环境工程学教学绪论课件.pptx

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1、 环境工程学是在环境问题的发生和发环境工程学是在环境问题的发生和发展的基础的应运而生的，具有问题导向性。展的基础的应运而生的，具有问题导向性。环环境境问问题题经济问题经济问题能源问题能源问题人口问题人口问题政治问题政治问题粮食问题粮食问题食品安全问题食品安全问题医疗保障问题医疗保障问题社会福利问题社会福利问题社会稳定社会稳定对立对立合作合作第1页/共160页在在环环境境工工程程学学的的发发展展进进程程中中，人人们们认认识识到到控控制制环环境境污污染染不不仅仅要要采采用用单单项项治治理理技技术术，还还应应当当采采用用经经济济的的、法法律律的的和和管管理理的的各各种种手手段段以以及及与与工工程程技

2、技术术相相结结合合的的综综合合防防治治措措施施，并并运运用用现现代代系系统统科科学学的的方方法法和和计计算算机机技技术术，对对环环境境问问题题及及其其防防治治措措施施进进行行综综合合分分析析，以以求求得得整整体体上上的的最最佳佳效效果果或或优优化化方方案案。在在这这种种背背景景下下，环环境境规规划划和和环环境境系系统统工工程程的的研研究究工工作作迅迅速速发发展展起起来来，逐逐渐渐成成为为环环境境工工程程学学的的一一个个新新的的、重要的分支。重要的分支。20世纪世纪90年代开始，人们提出：污染控制不能只是单纯地对已年代开始，人们提出：污染控制不能只是单纯地对已产生的环境污染物进行处理处置产生的环

3、境污染物进行处理处置(即所谓的即所谓的“末端治理末端治理”模式模式)，而，而更应着眼于防止这些污染物的产生，采取污染预防和污染治理相结更应着眼于防止这些污染物的产生，采取污染预防和污染治理相结合的合的“全过程控制全过程控制”的新模式。的新模式。第2页/共160页三、环境工程学的主要内容三、环境工程学的主要内容Three.primarycontentofenvironmentengineering(1)水质净化与水污染控制工程：水质净化与水污染控制工程：研研究究预预防防和和治治理理水水体体污污染染、保保护护和和改改善善水水环环境境质质量量、合合理理利利用用水水资资源源以以及及提提供供安安全全饮饮

4、用用水水和和不不同同用用途途与与要要求求的的用用水水的的工工艺艺技技术术和和工工程程措措施施。其其主主要要研研究究领领域域有有：水水体体自自净净及及其其利利用用；给给水水净净化化处处理理；城城市市污污水水处处理理；工工业业废废水水处处理理与与利利用用；废废水水再再生生与与回回用用；城城市市、区区域域和和水水系系的的水水污污染染综综合合整整治治和和受受污污染染水水体体的的修修复复；水水环环境境质质量量标标准准和废水排放标准等。和废水排放标准等。(2)大气污染控制工程：大气污染控制工程：研究预防和控制大气污染，保护和改善大气质量的工程技术措研究预防和控制大气污染，保护和改善大气质量的工程技术措施。

5、其主要研究领域有：大气质量管理；烟尘等颗粒物控制技术；施。其主要研究领域有：大气质量管理；烟尘等颗粒物控制技术；气体污染物控制技术；城市、区域大气污染综合整治；室内空气污气体污染物控制技术；城市、区域大气污染综合整治；室内空气污染控制；大气质量标准和废气排放标准等。染控制；大气质量标准和废气排放标准等。第3页/共160页研研究究城城市市垃垃圾圾、工工业业废废渣渣、放放射射性性及及其其他他危危险险固固体体废废弃弃物物的的处处理理、处处置置与与资资源源化化，以以及及消消除除噪噪声声、振振动动等等对对人人类类影影响响的的技技术术途途径径和和措措施施。其其主主要要研研究究领领域域有有：固固体体废废弃弃

6、物物管管理理；固固体体废废弃弃物物无无害害化化处处置置；固固体体废废弃弃物物的的综综合合利利用用和和资资源源化化；放放射射性性及及其其他他危危险险废废物物的的处理；噪声、振动、电磁辐射的防护与控制等。处理；噪声、振动、电磁辐射的防护与控制等。(3)固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治工程：固体废弃物控制及噪声、振动与其他公害防治工程：(4)清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程：清洁生产、污染预防与全过程污染控制工程：研究在工业等生产过程中，使用清洁的能源和原料，采用先进研究在工业等生产过程中，使用清洁的能源和原料，采用先进的工艺、技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污的工艺、

7、技术与设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程染，提高资源利用效率，减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生与排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。中污染物的产生与排放，以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。第4页/共160页(5)环境规划、管理和环境系统工程：环境规划、管理和环境系统工程：研究在科学发展观和可持续发展战略思想指导下，利用系统工研究在科学发展观和可持续发展战略思想指导下，利用系统工程的原理和方法，对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的程的原理和方法，对区域性的环境问题和防治技术措施进行整体的系统分

8、析，以求取得综合整治的优化方案，进行合理的环境规划、系统分析，以求取得综合整治的优化方案，进行合理的环境规划、设计与管理；它也研究环境工程单元过程系统的优化工艺条件，并设计与管理；它也研究环境工程单元过程系统的优化工艺条件，并用计算机技术进行设计、运行和管理。用计算机技术进行设计、运行和管理。(6)环境监测与环境质量评价环境监测与环境质量评价,环境影响评价：环境影响评价：主主要要研研究究环环境境中中污污染染物物质质的的性性质质、成成分分、来来源源、含含量量和和分分布布状状态态、变变化化趋趋势势以以及及对对环环境境的的影影响响；在在此此基基础础上上，按按照照一一定定的的标标准准和和方方法法对对环

9、环境境质质量量进进行行定定量量的的判判定定、解解释释和和预预测测；此此外外，它它还还研研究究某某项项工工程程活活动动或或资资源源开开发发所所引引起起的的环环境境质质量量变变化化及及对对人人类类健健康康和和福福利利的影响等。的影响等。第5页/共160页附：流体流动附：流体流动第一节第一节 概述概述第二节第二节 流体静力学流体静力学第三节第三节 管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式第四节第四节 管内流体流动现象管内流体流动现象第五节第五节 管内流体流动的摩擦阻力损失管内流体流动的摩擦阻力损失第六节第六节 流量的测定流量的测定第七节第七节 流体输送机械流体输送机械第6页/共160页1.1

10、 概述概述 1.1 Summarization 流体流体(fluid)：气体和液体统称为流体。只有流动才能完成生：气体和液体统称为流体。只有流动才能完成生产程序，才能完成水和大气的治理过程，只有流动才能使反应产程序，才能完成水和大气的治理过程，只有流动才能使反应物和添加剂之间充分混合，消除阻力。物和添加剂之间充分混合，消除阻力。流体微团或流体质点流体微团或流体质点(fluid particle)：是由大量分子组成的：是由大量分子组成的分子集团，在研究流体流动时，为简化研究过程，常把流体视分子集团，在研究流体流动时，为简化研究过程，常把流体视为无数的流体微团组成的介质。为无数的流体微团组成的介质

11、。连续性假设连续性假设(continuity assumption)：假设流体是由连：假设流体是由连续的流体质点组成的，几个质点相互紧挨，之间没有孔隙，每续的流体质点组成的，几个质点相互紧挨，之间没有孔隙，每个质点只受到相邻质点的力，而摆脱分子间相互作用的力、分个质点只受到相邻质点的力，而摆脱分子间相互作用的力、分子运动产生的碰撞力、分子间吸引力均为流体质点的内力。子运动产生的碰撞力、分子间吸引力均为流体质点的内力。第7页/共160页 可压缩流体可压缩流体(compressible fluid)：流体体积：流体体积随压力与温度变化，气体比液体有较大的压缩随压力与温度变化，气体比液体有较大的压缩

12、性，当压力与温度改变时，气体体积有较大的性，当压力与温度改变时，气体体积有较大的变化，属于可压缩流体。但如果压力或温度变变化，属于可压缩流体。但如果压力或温度变化率很小，气体体积变化小，则气体也可当作化率很小，气体体积变化小，则气体也可当作不可压缩流体对待。不可压缩流体对待。不可压缩流体不可压缩流体(incompressible fluid)：流体：流体体积随压力与温度不发生变化，液体体积变化体积随压力与温度不发生变化，液体体积变化很小，一般视为不可压缩流体。很小，一般视为不可压缩流体。第8页/共160页1.2 流体静力学流体静力学 1.2 Hydrostatics 流体静力学流体静力学(hy

13、drostatics)：研究静止流体在外力的作研究静止流体在外力的作用下的平衡关系，即流体处于静止或相对静止状态时应该具备用下的平衡关系，即流体处于静止或相对静止状态时应该具备的规律。的规律。一、流体的压力一、流体的压力 压强压强(pressure)：流体垂直作用于单位面积的力，习惯上：流体垂直作用于单位面积的力，习惯上称为流体的压力。作用于整个面积的力，称为称为流体的压力。作用于整个面积的力，称为总压力总压力，在静止，在静止流体中从各个方向作用于一点的压力大小相等。流体中从各个方向作用于一点的压力大小相等。法定单位：压力（压强）法定单位：压力（压强）N/m2 1标准大气压标准大气压=101.

