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：