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2015-16年秋工程力学作业及答案
篇一:矩形隔板式接触池
一、填空题（每空4分，共40分）
1、平面汇交力系简化结果是＿一合力＿＿＿＿＿。
2、刚体受不平行但共面的三个力作用而平衡时，这三个力的作用线必定＿汇交或汇交于一点。
3、只要保持力偶矩的大小和力偶的转向不变，可以同时改变＿ 力偶中力的大小和力偶臂的长短 而不改变力偶对刚体的作用＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
4、杆件横截面上内力分量有轴力、剪力、扭矩和＿＿弯矩＿＿四种。
5、如图所示为低碳钢的应力—应变图，其中Ps称为屈服极限，b称为强度极限。
6、已知一根梁的弯矩方程为M(x)2x23x2，则梁的剪应力方程为Q(x)＿-4x+3＿＿＿＿＿＿＿。
7、如图所示一矩形截面，若z轴平行与底边，则该截面对z轴的惯性矩I
z＿＿
＿＿＿。
8、梁的小变形中，挠度y和转角的关系是＿＿＿＿＿＿＿＿。
9、平面汇交力系平衡条件是＿＿合力等于零＿＿＿＿＿＿。
10、空间一般力系有＿＿6＿＿个独立的平衡方程。
二、计算题（每题10分，共60分）
1、画出下列各图中物体A，构件AB，BC或ABC的受力图，未标重力的物体的重量不计，所有接触处均为光滑接触。
（a）
（b）
（c）
（d）
2、试画出图示各题中AC杆（带销钉）和BC杆的受力图
3、画出图中指定物体的受力图。所有摩擦均不计，各物自重除图中已画出的外均不计。
4、
5、物体重P=20kN，用绳子挂在支架的滑轮B上，绳子的另一端接在绞车D上，如图所示。转动绞车，物体便能升起。设滑轮的大小及轴承的摩擦略去不计，杆重不计，A、B、C三处均为铰链连接。当物体处于平衡状态时，求拉杆AB和支杆BC所受的力。
6、图示为一拔桩装置。在木桩的点A上系一绳，将绳的另一端固定在点C，在绳的点B系另一绳BE，将它的另一端固定在点E。然后在绳的点D用力向下拉，并使绳BD段水平，AB段铅直；DE段与水平线、CB段与铅直线成等角=0.1rad（弧度）（当很小时，tan）。如向下的拉力F=800N，求绳AB作用于桩上的拉力。
隔板式絮凝池的介绍
篇二:矩形隔板式接触池
隔板絮凝池的介绍
10给水2 施亮亮
混凝是通过流体流动的能量消耗，促使水中胶体颗粒在混合阶段脱稳，经初步聚集的微絮粒相互接触碰撞，使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的。在给水净化和废水物化处理混凝、沉淀、过滤诸工艺中混凝是不可缺少的前置关键技术环节，是沉淀、过滤处理的基础 。实践证明，设计时混凝工艺选定的合理，不仅可提高出水水质，还能达到节能降低运行费用的目的。
混凝反应设备即絮凝池，分为推流型（简称PF型）和完全混合连续流型（简称CSTR型）。接近推流型的絮凝池有隔板絮凝池、折板絮凝池等；接近完全混合连续型的絮凝池有机械絮凝池。比较这两类絮凝池的特性可知，在理想情况下，从絮凝速度考虑，采用PF型絮凝池比采用CSTR型絮凝池效果好。虽然，按反应器原理，串联数越多絮凝池效果越好，但考虑到造价及机械设备的增加会使操作复杂化并给维修带来不便等因素，在实际工程中串联数一般不超过4个。相比较，还是PF型絮凝池更经济实用。而PF型絮凝池可分为隔板絮凝池和折板絮凝池，隔板絮凝池的构造比较简单，进水流量大，能承受突然的水量变化，施工管理方便，目前用于大型水厂。
隔板絮凝池有往复式和回转式两种，后者是在前者的基础上加以改进而成。在往复式隔板絮凝池内，水流作180°转弯，局部水头损失较大，而着部分能量消耗往往对絮凝效果作用不大。因为180º的急转弯
