过程被强化。
11. 流体中组分A的含量为
cA,0,与平壁面接触,壁面上组分A的含量为
cA,i,且
cA,0cA,i>
。试绘
制当流体分别为静止、沿壁面层流流动和湍流流动时,组分A在壁面法向上的浓度分布示意图。
CA0 CA0
CA0 cAcA,i
L cA,i cAL
cAcA,i L
a.静止时 b.层流流动 c.湍流流动
答:图15-1 综合练习题1.1(11)图答案见上图。
12. 设冬天室内的温度为
T1,室外温度为
T2,
T1T2>
。在两温度保持不变的情况下,试绘制下列三
种情况下从室内空气到室外大气温度分布示意图。
(1)室外平静无风,不考虑辐射传热; (2)室外冷空气以一定流速流过砖墙表面;
(3)除了室外刮风外,还考虑砖墙与四周环境的辐射传热。
室内T1
室外T2
室内T1
室外T2 室内T1
室外T2
13. 流体沿平壁面流动时,同时发生传质过程。当流速增加致使流动状态由层流变为湍流时,试分析流动边界层厚度的变化,以及对流动阻力和传质阻力产生的影响。
答:边界层厚度与流速有关,流速增加,边界层厚度减少。流动由层流变成湍流,速度梯度变大,摩擦力增加,流动阻力增加;边界层厚度减少,而传质阻力主要集中在边界层,湍流加大了液体的对流,浓度梯度增大,传质阻力减少。
14. 流体沿壁面流动时,有时会出现边界层分离的现象。试论述 (1)边界层分离的条件;
(2)流动状态对边界层分离和流动阻力的影响。
答:(1)边界层分离的条件:流体具有粘滞性,产生逆压梯度,将靠近界面的慢流体的速度阻滞为零,即可发生边界层分离。
(2)层流边界层速度变化较湍流小,慢速流体更容易被阻滞。所以,湍流边界层分离比层流延后。由于湍流边界层分离延后,分离点下移,尾流区较小,所以其形体阻力小。
15. 有一个套管换热器,内管外侧装有翅片,用水冷却空气,空气和水各应走哪里(管内和壳间)?试解释原因。
答:装有翅片的目的一方面是为了加大接触面积;另一方面是为了破坏边界层形成以提高对流传热系数。由总传热速率方程 可以看到:
Q??T1b1???1A1?Am?2A2要提高传热器的传热效果,应当提高限制步骤的传热效果。因此,在用水冷却空气的换热过程中,空气对流传热慢,是制约因素。所以,翅片应放在空气一侧,即空气走壳间,水走管内。
16.燃烧废气中含有SO2,欲采用吸收法去除。根据你所学的知识,分析提高去除效率的方法。 答:吸收法可近似认为单向扩散,NA?DABp(pA,i?pA,o)。由上式可知,为了提高吸收效率,可
RTLpB,m以增加SO2的浓度(浓缩尾气),换用高效的吸收液(碱液等);同时即使更换新的吸收液;增大吸收液与SO2的接触面积(雾状喷淋);适当增加温度和压强,以加快碱液对SO2的吸收速率。
1.2 某城市生活污水采用完全混合曝气法处理,水量为3×104m3/d,BOD5浓度为200mg/L,要求稳态运行时,出水BOD5浓度达到一级排放标准,即30mg/L,曝气池中有机物的降解遵循一级反应,反应速率为 (反应速率常数0.1d-1)。
(1)确定曝气池的有效容积;
(2)若曝气池中污泥浓度为2000 mg/L,回流污泥浓度为4000 mg/L,求沉淀池的污泥回流比R。
r?0.1cV,XQ,c0曝气池 沉淀池 Q,ceR,Xr污泥回流 解:(1)以曝气池和沉淀池为衡算系统,以BOD 5为衡算对象,由物料衡算方程得:?oqV??eqV?rV?系统稳态运行,
d?Vdt
d?dt=0;代入相应数值得: