作业习题解答
第一章 概 论
1.1 解:
按1mol 干空气计算,空气中各组分摩尔比即体积比,故n N2=0.781mol ,n O2=0.209mol ,n Ar =0.00934mol ,n CO2=0.00033mol 。质量百分数为
%51.75%100197.2801.28781.0%2=???=
N ,%08.23%100197.2800
.32209.0%2=???=O ;
%29.1%100197.2894.3900934.0%=???=Ar ,%05.0%1001
97.2801
.4400033.0%2=???=CO 。
1.2 解:
由我国《环境空气质量标准》二级标准查得三种污染物日平均浓度限值如下:
SO2:0.15mg/m 3,NO2:0.12mg/m 3,CO :4.00mg/m 3。按标准状态下1m 3干空气计算,其
摩尔数为
mol 643.444.221013
=?。故三种污染物体积百分数分别为: SO 2:
ppm 052.0643.44641015.03=??-,NO 2:ppm 058.0643.44461012.03
=??- CO :
ppm 20.3643
.44281000.43
=??-。
1.3 解:
1)ρ(g/m 3
N )3
3
4/031.110
4.221541050.1N m g =???=--
c (mol/m 3N )
333
4/1070.610
4.221050.1N m mol ---?=??=。 2)每天流经管道的CCl 4质量为1.031×10×3600×24×10-
3kg=891kg
1.4 解:
每小时沉积量200×(500×15×60×10-
6)×0.12g μ=10.8g μ
1.5 解:
由《大气污染控制工程》P14 (1-1),取M=210
2369.010
5.19102.22102
4
22=???==--∝O p p M Hb O COHb , COHb 饱和度%15.192369
.012369.0/1/222=+=+=+=Hb O COHb Hb O COHb Hb O COHb COHb CO ρ
1.6 解:
含氧总量为
mL 960100
20
4800=?。不同CO 百分含量对应CO 的量为:
2%:
mL 59.19%2%98960=?,7%:mL 26.72%7%
93960
=? 1)最初CO 水平为0%时 min 0.17210102.426
.7234=??=
-t ; 2)最初CO 水平为2%时 min 4.12510
102.459
.1926.723
4=??-=-t 。
1.7 解:
由《大气污染控制工程》P18 (1-2),最大能见度为
m K d L p
p v 8.115812
.02.24
.114006.26.2=???=
=
ρ
ρ。
作业习题解答
第二章 燃烧与大气污染
2.1 解: 1kg 燃油含:
重量(g ) 摩尔数(g ) 需氧数(g )
C 855 71.25 71.25 H 113-2.5 55.25 27.625 S 10 0.3125 0.3125 H 2O 22.5 1.25 0 N 元素忽略。
1)理论需氧量 71.25+27.625+0.3125=99.1875mol/kg
设干空气O 2:N 2体积比为1:3.78,则理论空气量99.1875×4.78=474.12mol/kg 重油。 即474.12×22.4/1000=10.62m 3N /kg 重油。
烟气组成为CO 271.25mol ,H 2O 55.25+11.25=56.50mol ,SO 20.1325mol ,N 23.78×99.1875=374.93mol 。
理论烟气量 71.25+56.50+0.3125+374.93=502.99mol/kg 重油。即502.99×22.4/1000=11.27 m 3N /kg 重油。
2)干烟气量为502.99-56.50=446.49mol/kg 重油。
SO 2百分比浓度为
%07.0%10049
.4463125
.0=?,
空气燃烧时CO 2存在最大浓度
%96.15%10049
.44625
.71=?。 3)过剩空气为10%时,所需空气量为1.1×10.62=11.68m 3N /kg 重油, 产生烟气量为11.267+0.1×10.62=12.33 m 3N /kg 重油。
2.2 解:
相对于碳元素作如下计算:
%(质量) mol/100g 煤 mol/mol 碳 C 65.7 5.475 1 H 3.2 3.2 0.584 S 1.7 0.053 0.010 O 2.3 0.072 0.013
灰分 18.1 3.306g/mol 碳 水分 9.0 1.644g/mol 碳 故煤的组成为CH 0.584S 0.010O 0.013, 燃料的摩尔质量(包括灰分和水分)为
molC g /26.18475
.5100
=。燃烧方程式为 222222013.0010.0584.078.3010.0292.0)78.3(nN SO O H CO N O n O S CH +++→++
n=1+0.584/4+0.010-0.013/2=1.1495 1)理论空气量
kg m kg m /74.6/104.22100026
.18)
78.31(1495.1333=???+?-;
SO 2在湿烟气中的浓度为
%174.0%10018644
.11495.178.3010.0292.01010
.0=?+
?+++
2)产生灰分的量为kg g /8.144%80100
1000
1.18=??
