课程名称：环境工程原理摘要第一节、常用物理量一、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第二章质量衡算与能量衡算第二节质量衡算一、衡算的基本概念二、稳态非反应系统三、稳态反应系统四、非稳态系统第三节能量衡算本讲的要求及重点难点：【自的要求】通过本章课程的学习，理解量纲和无量纲准数的概念，理解非稳态系统质量衡算的思路，能够进行简单非稳态系统的质量衡算，理解能量衡算方程和热量衡算方程。要求学生掌握不同单位制中对应单位之间的换算，掌握浓度、流量中不同表示方法之间的换算；掌握稳态质量衡算，掌握封闭系统和开放系统的热量衡算。[重点】同一物理量在的不同单位制之间的换算，常用物理量及其表示方法，稳态系统质量衡算，封闭系统和开放系统的热量衡算。【难点1非稳态系统的质量衡算和能量衡算。内容【本讲课程的引入】流体流动和热量、质量传递现象普遍存在于自然界和工程领域。在环境污染控制工程领域，无论是水处理、废气处理和固体废物处理处置，还是给水排水管道工程，都涉及流体流动和热量传递及质量传递现象。因此，系统掌握流体流动和热量与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、提高污染控制工程的效率有重要意义。本篇主要讲述质量衡算、能量换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、质量传递的基础理论。【本讲课程的内容】第I篇环境工程原理基础第二章质量衡算与能量衡算本章主要内容：第一节常用物理量，包括常用物理量及单位换算、常用物理量及其表示方法：第二节质量衡算，包括衡算系统的概念、总质量衡算方程；第三节能量衡算，包括总能量衡算方程、热量衡算方程。S2-1常用物理量本节的主要内容：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。一、计量单位物理量=数值×单位，计量单位是度量物理量的标准。1960年通过了国际单位制，符号为SI，规定了7个基本单位：2个辅助单位：导出单位。导出单位1
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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量的名称单位名称单位特号其他表示式例Hz频率蜂（兹）1/sN力量力牛 (顺)kg: m/s2PaN/n2压力，压强；应力帕(斯卡)能量，功热焦 (耳)JN- mw功率；辅射通量瓦（特）J/sc电荷量库（仑）A- S快 (特)vW/A电位电压：电动势FCN电容法（拉）0V/A电阻欧（梅）s电导西（门子）AN磁通量wb韦（伯）v. s特（斯拉）TWb/m2磁通量密皮，磁感应强度H电感亭(剩)Wb/A振氏温度振氏度c流（明）Im光通量cd- sr光照度1m/m2勒（克斯）Ix放射性活度贝可（勒尔）Bq1/sGyJ/kg吸收剂量戈（瑞）希（沃特）Sv剂量当量Jb/kg、物理量的单位换算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3.2808ft，则英尺与米的换算因数为3.2808【例题2.1.1】：已知1atm=1.033kgf/cm2，将其换算为N/m2。解：按照题意，将kgf/cm2中力的单位kgf换算为N，cm2换算为m2。查表，N与kgf的换算因数为9.80665，因此1kgf=9.80665N义1cm=0.01m所以：1.033kgf/cm=1.033X9.80665N/（0.01m）2=1.013×105N/m三、量纲和无量纲准数(一)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。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。其它物理量均可以以M、L、t和T的组合形式表示其量纲[速度]=Lt-[密度]=ML-3[压强]=ML-"t-2[粘度]=ML-"t-【物理量】表示该物理量的量纲，不指具有确定数值的某一物理量。利用量纲所建立起来的关系是定性的而不是定量的。2
2 㸼2.1.3 䰙ऩԡࠊЁ㾘ᅮњ㢹ᑆ᳝ϧ䮼ৡ⿄ⱘᇐߎऩԡ 䞣ⱘৡ⿄ ऩԡৡ⿄ ऩԡヺো ݊Ҫ㸼⼎ᓣ՟ 乥⥛ 䞡˗ य़ˈय़ᔎ˗ᑨ ⛁˗ࡳ˗㛑䞣 䕤ᇘ䗮䞣⥛˗ࡳ ⬉㥋䞣 ⬉ԡ˗⬉य़˗⬉ࡼ ⬉ᆍ ⬉䰏 ⬉ᇐ ⺕䗮䞣 ⺕䗮䞣ᆚᑺˈ⺕ᛳᑨᔎᑺ ⬉ᛳ ᨘ⇣⏽ᑺ 䗮䞣ܝ ᑺ✻ܝ ᬒᇘᗻ⌏ᑺ ᬊࠖ䞣 ࠖ䞣ᔧ䞣 ˅ݍ˄䌿 ⠯˄乓˅ Ꮹ˄ᮃव˅ ⛺˄㘇˅ ⪺˄⡍˅ ᑧ˄ҥ˅ ӣ˄⡍˅ ⊩˄ᢝ˅ ˄ྚ˅ 㽓˄䮼ᄤ˅ 䶺˄ԃ˅ ⡍˄ᮃᢝ˅ ˅߽˄Ѽ ᨘ⇣ᑺ ⌕˄ᯢ˅ ˅ᮃܟ˄ࢦ 䋱ৃ˄ࢦᇨ˅ ៜ˄⨲˅ Ꮰ˄≗⡍˅ Hz N Pa J W C V F ¡ S Wb T H ć lm lx Bq Gy Sv 1/s kg·m/s2 N/m2 N·m J/s A·s W/A C/V V/A A/V V·s Wb/m2 Wb/A cd·sr lm/m2 1/s J/kg Jb/kg Ѡǃ⠽⧚䞣ⱘऩԡᤶㅫ ৠϔ⠽⧚䞣⫼ϡৠऩԡࠊⱘऩԡᑺ䞣ᯊˈ᭄݊ؐ↨⿄Ўᤶㅫ᭄ ՟བ 1m 䭓ⱘㅵ⫼㣅ሎᑺ䞣ᯊЎ 3.2808ftˈ߭㣅ሎϢ㉇ⱘᤶㅫ᭄Ў 3.2808 Ǐ՟乬 2.1.1ǐ Ꮖⶹ 1atm˙1.033kgf/cm2ˈᇚ݊ᤶㅫЎ N/ m2DŽ 㾷˖ᣝ✻乬ᛣˈᇚ kgf/cm2 Ёⱘऩԡ kgf ᤶㅫЎ 1ˈcm2 ᤶㅫЎ m2DŽᶹ㸼ˈ1 Ϣ kgf ⱘᤶㅫ ᭄Ў 9.80665ˈℸ 1kgf˙9.80665N জ 1cm˙0.01m ᠔ҹ˖ 1.033kgf/cm2˙1.033×9.80665N/(0.01m)2=1.013×105 N/ m2 ϝǃ䞣㒆᮴䞣㒆ޚ᭄ ϔ 䞣㒆 ⫼ᴹᦣ䗄⠽ԧ㋏㒳⠽⧚⢊ᗕⱘৃ⌟䞣ᗻ䋼⿄Ўᅗⱘ䞣㒆DŽ ˖߿䞣㒆Ϣऩԡⱘऎ 䞣㒆ᰃৃ⌟䞣ⱘᗻ䋼˗ ऩԡᰃ⌟䞣ⱘᷛޚ⫼ˈ䖭ѯᷛޚ⹂ᅮⱘ᭄ؐৃҹᅮ䞣ഄᦣ䗄䞣㒆DŽ ৃ⌟䞣⠽⧚䞣ৃҹߚЎϸ㉏˖ᴀ䞣ᇐߎ䞣DŽ ᴀ䞣㒆: 䋼䞣ǃ䭓ᑺǃᯊ䯈ǃ⏽ᑺⱘ䞣㒆ˈ߿ߚҹ 0ǃ/ǃW 7 㸼⼎ˈㅔ⿄ MLtT 䞣㒆ԧ㋏DŽ ݊ᅗ⠽⧚䞣ഛৃҹҹ 0ǃ/ǃW 7 ⱘ㒘ড়ᔶᓣ㸼⼎݊䞣㒆: >䗳ᑺ]= Ltˉ1 >ᆚᑺ]= MLˉ3 >य़ᔎ]= MLˉ1 t ˉ2 >㉬ᑺ]= MLˉ1 t ˉ1 Ǐ⠽⧚䞣ǐ㸼⼎䆹⠽⧚䞣ⱘ䞣㒆ˈϡᣛ⹂᳝ᅮ᭄ؐⱘᶤϔ⠽⧚䞣DŽ߽⫼䞣㒆᠔ᓎゟ䍋ᴹⱘ ݇㋏ᰃᅮᗻⱘ㗠ϡᰃᅮ䞣ⱘDŽ
（二）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。标准提法是量纲为1。准数符号定义雷诺数（Reynold)RepuL/μ[p] = ML-3[u] = Lt-!ML"Lt-'L[Re] ==M'LML'-[L]= L[μ] = ML-,-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。四、常用物理量(一)浓度浓度符号定义单位质量浓度mAg/L,mg/L,kg/mPAVnA物质的量浓度mol/L,kmol/LCAv质量分数mAXmAm摩尔分数IAXAnV体积分数V质量比XmA摩尔比XA（质量分数）μg/g.10-6ppm-ppbμg/kg10-93