14、325kPa 绝对压力绝对压力(absolute pressure)：以绝对真空为基准测得：以绝对真空为基准测得的压力。它是流体真实的压力。的压力。它是流体真实的压力。相对压力相对压力(relative pressure)：以外界大气压为基准测得：以外界大气压为基准测得的压力，又称为的压力，又称为表压表压(gauge pressure)。是压力表测得的压力。是压力表测得的压力。表压表压=绝对压力绝对压力-大气压力大气压力 第9页/共160页 真空度真空度(vacuum)：绝对压力与大气：绝对压力与大气压力差值的绝对值，真空度压力差值的绝对值，真空度=大气压力大气压力-绝绝对压力。表压的数值可正

15、，可负，为正对压力。表压的数值可正，可负，为正值时，流体的表压就称为正压，为负值值时，流体的表压就称为正压，为负值时称为负压。把负值改为正值表示时即时称为负压。把负值改为正值表示时即为真空度的概念。为真空度的概念。只有绝对压力小于大只有绝对压力小于大气压力时才有真空度的概念。气压力时才有真空度的概念。测量负压测量负压的压力表又称为真空表。的压力表又称为真空表。第10页/共160页二、流体的密度二、流体的密度(density)和比容和比容(specific volume)1密度：单位体积流体的质量。密度：单位体积流体的质量。1）液体混合组分）液体混合组分 液体的密度随压力和温度的液体的密度随压力

16、和温度的变化很小，假设混合液为理想液体，则其体积变化很小，假设混合液为理想液体，则其体积等于各组分单独存在时的体积之和，当混合液等于各组分单独存在时的体积之和，当混合液中各组分密度已知时，混合液的密度为：中各组分密度已知时，混合液的密度为：第11页/共160页2）气体单一组分）气体单一组分 气体的密度随温度压力的变化较大，一般情况下（压力不大，气体的密度随温度压力的变化较大，一般情况下（压力不大，温度不太低），气体密度可近似的按理想气体状态方程计算，温度不太低），气体密度可近似的按理想气体状态方程计算，单一组分则有：单一组分则有：标准状态气体则有：标准状态气体则有：若已知标准状态下气体密度，其

17、他状态的密度为若已知标准状态下气体密度，其他状态的密度为 3）气体混合组分）气体混合组分 当流体不是单一组分时，该混合物也可以近似按照理想气体当流体不是单一组分时，该混合物也可以近似按照理想气体来计算，气体的密度为：来计算，气体的密度为：第12页/共160页2比容：比容：单位质量流体的体积，即单位质量流体的体积，即流体的比容是密度流体的比容是密度的倒数。的倒数。第13页/共160页二、流体静力学的基本方程式二、流体静力学的基本方程式Two.The basic equation of fluid statics 该方程式是描述静止流体内部的该方程式是描述静止流体内部的压力压力随随高度高度变化的表

18、达式。变化的表达式。1不可压缩流体不可压缩流体 如右图所示，试计算如右图所示，试计算C点的压强。点的压强。在静止的流体中任意选一流体微在静止的流体中任意选一流体微团，横截面积为团，横截面积为A，密度为，密度为，选取，选取容器底面为基准水平面，微团上底容器底面为基准水平面，微团上底面距基准面面距基准面Z1，下底面距基准面，下底面距基准面Z2。由于液体处于静止状态，所以合力由于液体处于静止状态，所以合力为零。为零。第14页/共160页 即：液体中高度为即：液体中高度为Z2处所受的压强等于高度处所受的压强等于高度为为Z1处所受压强加上处所受压强加上gh，与表面积无关，在整个，与表面积无关，在整个横截

19、面上所受的压力相等。通常情况下，高度为横截面上所受的压力相等。通常情况下，高度为Z1处的压强需要计算，为了方便起见，选液面为基处的压强需要计算，为了方便起见，选液面为基准，设液面压强为准，设液面压强为po则：则：流体静力学基本方程式流体静力学基本方程式第15页/共160页对该方程式做以下讨论：对该方程式做以下讨论：1）当液面上的压强）当液面上的压强po一定时，静止液体内任一点的压一定时，静止液体内任一点的压力大小，只与液体密度与该点距液面的深度力大小，只与液体密度与该点距液面的深度h有关。有关。换句话说，换句话说，在连续、静止的同一液体内部，同一高度在连续、静止的同一液体内部，同一高度处，压力

