热质交换原理与设备连之伟实用教案

1、内内 容容1.11.227-12022-5-211.3第1页/共26页第一页，共26页。 1.1 三种三种(sn zhn)传递现象的类比传递现象的类比 v动量、热量和质量传递的实现方式：v分子的微观运动引起(ynq)(ynq)的分子扩散；v旋涡混合造成的流体微团宏观运动引起(ynq)(ynq)的湍流传递流体流体(lit)系统中：系统中：速度梯度动量传递温度梯度热量传递浓度梯度质量传递27-22022-5-21第2页/共26页第二页，共26页。a）牛顿粘性）牛顿粘性(zhn xn)定律定律 两个作直线运动的流体层之间的切应力(yngl)正比于垂直于运动方向的速度变化率，即:v对于均质不可压缩对于

2、均质不可压缩(y su)流体，上式可改流体，上式可改写为：写为：27-32022-5-21第3页/共26页第三页，共26页。b）傅立叶定律）傅立叶定律(dngl) 在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通过导热(dor)方式传递的热量通量密度为： v对于恒定热容量的流体对于恒定热容量的流体(lit)(lit)，上式可改写为：，上式可改写为： 27-42022-5-21第4页/共26页第四页，共26页。c）斐克）斐克(Fick)定律定律(dngl) 在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数(或质量份额)aA的分布为一维的，则通过(tnggu)分子扩散传递的组分A的质量通量密度为：

3、v对于混合物密度为常数对于混合物密度为常数(chngsh)的情况，上式可改的情况，上式可改写为：写为： DAB: 组分组分A在组分在组分B中的扩散系数，中的扩散系数，m2/s;27-52022-5-21第5页/共26页第五页，共26页。汇总汇总(huzng) 动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量浓度的变化率。 能量(nngling)传递公式表明：能量(nngling)通量密度正比于能量(nngling)浓度的变化率。 质量传递公式表明：组分A的质量通量密度正比于组分A的质量浓度的变化率。27-62022-5-21第6页/共26页第六页，共26页。统一统一(tngy)公式公式:FD : 的通

4、量密度；的通量密度；：单位体积的某种量；：单位体积的某种量；d/dy: 的变化率；的变化率；C: 比例比例(bl)常数常数(扩散扩散系数系数)。质量质量(zhling)传递：传递：FD =mA, = A, CDAB;动量传递：动量传递：FD =, = u, C。能量传递：能量传递：FD =q, = cpt, Ca;27-72022-5-21第7页/共26页第七页，共26页。d）湍流）湍流(tunli)传递性质传递性质 湍流流动分子扩散传递宏观流体微团掺混也引起传递现象也引起传递现象动量传递动量传递热量传递热量传递质量传递质量传递湍流切应力湍流切应力湍流热流密度湍流热流密度湍流质量通量密度湍流质

5、量通量密度27-82022-5-21第8页/共26页第八页，共26页。 通常，充分发展湍流通常，充分发展湍流(tunli)中，湍流中，湍流(tunli)传递系数远远大于分子传递系数。传递系数远远大于分子传递系数。 总的效应总的效应(xioyng)27-92022-5-21第9页/共26页第九页，共26页。v分子传递分子传递(chund)系数系数, a, DAB：v 是物性，与温度、压力有关；是物性，与温度、压力有关；v通常各项同性。通常各项同性。v湍流传递系数湍流传递系数t, at, DABt：v不是物性，主要与流体不是物性，主要与流体(lit)流动有关；流动有关；v通常各项异性。通常各项异性

6、。 两种传递系数两种传递系数(xsh)的比较的比较27-102022-5-21第10页/共26页第十页，共26页。1.2 热质交换热质交换(jiohun)设备的分类设备的分类 （1）按工作原理分类 间壁式(表面(biomin)式)直接接触式（混合式）蓄热式（回热式、再生式）热管式27-112022-5-21第11页/共26页第十一页，共26页。（2）按照热流体）按照热流体(lit)与冷流体与冷流体(lit)流动方向分类流动方向分类 顺流式顺流式逆流式逆流式叉流式叉流式 混合式混合式27-122022-5-21第12页/共26页第十二页，共26页。27-132022-5-21第13页/共26页第