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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°（质量分数）=1ppm1μg/L相当于1ug/1000g=1×10（质量分数）=1ppb当污染物的浓度过高，导致污水的比重发生变化时，上两式应加以修正，即1mg/L相当于1×10×污水的密度（质量分数）1ug/L相当于1×10×污水的密度（质量分数）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/㎡，则此气态污染物质浓度为106。1摩尔任何理想气体在相同的压强和温度下有着同样的体积，因此可以用体积分数表示污染物质的浓度，在实际应用中非常方便；同时，该单位的最大优点是与温度、压力无关。例如，10°（体积分数）表示每10°体积空气中有1体积的污染物，这等价于每10°摩尔空气中有1摩尔污染物质。又因为任何单位摩尔的物质有着相同数量的分子，10（体积分数）也就相当于每10°个空气分子中有1个污染物分子。体积分数和质量浓度之间的关系根据质量浓度的定义=m_n.Max10-3PA=VVV="Mx10-PAV_RT×103PV=nARTVpM根据理想气体状态方程.p【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。解：根据理想气体状态方程，1mol空气在1atm和25℃下的体积为1x0.082×298= 24.44LV=1氧化碳（CO）的分子质量为28g/mol，所以CO的质量浓度为9×10-×28×1000=10.324.44/1000例：NH3的水溶液质量分数为0.3，摩尔分数为？NH3的水溶液摩尔分数为0.3，质量分数为？4
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当混合物为气液两相体系时，常以表示液相中的摩尔分数，y表示气相中的摩尔分数(二)流量V体积流量qy=tVp质量流量qm=t(三)流速i在x,y,z三个轴方向上的投影分别为uxu,、u一维流动二维流动三维流动udA速度分布= qvAum=AA平均速度（主体）平均流速"m按体积流量相等的原则定义m=r4qv圆形管道d=元d?V元um4在管路设计中，选择适宜的流速非常重要！！！流速影响流动阻力和管径，因此直接影响系统的操作费用和基建费用。一般地，液体的流速取0.5～3.0m/s，气体则为10~30m/s。(四)通量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。1.单位时间内通过单位面积的热量，称为热量通量，单位为J/（m2·s）：2.单位时间内通过单位面积的某组分的质量，成为该组分的质量通量，单位为kg/（m2·s）；3.单位时间内通过单位面积的某组分的物质的量，称为物质的量通量，单位为kmol/（m2·s）。【本节小结】本节主要介绍了本课程中常用的物理量，以及相关物理量之间的转换，要求掌握浓度的换算关系，体积分数和质量浓度的换算，流速和体积流量的关系，质量流量和体积流量的关系，理解通量的概念。【本节思考题】（1）什么是量纲和无量纲准数？单位和量纲的区别是什么？（2）大气污染控制工程中经常用体积分数表示污染物的浓度，试说明该单位的优点，并阐述与质量浓度的关系。5
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