20、相等。处，压力相等。2）八斯嘎原理：当液面压强变化时，液体内部各点的）八斯嘎原理：当液面压强变化时，液体内部各点的压力会发生同样大小的变化。压力会发生同样大小的变化。3）液体内外压力差的大小与液体内外压力差的大小与h呈线性关系。呈线性关系。4）两边除以）两边除以g，Z2移项得：移项得：，在静止、连续在静止、连续的同一流体内部，不同垂直位置上的的同一流体内部，不同垂直位置上的Z与与 之和为常之和为常数。数。第16页/共160页2可压缩流体可压缩流体 与液体的推导方法相似。与液体的推导方法相似。气体密度随压力改变，但在小范围内，气体密度随压力改变，但在小范围内，静止连续的气体中，密度变化很小，液体

21、静静止连续的气体中，密度变化很小，液体静力学方程式适用于气体。通常认为，力学方程式适用于气体。通常认为，小范围小范围内连续静止的密闭气体，由于气体密度小两内连续静止的密闭气体，由于气体密度小两高度处的压力差很小，可以忽略不计。高度处的压力差很小，可以忽略不计。第17页/共160页三、流体静力学基本方程式的应用三、流体静力学基本方程式的应用Three.Application of the basic equation of the fluid flow（一）压力测量（一）压力测量1U形管压差计（液柱为指示液或者被侧液本身）形管压差计（液柱为指示液或者被侧液本身）指示液的要求：指示液的要求：1）与

22、被侧液体互不相容，不）与被侧液体互不相容，不起化学反应，即，被侧液与指示液之间要有明起化学反应，即，被侧液与指示液之间要有明显的分界线。显的分界线。2）密度大于被侧液的密度，不）密度大于被侧液的密度，不会造成被侧液与指示液的反混。会造成被侧液与指示液的反混。1）液体压差计）液体压差计 将压差计与被侧液体两截面相连，作用于压差将压差计与被侧液体两截面相连，作用于压差计两端的压力分别为计两端的压力分别为p1，p2，若，若p1p2，两端，两端指示面会出现一个高度差指示面会出现一个高度差R，设指示液密度为，设指示液密度为0，被侧液密度为，被侧液密度为。根据静止的、连续的、同。根据静止的、连续的、同一流

23、体，同一水平面的压力相等的原则，有下一流体，同一水平面的压力相等的原则，有下面等式成立：面等式成立：第18页/共160页第19页/共160页2）气体压差计）气体压差计 在小范围内压差计气柱两端的压在小范围内压差计气柱两端的压强与液面处相等，该压差计以测量液强与液面处相等，该压差计以测量液体本身为指示液。体本身为指示液。第20页/共160页 1-3 管内流体流动的基本方程式管内流体流动的基本方程式 1-3 The basic equation of fluid flow in tube 一、流量和流速一、流量和流速 体积流量体积流量(volumetric flowrate)：单位时间流体流单位时

24、间流体流经任意界面的体积。经任意界面的体积。V m3/s 质量流量质量流量(mass flowrate)：单位时间流体流经任单位时间流体流经任意界面的质量。意界面的质量。G kg/s 平均流速平均流速(average velocity)：单位时间内流体质单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离。工程上，平均流速等于点在流动方向上所流经的距离。工程上，平均流速等于体积流量与截面积的比值。体积流量与截面积的比值。U=V/A m/s 质量流速质量流速(mass velocity)：质量流量除以截面积。质量流量除以截面积。=u kg/sm2 第21页/共160页二、连续性方程二、连续性方程(equa

25、tion of continuity)假设管道无泄漏，根据质量守恒假设管道无泄漏，根据质量守恒对于不可压缩流体对于不可压缩流体 如果圆形管道如果圆形管道 所以：所以：不可压缩流体在管道中流速与管道内径的平方成反比。不可压缩流体在管道中流速与管道内径的平方成反比。流动流体的连续性方程流动流体的连续性方程第22页/共160页三、伯努利方程三、伯努利方程(Bernouli equation)1推导推导 假定流体无黏性，即流体与管道之间无摩擦力，无假定流体无黏性，即流体与管道之间无摩擦力，无能量损失。横截面上流体质点的速度分布是均匀的，流能量损失。横截面上流体质点的速度分布是均匀的，流体的压力与密度取

26、截面上的平均值。体的压力与密度取截面上的平均值。设流体质量流量为设流体质量流量为G，截面积为，截面积为A，在管道中取一微，在管道中取一微管段管段dx，流体质量为，流体质量为dm，对，对dx进行受力分析。进行受力分析。在在x方向上，重力分力方向上，重力分力 压力分力压力分力 合力：合力：（*）合力第23页/共160页由（由（*）式可得：）式可得：伯努利方程式，伯努利方程式，适适用用于于不不可可压压缩缩的的、稳稳定流动的非黏性流体。定流动的非黏性流体。2伯努利方程的物理意义伯努利方程的物理意义gz：单位质量流体所具有的位能；：单位质量流体所具有的位能；z：单位重量流体所具有的位能，又叫位压头。：单