会使絮体有破碎可能，特别在絮凝后期。回转式隔板絮凝池内水流作90º转弯，局部水头损失大为减小，絮凝效果也有所提高。
本文所介绍的絮凝池是往复隔板式絮凝池，就其优缺点及如何改进加以论述。
优点：构造简单、施工和管理方便、效果有保证，所以成为大型水厂经常采用的工艺形式，被广泛应用。
缺点：因为水量过小时，隔板间距过狭不便施工和维修。流量变化大者，絮凝效果不稳定，与折板及网格式絮凝池相比，因水利条件不甚理想，能量消耗（即水头损失）中的无效部分比例较大故需较长絮凝时间，池子容积较大。其主要的缺点是水头损失较大，因水流条件不理想而使能量中的大部分成为无效消耗，从而延长了絮凝时间，增大了絮凝池容积，特别是在水流流经拐角时，速度以离散数值方式变小，而不是由大到小平稳地过渡，这样消耗的能量大但对絮凝提的成长并不有利，虽然在急剧转弯下会增加颗粒之间的碰撞几率，但不合理的速度梯度分布易造成絮凝池前部由于速度梯度过小，达不到最高效率的颗粒碰撞，而后部拐角处由由于速度梯度过高，撞击过大，而易使聚集好的絮体破碎，结果导致絮体颗粒密实程度不一。 这样在设计时间内，被打碎的絮体随水流进入沉淀池，影响出水效果，而密实的絮体在未进入沉淀池时，已过早地在絮凝池后部下沉，时间一长，在絮凝池末端的廊道内易形成“沙丘”状的沉积物，阻碍水流通道，降低了絮凝效果， 如将絮凝池末端的廊道封闭，以此缩短絮凝时间，疏松的絮体易过早地进入沉淀池，更易使出水效果恶化。
为使水流中的颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动。 往复式隔板絮凝池是通过水流在廊道间往返运动造成颗粒碰撞聚集形成絮体。在这一过程中，水流的流态以及水流的结构等水力特性对絮凝效果起着决定性作用。为了更好地研究絮体的形成过程，必须了解水流的内部形态和结构。
为使水流中的颗粒相互碰撞，就必须使其与水流产生相对运动。 水中的颗粒与水流产生相对运动最好的办法是改变水流的速度。改变速度的方法有两种:①改变水流速度时而造成的惯性效应来进行凝聚②改变水流方向。在湍流中充满着大大小小的涡旋。涡旋的加速度（单位质量的惯性力）随涡旋尺度的减小而增大，即涡旋越小其惯性力越强。由此可见湍流中微小涡旋的离心惯性效应是絮凝的重要动力学致因。
要达到好的絮凝效果，除有大量颗粒碰撞之外，还需要控制颗粒合理的有效碰撞，使颗粒聚集起来，湍流涡旋在絮凝反应中起重要的动力学作用。湍流作用下，湍流涡旋剪切力和惯性离心力是对加速颗粒接触碰撞的主要动力致因，而湍流涡旋剪切力是主导动力。湍流剪切力是由湍流涡旋造成的，显然涡旋尺度越小，涡旋强度越大，涡旋对矾花的剪切作用越强。涡旋尺度主要取决于流动空间尺度和流动速度两个因素。流动空间越大，涡旋尺度越大；在同一空间尺度下流动速度越大，涡旋尺度越小。
往复式隔板絮凝池是通过水流在廊道间往返运动造成颗粒碰撞聚集形成絮体。在这一过程中，水流的流态以及水流的结构等水力特性对
絮凝效果起着决定性作用。
在往复式隔板絮凝池中，水流在廊道间往复运动，带动颗粒碰撞聚集，池子起端廊道间距较窄，水流速度较大，增加了絮凝颗粒相互间的相互接触碰撞机会，有利于反应初期絮凝颗粒较小时，通过絮凝剂的电中性和吸附架桥作用，使胶体颗粒脱稳再结合形成矾花。矾花在流动过程中不断吸附胶体颗粒逐长大，在絮凝反应后期凝聚形成大颗粒絮凝体，但其密实性和抗剪切能力却较低，较大的速度冲击作用会使形成的矾花重新被打碎。