烟气量(1+0.292+0.010+3.78×1.1495+1.644/18)×1000/18.26×22.4×10-
3=6.826m 3/kg
灰分浓度为
310826
.68
.144?mg/m 3=2.12×104mg/m 3
3)需石灰石kg 21.103%
3540
7.100.32%
7.11000=???/t 煤
2.3解:
按燃烧1kg 煤计算
重量(g ) 摩尔数(mol ) 需氧数(mol )
C 795 66.25 66.25 H 31.125 15.5625 7.78 S 6 0.1875 0.1875 H 2O 52.875 2.94 0 设干空气中N 2:O 2体积比为3.78:1,
所需理论空气量为4.78×(66.25+7.78+0.1875)=354.76mol/kg 煤。
理论烟气量CO2 66.25mol ,SO2 0.1875mol ,H2O 15.5625+2.94=18.50mol N 2
mol
54.28078
.476
.35478.3=?
总计66.25+`8.50+0.1875+280.54=365.48mol/kg 煤
实际烟气量365.48+0.2×354.76=436.43mol/kg 煤,SO 2浓度为
%043.0%10043
.4361875
.0=?。
2.4解:
取1mol 煤气计算
H 2S 0.002mol 耗氧量 0.003mol CO 2 0.05mol 0
CO 0.285mol 0.143mol H 2 (0.13-0.004)mol 0.063mol CH 4 0.007mol 0.014mol
共需O 2 0.003+0.143+0.063+0.014=0.223mol 。设干空气中N 2:O 2体积比为3.78:1,则理论干空气量为0.223×(3.78+1)=1.066mol 。取2.1=α,则实际干空气 1.2×1.066mol=1.279mol 。
空气含湿量为12g/m 3N ,即含H 2O0.67mol/ m 3N ,14.94L/ m 3N 。故H 2O 体积分数为1.493%。故实际空气量为
mol 298.1%
493.11279
.1=-。
烟气量SO 2:0.002mol ,CO 2:0.285+0.007+0.05=0.342mol ,N 2:0.223×3.78+0.524=1.367mol ,H 2O0.002+0.126+0.014+1.298×1.493%+0.004=0.201mol
故实际烟气量 0.002+0.342+1.367+0.201+0.2×1.066=2.125mol
2.5 解:
1)N 2%=1-11%-8%-2%-0.012%=78.99% 由《大气污染控制工程》P46 (2-11) 空气过剩
%5.50%100)
25.08(99.78264.02
5.08=??--??-
2)在测定状态下,气体的摩尔体积为
mol L P T T V P V /46.39322
.133700273443
4.22101325221112=????=?=
; 取1m 3烟气进行计算,则SO 2120×10-
6m 3,排放浓度为
6
33
12010(18%)640.179/39.4610
g m --??-?=?。
3)3
22.45663.37(18%)2957/min 39.46N m ?