27、位重量流体所具有的位能，又叫位压头。：单位质量流体所具有的静压能；：单位质量流体所具有的静压能；：单位重量流体所具有的静压能，又叫静压头。：单位重量流体所具有的静压能，又叫静压头。：单位质量流体所具有的动能。：单位质量流体所具有的动能。：单位重量流体所具有的动能，又叫动压头。：单位重量流体所具有的动能，又叫动压头。三者均为机械能，三者之和称为总能量或总机械能，三者均为机械能，三者之和称为总能量或总机械能，三种形式的能量会互相转化，但总能量不会增减。三种形式的能量会互相转化，但总能量不会增减。第24页/共160页四、实际流体的机械能恒算式四、实际流体的机械能恒算式(Conservation of

28、 mechanical energy of real fluid)实际流体由于有黏性，截面上流体速度分布不均实际流体由于有黏性，截面上流体速度分布不均匀，匀，流体流速取截面上的平均速度流体流速取截面上的平均速度，在流体流动过程，在流体流动过程中，一部分机械能转化为热能，造成损失。中，一部分机械能转化为热能，造成损失。实际机械实际机械能恒算式中需加入能量损失项。能恒算式中需加入能量损失项。1重力流（流体由高处向低处流动）重力流（流体由高处向低处流动）在截面在截面1和截面和截面2上各安装一根测压管，实际流体在管上各安装一根测压管，实际流体在管内流动时，位压头内流动时，位压头z1=z2，动压头，动压

29、头 ，由于流体，由于流体的内摩擦力，不可避免地要消耗一部分机械能，所以的内摩擦力，不可避免地要消耗一部分机械能，所以两根测压管液体上升高度有一个高差，这个高差为两根测压管液体上升高度有一个高差，这个高差为1和和2两截面静压头的差，即两截面静压头的差，即流体水平流动时，能量损失由流体水平流动时，能量损失由静压头提供。静压头提供。第25页/共160页第26页/共160页2压力流压力流 流体由能量较小的地方输送到能量较高的地方。流体由能量较小的地方输送到能量较高的地方。第27页/共160页 伯努利方程式的应用伯努利方程式的应用1）分析和解决流体输送有关的问题；）分析和解决流体输送有关的问题；2）流体

30、流动过程中流量的测定；）流体流动过程中流量的测定；3）管径的确定。）管径的确定。解题一般步骤：解题一般步骤：1）选取截面）选取截面 确定恒算系统的范围。选取截面的确定恒算系统的范围。选取截面的条件：条件：流体必须连续稳定的流动，而且充满流体必须连续稳定的流动，而且充满整个系统，并尽量选取已知量多的截面，两整个系统，并尽量选取已知量多的截面，两截面与流动方向相垂直。截面与流动方向相垂直。2）确定基准面）确定基准面 衡量位能大小的基准，通常选取衡量位能大小的基准，通常选取位能较低的一个水平面为位能较低的一个水平面为0位能面。位能面。3）计算）计算 将已知条件带入方程式进行计算，压力将已知条件带入方

31、程式进行计算，压力只能同时使用表压或绝对压力。只能同时使用表压或绝对压力。第28页/共160页1-4 管内流体流动现象管内流体流动现象 1-4 Phenomenon of fluid flow in tube 利用伯努利方程进行计算时，必须先知道利用伯努利方程进行计算时，必须先知道能量损失的数值，本节讨论能量损失的数值，本节讨论能量损失的原因能量损失的原因及管内速度的分布。及管内速度的分布。第29页/共160页一、黏度一、黏度(viscosity)1牛顿黏性定律牛顿黏性定律 黏性：流体流动时产生的黏性：流体流动时产生的内摩擦力内摩擦力的性质。流体黏性越大，流动的性质。流体黏性越大，流动性越小。

32、性越小。黏性反应流体分子和分子之间的性质。黏性反应流体分子和分子之间的性质。设上下两块平行放置而相距很近的平板，两板间充满静止流体，设上下两块平行放置而相距很近的平板，两板间充满静止流体，若下板固定而上板施加以固定的外力，上板以较小的速度做平行于下若下板固定而上板施加以固定的外力，上板以较小的速度做平行于下板的等速直线运动，板间的流体也随之运动。上层因附于板上，速度板的等速直线运动，板间的流体也随之运动。上层因附于板上，速度与上板相同，靠近下板的液体，因附在板上而静止不动，层与层之间与上板相同，靠近下板的液体，因附在板上而静止不动，层与层之间存在速度差，或相对运动，由于液体分子之间的引力及分子