此外，水流在经过矩形端面的隔板时，在廊道头部形成了一个较大范围的死水区，死水区的存在使得廊道头部及附近区域的絮凝效果受到影响，容易造成矾花在死水区沉降。为了实现水流平稳过渡，消除廊道头部死水区，将絮凝池直角拐角和隔板矩形端面设计成圆弧形。 从往复隔板絮凝池不同边壁形状水流结构对混凝沉淀效果影响的现场试验可知：涡旋运动在混凝沉淀过程中起着非常重要的作用，特别对于一些水质较差的水源，如低温、低浊水，由于水温低，水分子热运动较弱，浊度低时水中胶体颗粒少，因此，混凝剂水解产物与胶体颗粒以及胶体颗粒的自身的接触减少，比较难于形成絮体颗粒。此时，水中涡旋运动的存在，特别是大涡旋逐次分解成小涡旋的紊动作用，大大增加了颗粒间的碰撞几率，提高了混凝反应的效率。这是由于将传统性往复隔板絮凝池拐弯及隔板断面设计成圆弧形时，形状的改变引起水流结构的不同。
在絮凝过程中，颗粒的碰撞频率直接决定着絮凝效果，要想使水流中
的颗粒相互碰撞，就必须使颗粒与水流发生相对运动，改变水流速度和水流方向。
往复式隔板絮凝是通过水流在廊道间的往返运动造成颗粒碰撞形成絮体。水流经过廊道在拐弯处与隔板及池壁相互作用，不断形成良好的絮凝条件，促使颗粒碰撞聚集。
涡旋理论是重要的动力学理论。涡旋在混凝过程中通过涡旋剪切作用和涡旋惯性离心作用来提高颗粒碰撞的速度梯度和碰撞几率，能为絮凝提供很好的水力絮凝条件。
在往复式隔板絮凝池中，水流在廊道间的往复运动，带动颗粒碰撞聚集，池子起端廊道间距较窄，水流速度较大，增加了絮凝颗粒相互间的接触碰撞机会，有利于反应初期絮凝颗粒较小时，通过絮凝剂的电性中和及吸附架桥作用，使胶体颗粒脱稳再结合形成矾花，矾花在流动过程中不断吸附其他胶体颗粒逐渐长大，在絮凝反应后期凝聚形成大颗粒絮凝体，但其密实性和抗剪切能力却较低，较大的冲击作用会使形成的矾花重新被打碎。因此，为了减少水流动力效应对絮凝颗粒的破坏作用，将絮凝池后部廊道变宽，使流速降低。
与传统往复隔板絮凝池拐弯处对比，水流经过圆弧界面绕流前后的压强差，即压强阻力（因与物体的形状有关，也称形状阻力）比摩擦阻力大得多，尤其在絮凝池的后部，水流速度比较低，摩擦阻力可以忽略，由涡旋运动引起的扩散作用，产生了更多大小相套的复杂涡旋，与池壁的多次碰撞促进了水流中微小涡旋的形成，与大尺度涡旋相比，小尺度涡旋半径越小，而离心作用越强，运动加快，速度梯度越
消毒接触池
篇三:矩形隔板式接触池
6.6消毒接触池(contact disinfection chamber)
1.概述
城市污水经一级、二级处理后，水质有所改善，细菌含量大幅减少，但细菌的绝对值仍然很可观，并存有病原菌的可能。因此，在排放水体或农田灌溉之前，应进行消毒处理。本设计采用液氯作为消毒剂，其原理是污水与液氯混合后，其产生的OCl-，是很强的消毒剂，可以杀灭细菌与病原体。其特点是：效果可靠，投配设备简单，投量准确，价格便宜，适用于大、中型规模的污水处理厂。
2.消毒接触池设计参数
本设计采用效果可靠，投配设备简单、投量准确、价格便宜的液氯进行消毒。
（1）加氯量5～10mg/L，取10mg/L，则加氯量为
G1.0688640010103922.75Kg/d；
（2）接触时间：t30min；
（3）沉降速度：1.0～1.3mm/s；
（4）保证余氯不小于0.5mg/L。
接触池主体设计计算
采用隔板式接触反应池
（1）接触池容积
取水力停留时间 t＝30min
V=Qt＝1925.44×10－3×30×60＝3465.79m3
（2）水流速度：
平均水深 h＝3m，隔板间距为1.5m
Q1925.44103
V0.428m/s hb31.5
（3）表面积：
V3465.79F1155.26m2 h3
（4）廊道总宽：
隔板采用15个，则廊道总宽为B=16b＝16×1.5＝24m
（5）接触池长度：
F1155.26L48.14m B24
（6）水头损失：取0.3m