?-=。 4)3
/85.5222.4
39.460.03N m g =?。
2.6解:
按1kg 煤进行计算
重量(g ) 摩尔数(mol ) 需氧数(mol ) C 758 63.17 63.17 H 40.75 20.375 10.19 S 16 0.5 0.5 H 2O 83.25 4.625 0 需氧63.17+10.19+0.5=73.86mol
设干空气中N 2:O 2体积比为3.78:1,则干空气量为73.86×4.78×1.2=423.66mol , 含水423.66×0.0116=4.91mol 。
烟气中:CO 2 63.17mol ;SO 2 0.5mol ;H 2O 4.91+4.625+20.375=29.91mol ;
N 2:73.86×3.78=279.19mol ;过剩干空气0.2×73.86×4.78=70.61mol 。
实际烟气量为63.17+0.5+29.91+279.19+70.61=443.38mol 其中CO 2
%25.14%10038.44317.63=?;SO 2 %11.0%10038.4435
.0=?;
H 2O %74.6%10038.44391.29=?; N 2 %55.75%10038.44361.7079.019.279=??+。
O 2 %33.3%10038
.443209.061.70=??。
2.7解:
SO 2含量为0.11%,估计约1/60的SO 2转化为SO 3,则SO 3含量
51083.160
1
%11.0-?=?
,即P H2SO4=1.83×10-5,lg P H2SO4=-4.737。 查图2-7得煤烟气酸露点约为134摄氏度。
2.8解:
以1kg 油燃烧计算, C 860g 71.67mol ;
H 140g 70mol ,耗氧35mol 。
设生成CO x mol ,耗氧0.5x mol ,则生成CO 2 (71.67-x )mol ,耗氧(71.67-x )mol 。
烟气中O 2量
6
10600%5.1-?x
。 总氧量 x x x x
5.2467.10635)67.71(5.010
600%5.16
+=+-++?-,干空气中N 2:O 2体积比为3.78:1,则含N 2 3.78×(106.67+24.5x )。根据干烟气量可列出如下方程:
6
610
600)5.2467.106(78.367.7110600%5.1--?=+++?x
x x ,解得x=0.306
故CO 2%:
%99.13%10010600306.0306
.067.716
=??--;
N 2%:
%62.84%10010600306.0)
67.106306.05.24(78.36
=??+?-
由《大气污染控制工程》P46 (2-11) 空气过剩系数07.1)
06.05.05.1(62.84264.006
.05.05.11=?--??-+=α
作业习题解答
第三章 大气污染气象学
3.1解:
由气体静力学方程式,大气中气压随高度的变化可用下式描述:
dP g dZ ρ=-? (1)
将空气视为理想气体,即有
m PV RT M =
可写为 m P M V R T
ρ== (2) 将(2)式带入(1),并整理,得到以下方程:
dP gM dZ P RT
=- 假定在一定范围内温度T 的变化很小,可以忽略。对上式进行积分得:
ln gM P Z C RT =-
+ 即 2211
ln ()P gM
Z Z P RT =--(3) 假设山脚下的气温为10。
C ,带入(3)式得:
5009.80.029ln
10008.314283Z ?=-?? 得 5.7Z km ?= 即登山运动员从山脚向上爬了约5.7km 。
3.2解:
d m K z T γγ>=---
=??-
=-100/35.25.110298
8.297105.1,不稳定
d m K z T
γγ>=---=??-
=-100/5.110308.2975.2973010,不稳定
d m K z T
γγ>=---=??-
=-100/0.130505.2973.2975030,不稳定
d m K z T
γγ>=---=??-
=-100/75.15.1302985.297305.1,不稳定
d m K z
T
γγ>=---=??-
=-100/44.15.1502983.297505.1,不稳定。
3.3解:
288.00101)(P P
T T =, K P P T T 49.258)400
600(230)(
288
.0288.00101=== 3.4解:
由《大气污染控制工程》P80 (3-23),m Z Z u u )(
11=,取对数得)lg(lg 11
Z Z
m u u = 设y u u
=1
lg ,x Z Z =)lg(1,由实测数据得
由excel 进行直线拟合,取截距为0,直线方程为:y=0.2442x
故m =0.2442。
3.5 解:
0.070.07110050(
)2() 2.24/10Z u u m s Z ==?=,0.070.07
2200100()2() 2.35/10Z u u m s Z ==?= 0.070.073300200(
)2() 2.47/10Z u u m s Z ==?=,0.070.07
4400300()2() 2.54/10Z u u m s Z ==?= 0.070.07
5500400(
)2() 2.59/10
Z u u m s Z ==?=。 稳定度D ,m=0.15