33、的无规则存在速度差，或相对运动，由于液体分子之间的引力及分子的无规则运动，速度较快的液层对于其相邻的速度较慢的液层又向前的运动，速度较快的液层对于其相邻的速度较慢的液层又向前的托动托动力力，而速度较慢的液层对其上速度较快的液层又向，而速度较慢的液层对其上速度较快的液层又向后的后的阻碍力阻碍力。运动着的流体内相邻流体之间由于分运动着的流体内相邻流体之间由于分子运动而产生的相互作用力，称为流子运动而产生的相互作用力，称为流体的体的内摩擦力或粘滞力内摩擦力或粘滞力。第30页/共160页 若若y处流体层的速度处流体层的速度 ，在垂直距离，在垂直距离dy处的临近流处的临近流体层的速度为体层的速度为 ，速

34、度梯度为，速度梯度为 。实验证明：两流体层之间实验证明：两流体层之间单位面积的内摩擦力单位面积的内摩擦力（剪（剪应力），与垂直于流体流动方向上的应力），与垂直于流体流动方向上的速度梯度速度梯度成正，成正，即：即：其中其中为为粘滞系数粘滞系数，又叫又叫动力黏度动力黏度。的物理意义：的物理意义：=1时，单位面积上产生的内摩擦时，单位面积上产生的内摩擦力的大小。与物质本身的性质有关。力的大小。与物质本身的性质有关。牛顿黏性定律牛顿黏性定律第31页/共160页 影响因素：影响因素：1）温度升高，液体黏度减小，气体黏度增大。）温度升高，液体黏度减小，气体黏度增大。2）压力对黏度可视为无影响。）压力对黏度

35、可视为无影响。第32页/共160页二、流体流动类型与雷诺数二、流体流动类型与雷诺数（style of fluid flow and Reynolds number)1雷诺实验装置：雷诺实验装置：如右图所示，透明水槽，喇叭状的玻璃管，玻如右图所示，透明水槽，喇叭状的玻璃管，玻璃瓶内充满有色液体，阀门用来调节水量。实验时，璃瓶内充满有色液体，阀门用来调节水量。实验时，有色液体从瓶内流出，经喇叭口中心处的针状西管有色液体从瓶内流出，经喇叭口中心处的针状西管流入管内，通过有色液体的流动情况，可以观察到流入管内，通过有色液体的流动情况，可以观察到管内水流中质点的运动情况。管内水流中质点的运动情况。第33

36、页/共160页 流速较小时流速较小时，管中心的有色液体在管内沿轴线方向成一条轮，管中心的有色液体在管内沿轴线方向成一条轮廓清晰的直线，平稳流过，表明水质点都是沿与管轴平行的廓清晰的直线，平稳流过，表明水质点都是沿与管轴平行的方向直线运动。方向直线运动。流速增大到一定数值流速增大到一定数值，有色液体开始出现波动，而形成波浪，有色液体开始出现波动，而形成波浪形的细线。形的细线。速度继续增大速度继续增大，细线的波动会加剧，然后被冲断，向四周散，细线的波动会加剧，然后被冲断，向四周散开。形成均匀的有色溶液。开。形成均匀的有色溶液。第34页/共160页 流体在管道中的流动分为两个类型：流体在管道中的流动

37、分为两个类型：层流层流(laminar flow)：充满整个管的流体如同一层一：充满整个管的流体如同一层一层的同心圆筒，平行流动。又叫做层的同心圆筒，平行流动。又叫做滞流滞流。湍流湍流(viscous flow)：流体质点除向前流动外，运动：流体质点除向前流动外，运动速度的大小方向随时间会变化，质点间混合碰撞。又速度的大小方向随时间会变化，质点间混合碰撞。又叫做叫做紊流或湍流（紊流或湍流（turbulent flow）。2雷诺数雷诺数(Reynolds number)判断流体流动状态的准数。判断流体流动状态的准数。判断准则：判断准则：Re4000紊流紊流2000ReQ1,q2Q2,总流量总流量

38、QA=Q1+Q2，QAq1+q2,即两机即两机并联时，没有发挥出单机的最大流量，并联总流量小于单并联时，没有发挥出单机的最大流量，并联总流量小于单机运行时的流量之和。机运行时的流量之和。单机运行时的扬程低于联合运行时的总扬程，扬程差值单机运行时的扬程低于联合运行时的总扬程，扬程差值是由于联合运行流量增大后流动过程中的能量损失造成的。是由于联合运行流量增大后流动过程中的能量损失造成的。第71页/共160页一般情况下，管路压头损失较小时，两机并联后流量一般情况下，管路压头损失较小时，两机并联后流量增加幅度较大。增加幅度较大。特殊情况：管路特性曲线不与特殊情况：管路特性曲线不与A+B相交，或只与相交