（7）超高 h1＝0.3m，
（8）池总高 h‘＝3＋0.3＝3.3m
第五版物理化学第三章习题答案
篇四:矩形隔板式接触池
第三章 热力学第二定律
3.1 卡诺热机在
（1） 热机效率； （2） 当向环境作功
。
解：卡诺热机的效率为
时，系统从高温热源吸收的热
及向低温热源放出的热
的高温热源和
的低温热源间工作。求
根据定义
3．2 卡诺热机在（1） 热机效率
； （2）
当从高温热源吸热
解：(1) 由卡诺循环的热机效率得出矩形隔板式接触池。
时，系统对环境作的功
的高温热源和
的低温热源间工作，求：
及向低温热源放出的热
（2）
3．3 卡诺热机在（1）热机效率
； （2
）当向低温热源放热矩形隔板式接触池。
解： （1）
时，系统从高温热源吸热
及对环境所作的功
。
的高温热源和
的低温热源间工作，求
(2)
3．4 试说明：在高温热源和低温热源间工作的不可逆热机与卡诺机联合操作时，若令卡诺热机得到的功Wr等于不可逆热机作出的功－W。假设不可逆热机的热机效率大于卡诺热机效率
证： （反证法） 设 ηir>ηr
不可逆热机从高温热源吸热则
，向低温热源
放热
，对环境作功
，其结果必然是有热量从低温热源流向高温热源，而违反势热力学第二定律的克劳修
斯说法。
逆向卡诺热机从环境得
功
则
从低温热
源
吸
热
向高温热
源
放
热
若使逆向卡诺热机向高温热源放出的热
不可逆热机从高温热源吸收的热
相等，即
总的结果是：得自单一低温热源的热
，变成了环境作功
，违背了热
力学第二定律的开尔文说法，同样也就违背了克劳修斯说法。
3．5 高温热源温度低温热源，求此过程
。
，低温热源温度，今有120KJ的热直接从高温热源传给
解：将热源看作无限大，因此，传热过程对热源来说是可逆过程
3.6
不同的热机中作于况下，当热机从高温热源吸热
（1） 可逆热机效率（2） 不可逆热机效率（3） 不可逆热机效率解：设热机向低温热源放热
。 。 。
，根据热机效率的定义
的高温热源及
的低温热源之间。求下列三种情
。
时，两热源的总熵变
因此，上面三种过程的总熵变分别为
3.7
已知水的比定压热容成100
℃的水，求过程的
。
。今有1 kg，10℃的水经下列三种不同过程加热。
（1）系统与100℃的热源接触。
（2）系统先与55℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。 （3）系统先与40℃，70℃的热源接触至热平衡，再与100℃的热源接触。
解：熵为状态函数，在三种情况下系统的熵变相同
在过程中系统所得到的热为热源所放出的热，因此
3.8 已知氮（N2, g）的摩尔定压热容与温度的函数关系为矩形隔板式接触池。
恒压过程；（2
）经恒容过程达到平衡态时的
解：（1）在恒压的情况下
。
将始态为300 K，100 kPa下1 mol的N2(g)置于1000 K的热源中，求下列过程（1）经
（2）在恒容情况下，将氮（N2, g）看作理想气体
将
代替上面各式中的
，即可求得所需各量
的某双原子理想气体1 mol，经下列不同途径变化到
。
，
3.9 始态为
，
的末态。求各步骤及途径的
（1） 恒温可逆膨胀；
（2）先恒容冷却至使压力降至100 kPa，再恒压加热至； （3） 先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa，再恒压加热至。
解：（1）对理想气体恒温可逆膨胀，
△U = 0，因此
（2）先计算恒容冷却至使压力降至100 kPa，系统的温度T:
根据理想气体绝热过程状态方程，
（3）同理，先绝热可逆膨胀到使压力降至100 kPa时系统的温度T:
各热力学量计算如下