s m Z Z u u /55.2)1050(2)(
15.015.00101=?==,s m Z Z u u /82.2)10
100(2)(15
.015.00202=?==
s m Z Z u u /13.3)10200(2)(
15.015.00303=?==,s m Z Z u u /33.3)10300(2)(15
.015.00404=?== s m Z Z u u /48.3)10
400(2)(
15
.015.00505=?==。 稳定度F ,m=0.25
s m Z Z u u /99.2)1050(2)(
25.025.00101=?==,s m Z Z u u /56.3)10100(2)(25
.025.00202=?== s m Z Z u u /23.4)10200(2)(
25.025.00303=?==,s m Z Z u u /68.4)10300(2)(25
.025.00404=?== s m Z Z u u /03.5)10
400(2)(
25
.025.00505=?== 风速廓线图略。
3.6解:
1)根据《Air Pollution Control Engineering 》可得高度与压强的关系为
dz RT gM P dP -= 将g=9.81m/s 2、M=0.029kg 、R=8.31J/(mol.K)代入上式得T P
dP
dz 21.29-=。 当t=11.0。
C ,气压为1023 hPa ;当t=9.8。
C ,气压为1012 hPa ,
故P=(1023+1012)/2=1018Pa ,T=(11.0+9.8)/2=10.4。
C=283.4K ,dP=1012-1023=-11Pa 。 因此m m dz 894.2831018
11
21
.29=--=,z=119m 。 同理可计算其他测定位置高度,结果列表如下:
2)图略 3)d m K z T γγ>=---=??-
=---100/35.189
8
.911212121,不稳定; 0100/22.299128.9323232<-=---=??-=---m K z T γ,逆温; 0100/98.1101
14
12434343<-=---=??-
=---m K z T γ,逆温;
0100/61.016315
14545454<-=---=??-
=---m K z T γ,逆温; d m K z T γγ<=---=??-=---100/37.053613
15656565,稳定; 0290
13
13767676=---=??-
=---z T γ d m K z T γγ<=---=??-=---100/15.02716
.1213878787,稳定; d m K z T γγ<=---=??-
=---100/85.012996
.16.12989898,稳定; d m K z T γγ<=---=??-
=---100/28.0281
8
.06.1109109109,稳定。
3.7解:
0100/22.1458
1
.217.26111>=-=??=
m K z T G ,故011<-=G γ,逆温; m K z T G 100/72.07631
.216.15222-=-=??=
,故d m K G γγ<=-=100/72.022,稳定; m K z T G 100/16.15806
.159.8333-=-=??=
,故d m K G γγ>=-=100/16.133,不稳定; m K z T G 100/120000
.250.5444-=-=??=
,故d m K G γγ>=-=100/144,不稳定; m K z T G 100/25000
.300.20555-=-=??=
,故d m K G γγ>=-=100/255,不稳定; 0100/43.0700
.250.28666>=-=??=
m K z T G ,故066<-=G γ逆温。
3.8解:
以第一组数据为例进行计算:假设地面大气压强为1013hPa ,则由习题3.1推导得到的公式
2211
ln
()P gM Z Z P RT =--,代入已知数据(温度T 取两高度处的平均值)即
458297
314.8029
.08.91013P ln
2???=-,由此解得P 2=961hPa 。 由《大气污染控制工程》P72 (3-15)可分别计算地面处位温和给定高度处位温:
K P T 293)1013
1000(1.294)1000(
288
.0288.0===地面地面地面θ, K P T 16.303)961
1000(7.299)1000(
288.0288.0111===θ, 故位温梯度=
m K 100/18.2458
0303
293=--
同理可计算得到其他数据的位温梯度,结果列表如下:
3.9解:
以第一组数据为例进行计算,由习题3.1推导得到的公式2211
ln
()P gM Z Z P RT =--,设地面压强为P 1,代入数据得到:458297
314.8029
.08.9P 970ln
1???=-,解得P 1=1023hPa 。因此 K P T 2.292)1023
1000(1.294)1000(
288
.0288.0===地面地面地面θ 同理可计算得到其他数据的地面位温,结果列表如下:
3.10 解答待求。
作业习题解答
第四章 大气扩散浓度估算模式
4.1解:
吹南风时以风向为x 轴,y 轴指向峭壁,原点为点源在地面上的投影。若不存在峭壁,则有