39、，或只与A或或B相交，然后与相交，然后与A+B相交，此时并联后流量可能并不增大，相交，此时并联后流量可能并不增大，可能还会通过一台泵倒流，总流量反而小于单机运行时的可能还会通过一台泵倒流，总流量反而小于单机运行时的流量。这种情况只在型号不同，尤其是相差悬殊时才可能流量。这种情况只在型号不同，尤其是相差悬殊时才可能出现。出现。第72页/共160页B型号相同的泵并联操作型号相同的泵并联操作 I为单台泵的工作曲线，为单台泵的工作曲线，II为并联工作曲线，为并联工作曲线，B为为并联后的工作点，并联后的工作点，A为单机工作的工作点，为单机工作的工作点，C为并联时每为并联时每台泵的工作点。台泵的工作点。第

40、73页/共160页结论：结论：单机运行时扬程低于联合运行时的扬程，单机运行时扬程低于联合运行时的扬程，HAHBQ单单Q并并2Q单单，Q并并=2Q单单并联时总流量等于并联并联时总流量等于并联时各单机流量之和，大于单独运行时的流量而小于单独运时各单机流量之和，大于单独运行时的流量而小于单独运行时行时2台单机流量之和。台单机流量之和。管路特性曲线较平坦时，管路特性曲线较平坦时，Q并并接近接近2Q单单，低阻力管路，低阻力管路系统总流量增加幅度较大。系统总流量增加幅度较大。第74页/共160页4）离心泵的串联操作）离心泵的串联操作为了使管路系统的输液距离增大，需提高泵的扬程，此为了使管路系统的输液距离增

41、大，需提高泵的扬程，此时采用串联操作。时采用串联操作。性能曲线不同的泵串联性能曲线不同的泵串联管路特性曲线中点表示管路所需扬程大于单台泵各自的管路特性曲线中点表示管路所需扬程大于单台泵各自的额定扬程，即：任何单机运行无法满足管路要求。额定扬程，即：任何单机运行无法满足管路要求。管路特性曲线与单台泵的工作曲线不相交，即：单机单管路特性曲线与单台泵的工作曲线不相交，即：单机单独运行时单机不工作。独运行时单机不工作。两台泵的流量相同，扬程为每台泵扬程之和。两台泵的流量相同，扬程为每台泵扬程之和。第75页/共160页性能曲线相同的泵串联性能曲线相同的泵串联 单台泵的工作点为单台泵的工作点为A，串联后工

42、作点为，串联后工作点为B，其，其中一台泵的工作点为中一台泵的工作点为C，B点时流量比单台泵工作点时流量比单台泵工作点的流量大，扬程提高了，点的流量大，扬程提高了，H串串2H单单，H串串=2H单单第76页/共160页五、离心泵的汽蚀余量和泵的安装高度五、离心泵的汽蚀余量和泵的安装高度Five.Netpositivesuctionheadandfixingheight1.汽蚀余量汽蚀余量(Netpositivesuctionhead与泵的安装高度有关与泵的安装高度有关以储槽的液面为基准，列以储槽的液面为基准，列0-0和泵入口和泵入口1-1截面之间的伯努利方程截面之间的伯努利方程由上式可知，当由上式

43、可知，当p0一定时，若泵的安装高一定时，若泵的安装高度度Hg增大，则增大，则p1越小。越小。而而p1在离心泵的操作中有一个下限，即：在离心泵的操作中有一个下限，即：p1该温度下液体饱和蒸汽压，而且只有达到该温度下液体饱和蒸汽压，而且只有达到一定值才可以推动液体进入叶轮。一定值才可以推动液体进入叶轮。第77页/共160页当叶轮入口处最低压力点的压力降到饱和蒸汽压下：当叶轮入口处最低压力点的压力降到饱和蒸汽压下：1）液体会有部分气化。）液体会有部分气化。2）会有溶解于液体的部分气体解析出来，生成大量气泡。）会有溶解于液体的部分气体解析出来，生成大量气泡。当小气泡随液体流动进入高压区，小气泡会突然破

44、裂，在当小气泡随液体流动进入高压区，小气泡会突然破裂，在高压下蒸汽凝结成液体，此处形成一个负压区，周围的液体高压下蒸汽凝结成液体，此处形成一个负压区，周围的液体会迅速的冲向负压中心，在局部造成巨大的冲击力，引起叶会迅速的冲向负压中心，在局部造成巨大的冲击力，引起叶轮的震动，发出轮的震动，发出噪音噪音。金属表面会由于冲击力的作用被。金属表面会由于冲击力的作用被剥蚀剥蚀。如果气泡中含有少量的氧气或其他活泼气体，金属表面发生如果气泡中含有少量的氧气或其他活泼气体，金属表面发生电化学作用电化学作用，最终叶轮的边缘呈海绵状和鱼鳞状。这种现象，最终叶轮的边缘呈海绵状和鱼鳞状。这种现象称为称为汽蚀汽蚀(ca