7、十三页，共26页。27-142022-5-21第14页/共26页第十四页，共26页。示意图 两种流体两种流体(lit)(lit)均不混合均不混合 一种一种(y zhn)(y zhn)流体混合流体混合另一种另一种(y zhn)(y zhn)不混合不混合 27-152022-5-21第15页/共26页第十五页，共26页。 (c) 总趋势为逆流(nli)的混合流 (a)先顺后逆的平行先顺后逆的平行(pngxng)混流混流 (b) 先逆后顺的串联先逆后顺的串联(chunlin)混流混流(d) 总趋势为顺流总趋势为顺流的混合流的混合流27-162022-5-21第16页/共26页第十六页，共26页。顺流

8、顺流逆流逆流27-172022-5-21第17页/共26页第十七页，共26页。螺旋螺旋(luxun)板式换热器板式换热器27-182022-5-21第18页/共26页第十八页，共26页。发生相变时冷、热流体(lit)的温度变化图(a) 冷凝器中的温度变化；(b) 蒸发器中的温度变化27-192022-5-21第19页/共26页第十九页，共26页。27-202022-5-21第20页/共26页第二十页，共26页。（3）按用途(yngt)分类 表冷器 加热器 预热器 喷淋室 过热器 冷凝器 蒸发器 加湿器 暖风机（4）按制造材料分类）按制造材料分类(fn li)金属材料金属材料 非金属材料非金属材

9、料(石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）稀有金属材料（钛、锆等）稀有金属材料（钛、锆等） 27-212022-5-21第21页/共26页第二十一页，共26页。1.3 本课程本课程(kchng)的地位与作用的地位与作用 建筑环境与设备专业涉及大量能量转换及能量建筑环境与设备专业涉及大量能量转换及能量交换，需要交换，需要(xyo)掌握相关能量转换、交换知识及掌握相关能量转换、交换知识及相应设备工作原理和设计知识。相应设备工作原理和设计知识。27-222022-5-21第22页/共26页第二十二页，共26页。专业常见的设备型式专业常见的设备型式(xn sh)与传热机与传热机理

10、表理表名名 称称型型 式式传传 热热 机机 理理表冷器表冷器间壁式间壁式对流对流导热导热对流对流喷淋室喷淋室直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质蒸发器（锅炉）蒸发器（锅炉）间壁式间壁式辐射辐射导热导热两相传热两相传热蒸发器（制冷）蒸发器（制冷）间壁式间壁式对流对流导热导热蒸发蒸发过热器过热器间壁式间壁式辐射辐射+对流对流导热导热对流对流省煤器省煤器间壁式间壁式对流对流(辐射分额少辐射分额少)导热导热对流对流空气预热器空气预热器间壁式或蓄热式间壁式或蓄热式对流对流导热导热对流对流蒸汽喷射泵蒸汽喷射泵直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质冷凝器冷凝器间壁式间壁式凝结凝结导热导

11、热对流对流冷却塔冷却塔直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质蒸汽加热器蒸汽加热器间壁式间壁式凝结凝结导热导热对流对流热水加热器热水加热器间壁式间壁式对流对流导热导热对流对流除氧器除氧器直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质蒸汽加湿器蒸汽加湿器直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质散热器散热器间壁式间壁式对流对流导热导热对流对流+辐射辐射暖风机暖风机间壁式间壁式对流（或凝结）对流（或凝结）导热导热对流对流27-232022-5-21第23页/共26页第二十三页，共26页。 本课程是将传热学流体力学工程热力学本课程是将传热学流体力学工程热力学供暖工程区域供热工业通风空气调节供暖工程区域供热工业通风空气调节空调用制冷技术锅炉及锅炉房设备及燃气燃空调用制冷技术锅炉及锅炉房设备及燃气燃烧烧(rnsho)(rnsho)等