]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2),,,(2
2
2222'
z z y z
y H z H z y u Q H z y x σσσσπρ+-+---= 现存在峭壁,可考虑ρ为实源与虚源在所关心点贡献之和。
实源]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22
2
22221z z y z y H z H z y u Q σσσσσπρ+-+---= 虚源]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22
2
22222z z y z y H z H z y L u Q σσσσσπρ+-+----= 因此]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(22
2
2222z z y z
y H z H z y u Q σσσσπρ+-+---=+ ]}2)(exp[]2)(]{exp[2)2(exp[22
2
2222z z y z
y H z H z y L u Q σσσσσπ+-+---- =]}2)(exp[]2)(]}{exp[2)2(exp[)2{exp(22
2
222222z z y y z
y H z H z y L y u Q σσσσσσπ+-+----+- 刮北风时,坐标系建立不变,则结果仍为上式。
4.2解: 霍兰德公式
m D T T T u
D v H s a s s 16.96)5418
288
4187.25.1(455.13)7
.25.1(=?-?+?=-+=
?。 布里格斯公式
kW kW D v T T T Q s s a s H 210002952155.1341828841810
6.9
7.2106.97.223
2
3>=??-??=-??=
--且x<=10Hs 。此时 3/23/213
/11
3
/23/180.2429521362.0362.0x x u
x Q H H =??==?--。
按国家标准GB/T13201-91中公式计算, 因Q H >=2100kW ,Ts -Ta>=130K>35K 。
m u
H Q n H n s n H 93.244412029521303.113/23/11
021
=???==?--
(发电厂位于城市近郊,取n=1.303,n 1=1/3,n 2=2/3)
4.3解:
由《大气污染控制工程》P88(4-9)得
3
2
222/0273.0)1.18260exp(1.183.35680)2exp(m mg H u Q
z z
y =?-???=-=πσσσπρ
4.4解:
阴天稳定度等级为D 级,利用《大气污染控制工程》P95表4-4查得x=500m 时
m m z y 1.18,3.35==σσ。将数据代入式4-8得
32
2
22/010.0)1
.18260exp()3.35250exp(1.183.35680)60,0,50,500(m mg =?-?-???=πρ。
4.5解:
由霍兰德公式求得
m D T T T u
D v H s a s s 84.5)6.0405
293
4057.25.1(46.020)7
.25.1(=?-?+?=-+=
?,烟囱有效高度为m H H H s 84.3584.530=+=?+=。 由《大气污染控制工程》P89 (4-10)、(4-11)
y z
e H u Q σσπρ2
max 2=
时,m H z 34.252
84.352===σ。 取稳定度为D 级,由表4-4查得与之相应的x=745.6m 。 此时m y 1.50=σ。代入上式3
2
max /231.01
.5034.2584.354102m g e μπρ=????=
。
4.6解:
由《大气污染控制工程》P98 (4-31)
13
.01121202.3)05
.02()(y y q y y σσττσσ===(当h h 10012<≤τ,q=0.3)
333
1222/1012.102.3104.302.3)2exp(m g H u Q
z z
y --?=?==-=ρσσσπρ
4.7解:
有限长线源dP P H u Q H x P P z z L
)2exp(21)2exp(22),0,0,(2
2221--=?π
σσπρ。
首先判断大气稳定度,确定扩散参数。中纬度地区晴朗秋天下午4:00,太阳高度角30~
35。
左右,属于弱太阳辐射;查表4-3,当风速等于3m/s 时,稳定度等级为C ,则400m 处
m m z y 5.26,3.43==σσ。
其次判断3分钟时污染物是否到达受体点。因为测量时间小于0.5h ,所以不必考虑采样时间对扩散参数的影响。3分钟时,污染物到达的距离3360540400x ut m m ==??=>,说明已经到达受体点。
有限长线源dP P H u Q H x P P z
z L
)2exp(21)2exp(22),0,0,(2
2221--=?πσσπρ
距离线源下风向4m 处,P 1=-75/43.3=-1.732,P 2=75/43.3=1.732;
)/(6.0)/(150
90
s m g s m g Q L ?=?=
。代入上式得 3732
.1732
.12
/52.5)2exp(21
5
.26326.02)0,0,0,400(m mg dp P =-????=
?