45、vitation)。第78页/共160页2泵的最大安装高度（泵的最大安装高度（thehighestfixingheightofcentrifugalpump)实际操作中为安全起见，安装高度小于或等于计算量。实际操作中为安全起见，安装高度小于或等于计算量。第79页/共160页第一篇、第一篇、水质净化与水污染控制工程水质净化与水污染控制工程第一章第一章水质与水体自净水质与水体自净第一节第一节水的循环与污染水的循环与污染Part1waterpurificationandwaterpollutioncontrolengineeringChapter1waterqualityandthewatersse

46、lf-purificationSection1.watercycleandpollution一、自然界的水一、自然界的水One.waterdistributioninnatural1.地球上的水量及其分布地球上的水量及其分布 水是地球的重要组成部分水是地球的重要组成部分,也是生物肌体不可缺少的组分。也是生物肌体不可缺少的组分。地球表面液态的水（河川、湖泊、土壤水分等）地球表面液态的水（河川、湖泊、土壤水分等）第80页/共160页 固体固体的水有冰川、冰盖、冰帽等的水有冰川、冰盖、冰帽等 在阳光照射下受热蒸发为在阳光照射下受热蒸发为汽汽。上升受冷，凝结为云。上升受冷，凝结为云雾雾，漂浮，漂浮空间

47、随大气环流迁移。在一定条件下，形成空间随大气环流迁移。在一定条件下，形成雨、雪雨、雪等降水，回落地等降水，回落地面。有的遇冷成冰，形成冰帽、冰川或冰盖。面。有的遇冷成冰，形成冰帽、冰川或冰盖。有的为植物或地物所截留、逐渐蒸发为水有的为植物或地物所截留、逐渐蒸发为水汽汽；有的渗入地下，成为有的渗入地下，成为土壤水和地下水土壤水和地下水；有的沿地面流向低洼区，形成有的沿地面流向低洼区，形成泉、溪、沼泽、池塘、湖泊、泉、溪、沼泽、池塘、湖泊、河川河川等天然水体；最后流归等天然水体；最后流归海洋海洋。这种不断发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水循环或这种不断发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水

48、循环或水文循环。水文循环。陆地水和海洋水称为地球水圈，其中海洋是地球上最大的水体，面积约面积约3.62108km2，（，（约占地球面积的约占地球面积的70.9%）,水深平均水深平均3800m。水圈体积为水圈体积为1.37000109km3,海洋水约占海洋水约占97%.海水中有海水中有22万种生物，万种生物，提供地球上提供地球上22%的蛋白质。海底储有的蛋白质。海底储有1350亿吨石油，亿吨石油，140亿亿m3天然气。天然气。是人类食品和燃料的巨大储存库。是人类食品和燃料的巨大储存库。第81页/共160页 地球上的降水主要来至地球上的降水主要来至海洋的蒸发海洋的蒸发,每年的蒸发量为每年的蒸发量为

49、4.4105km3,产生产生360亿吨氧。亿吨氧。降水量受大气环流、气压、气温和地形等的影响，降水量受大气环流、气压、气温和地形等的影响，在空间和时间上分布很不均匀。在空间和时间上分布很不均匀。2.水质参数水质参数 表达水的质量有两种方式：表达水的质量有两种方式：用以表示水环境（水体）质量优劣用以表示水环境（水体）质量优劣程度和变化趋势的水中各种物质的特征指标程度和变化趋势的水中各种物质的特征指标。天然水的水质参数常。天然水的水质参数常用的有：用的有：色色、臭臭和和味味、溶解固体溶解固体、总固体总固体、硬度硬度等。总固体反映水等。总固体反映水中杂质的总量，地质学中称矿化度，借以区分地下水为五类

50、：淡水中杂质的总量，地质学中称矿化度，借以区分地下水为五类：淡水（含盐（含盐1g/l）、）、微咸水（含盐微咸水（含盐13g/l）、）、咸水（含盐咸水（含盐310g/l）、）、盐水（含盐盐水（含盐1050g/l）、）、卤水（含盐卤水（含盐50g/l）。）。硬度反映水的适用硬度反映水的适用性，高硬度水易在设备中结垢。性，高硬度水易在设备中结垢。第82页/共160页 反反映映天天然然水水体体被被城城市市污污水水所所污污染染的的参参数数常常用用有有：BOD5、COD（Chemical Oxygen Demand）、DO(Dissolved Oxygen);此此外外，还还有有一一个个重重要要参参数数：大