-ππρ。
端点下风向P 1=0,P 2=150/43.3=3.46,代入上式得
346
.30
2
/0.3)2exp(21
5
.26326.02)0,0,0,400(m mg dp P =-????=
?
ππρ
4.8解:
设大气稳定度为C 级,m m z y 98.615
.215
,56.2323.4100000====
σσ。 当x=1.0km ,m m z y 4.61,1.99==σσ。由《大气污染控制工程》P106 (4-49)
]})()([21exp{))((),0,,(2
2
20200z z y y z z y y H y u Q H y x σσσσσσσσπρ+++-++=
3522
/1057.4])
98.64.61(1521exp[)98.64.61)(56.2321.99(310m g -?=+?-++??=π
4.9解:
设大气稳定度为C 级。m x m H D D z 5.122642.7415
.2200
36015.2=?=-=-=
σ 当x=2km 时,x D x= x D 时,m m z y 42.74,26.118==σσ,代入《大气污染控制工程》P88 (4-9)得 3 22221/050.0)42.742200exp(42.7426.1185.3180)2exp(m mg H u Q z z y =?-???=-=πσσσπρ x= 2x D 时,m m z y 10.139,41.221==σσ,代入P101 (4-36)得 32 2 2/257.041 .2213605.32180 )2exp(2m mg y D u Q y y =???=-= πσσπρ; 通过内插求解3/181.0)5.12262000(5 .1226050 .0257.005.0m mg =--+ =ρ 当x=6km>2x D 时,m y 474=σ,3/120.0474 3605.32180m mg =???= πρ 计算结果表明,在x D <=x<=2x D 范围内,浓度随距离增大而升高。 4.10解: 由所给气象条件应取稳定度为E 级。查表4-4得x=12km 处,m m z y 4.87,4277==σσ。 m H y yf 25.4338 50 4278=+=+ =σσ,m H h z f 8.2244.872502=?+=+=σ 34/10365.125 .4338.22432100 2)50,0,0,12000(m g h u Q yf f F -?=???= = πσπρ。 4.11 解: 按《大气污染控制工程》P91 (4-23) kW kW T T Q P Q s v a H 210010810.2418 293 418265101335.035.04>?=-???=?= 由P80 (3-23)25.025.01010687.1)10 (3)( s s m H H Z Z u u === 按城市及近郊区条件,参考表4-2,取n=1.303,n 1=1/3,n 2=2/3,代入P91(4-22)得 12/54 /13 /23 /11 048.23687.128100303.121 s s s n s n H H H H u H Q n H =??==?-。 《环境空气质量标准》的二级标准限值为0.06mg/m 3(年均),代入P109(4-62) H u e Q H y z b s ?-?-≥ σσρρπ)(20 =H H H s ?-?-?+?????--6 25.0310 )05.006.0()(687.1718.2142.35 .010802 解得m H H H H s s s 4.35748.2312 /5≥+=?+ 于是Hs>=162m 。实际烟囱高度可取为170m 。 烟囱出口烟气流速不应低于该高度处平均风速的1.5倍,即u v >=1.5×1.687×1700.25=9.14m/s 。但为保证烟气顺利抬升,出口流速应在20~30m/s 。取u v =20m/s ,则有 m u Q D v v 1.420 265 44=??=≤ ππ,实际直径可取为4.0m 。 4.12解: 高架连续点源出现浓度最大距离处,烟流中心线的浓度按 P88(4-7) H z y z z y z y H z H z y u Q ==+-+---=,02 2 22221]}2)(exp[]2)(){exp[2exp(2σσσσσπρ z y z y u Q H H u Q σσπσσπ2018.1]2/24exp[1[22 2=?-+= (由P89(4-11)2H z =σ) 而地面轴线浓度y z e H u Q σσπρρ?= = 2 max 22。 因此,38.12018.1)2 (4018.14018.1)2/(2018.1/2 222221====?=e H e H e H e H u Q u Q z y z z y σσσπσσπρρ 得证。 作业习题解答 第五章 颗粒污染物控制技术基础 5.1解: 在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线, 读出d 84.1=61.0m μ、d 50=16.0m μ、d 15。9=4.2m μ。81.350 1 .84==d d g σ。 作图略。 5.2 解: 绘图略。 5.3解: 在对数概率坐标纸上作出对数正态分布的质量累积频率分布曲线,读出质量中位直径d 50(MMD )=10.3m μ、d 84.1=19.1m μ、d 15。9=5.6m μ。85.150 1 .84== d d g σ。 按《大气污染控制工程》P129(5-24)m NMD NMD MMD g μσ31.3ln 3ln ln 2=?+=; P129(5-26)m d NMD d L g L μσ00.4ln 21ln ln 2 =?+=; P129(5-29)m d NMD d sv g sv μσ53.8ln 2 5 ln ln 2=?+=。 5.4解: 《大气污染控制工程》P135(5-39)按质量表示g cm d S P sv m /107.3623?== ρ P135(5-38)按净体积表示323/1003.76 cm cm d S sv V ?== P135(5-40)按堆积体积表示323/1011.2) 1(6cm cm d S sv b ?=-=ε。 5.5解: 气体流量按P141(5-43)s m Q Q Q N N N N /11000)(2 1321=+=; 漏风率P141(5-44)%20%10010000 2000 %100121=?= ?-=N N N Q Q Q δ; 除尘效率: 考虑漏风,按P142(5-47)%3.90100002.412000 340.0111122=??-=- =N N N N Q Q ρρη 不考虑漏风,按P143(5-48)%9.912 .4340 .01112=-=-=N N ρρη 5.6解: 由气体方程RT M m PV =得L g RT PM V m /832.0423 31.829)4901001.1(5=??-?===-ρ s m A Q v /9.173600 24.0273423 10000=?? = = 按《大气污染控制工程》P142(5-45)Pa P 13119.172 832 .08.92=??=?。 5.7 解: 按《大气污染控制工程》P145(5-58) %99%)801%)(951(1)1)(1(121=---=---=ηηηT 粉尘浓度为 33/10/22 .22 .22m g m g =,排放浓度10(1-99%)=0.1g/m 3; 排放量2.22×0.1=0.222g/s 。 5.8解: 按《大气污染控制工程》P144(5-52)i i i g g P 121-=η(P=0.02)计算,如下表所示: 据此可作出分级效率曲线。 5.9解: 按《大气污染控制工程》P144(5-54)∑==%86.721i i T g ηη。 5.10 解: 当空气温度为387.5K 时5 3 103.2,/912.0-?==μρm kg 。 当d p =0.4m μ时,应处在Stokes 区域。 首先进行坎宁汉修正:s m M RT v /2.53210 97.28142.35 .387314.8883 =????== -π, m v 8 104.9499.0-?==ρμ λ,47.04.0104.9222 =??==-p d Kn λ。则 61.1)]10 .1exp(4.0257.1[1=-++=Kn Kn C ,s m gC d u p p s /1041.11852 -?==μ ρ。 当d p =4000m μ时,应处于牛顿区,s m g d u p p s /34.17) (74 .1=-=ρ ρρ。 500275010 3.234 .17912.0104000Re 5 6>=????== --μ ρu d p p ,假设成立。 当d p =0.4m μ时,忽略坎宁汉修正,s m g d u p p s /088.0182== μ ρ。经验证Re p <1,符合Stokes 公式。 考虑到颗粒在下降过程中速度在很短时间内就十分接近u s ,因此计算沉降高度时可近似按u s 计算。 d p =0.4m μ h=1.41×10-5×30=4.23×10- 4m ; d p =40m μ h=0.088×30=2.64m ; d p =4000m μ h=17.35×30=520.5m 。 5.11解: 设最大石英粒径d p1,最小角闪石粒径d p2。由题意,g d g d p p p p ρ ρρ ρ2 21 174 .174 .1= 故 35.16 .25 .3122 1=== p p p p d d ρρ。 5.12解: 在所给的空气压强和温度下,s Pa m kg ??==-5 3 1081.1,/205.1μρ。d p =200m μ时, 考虑采用过渡区公式,按《大气污染控制工程》P150(5-82): s m g d u p p s /03.1205.1)1081.1(81.91850)10200(153.0) (153.0286 .0428.05714 .0714.014.16286 .0428.0714 .0714.014.1=??=-= --ρμρρ 85.1310 81.1205.103.110200Re 5 6=????=--p ,符合过渡区公式。 阻力系数按P147(5-62)82.3Re 5 .186 .0== p P C 。阻力按P146(5-59) N u A C F p D p 822621083.703.1205.1)10200(4 82.32121--?=?????== π ρ。 5.13解: 圆管面积232 1085.74 1m d A -?== π。据此可求出空气与盐酸雾滴相对速度 s m A Q u s /27.060 1085.7101273 3 =???==--。考虑利用过渡区公式: 286 .0428 .0714 .0714.014.1) (153.0ρ μ ρρg d u p p s -= 代入相关参数s Pa m kg m kg p ??=?==-5 3 3 3 1082.1,/1064.1,/19.1μρρ及u s =0.27m/s 可解得d p =66m μ。 117.11082.127.019.11066Re 5 6>=????=--p ,符合过渡区条件。故能被空气夹带的雾滴最大 直径为66m μ。 5.14解: 粒径为25m μ,应处于Stokes 区域,考虑忽略坎宁汉修正: s m g d u p p s /1069.31822-?== μ ρ。竖直方向上颗粒物运动近似按匀速考虑,则下落时间 s u H t s 12210 69.35.42=?== -,因此L=v.t=1.4×122m=171m 。 5.15解: 在给定条件下s Pa m kg ??==-5 3 105.2,/815.0μρ。 当d p =10m μ,粉尘颗粒处于Stokes 区域: s m R u d u t p p c /768.02.01610 5.2182700)101(182 5 2622=?????=?=--μρ。 d p =500m μ,粉尘颗粒处于牛顿区:R u d u d t p p c p 23 22 6155.0?=ρππρ。因此 s m R u d u t p p c /2.8003.32 == ρ ρ。经验证,Re p =1307>500,假设成立。 作业习题解答 第六章 除尘装置 6.1解: 计算气流水平速度s m A Q v /1087.257 .414.92.120-?=?== 。设粒子处于Stokes 区域,取s Pa ??=-51082.1μ。按《大气污染控制工程》P162(6-4) m m gL H v d p μρμ2.17102.1719 .1281.91021.157.41087.21082.1181863 250min =?=????????==--- 即为能被100%捕集的最小雾滴直径。 6.2解: 按层流考虑,根据《大气污染控制工程》P163(6-5) 2.229 .64801812122121=?==?=ηηηηn n n n ,因此需要设置23层。 6.3解: s Pa h m kg ??==-51086.1)./(067.0μ m m m gL H v d p μμρμ10084104.87 81.9105.2123.01086.1181853 50min <=?=???????==--,符合层流区假设。 6.4解: 设空气温度为298K ,首先进行坎宁汉修正: s m M RT v /6.4661097.28142.3298 314.8883 =????== -π, m v 8 5106.66.466185.1499.01082.1499.0--?=???==ρμ λ,21.063.0106.622=??= -Kn 264.1]4.0257.1[21.0121 .010 .1=++=- e C 。故s m gC d u p p s /1058.11852-?== μ ρ