热质交换原理与设备复习题题库.pdf

1 填空填空 流体的粘性、热传导性和流体的粘性、热传导性和_ _ _ _质量扩散性质量扩散性_通称为流体的分子传递性质通称为流体的分子传递性质。 当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流 体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的_质量扩散_；描述这三种分子传递性质的定律分别是 _牛顿粘性定律_、傅立叶定律_、_菲克定律_。 热质交换设备按照工作原理不同可分为热质交换设备按照工作原理不同可分为_ _ _ _间壁式、间壁式、_ _ _ _混合式混合式_ _ _ _、_ _ _ _蓄热式蓄热式_ _ _ _和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属 于于_间壁间壁_ _ _ _式，而喷淋室、冷却塔则属于式，而喷淋室、冷却塔则属于_ _ _ _混合式。混合式。 热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为_顺流_式、_逆流_式、_叉流_式和_混合_式。工程计算中 当管束曲折的次数超过_4_次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。 _温度差温度差_ _ _ _是热量传递的推动力，而是热量传递的推动力，而_ _ _ _浓度差浓度差_ _ _ _则是产生质交换的推动力。则是产生质交换的推动力。 质量传递有两种基本方式：分子扩散 和对流扩散，两者的共同作用称为_对流质交换_。相对静坐标的扩散通量称为绝对 扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。 在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分 A A A A 和组分和组分 B B B B 发生互扩散，其中组发生互扩散，其中组 分分 A A A A 向组分向组分 B B B B 的质扩散通量的质扩散通量 mAmAmAmA 与组分与组分 A A A A 的的_ _ _ _浓度梯度成正比浓度梯度成正比，其表达式为其表达式为 ；当混合物以某一质平均速度当混合物以某一质平均速度 V V V V 移动时移动时，该表该表 达式的坐标应取达式的坐标应取_随整体移动的动坐标随整体移动的动坐标_。 麦凯尔方程的表达式为： ，它表明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿 空气的焓差。 有空气和氨组成的混合气体，压力为有空气和氨组成的混合气体，压力为 2 2 2 2个标准大气压，温度为个标准大气压，温度为 273K273K273K273K，则空气向氨的扩散系数是，则空气向氨的扩散系数是 1.4051.4051.4051.40510101010-5 -5 -5-5m mmm2 2 2 2/s /s /s /s。 喷雾室是以实现 雾和 空气在直接接触条件下的热湿交换。 当表冷器的表面温度低于当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程时，就会产生减湿冷却过程。 某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的扩散速度。 冷凝器的类型可以分为水冷式冷凝器的类型可以分为水冷式, , , ,空气冷却式空气冷却式 ( ( ( ( 或称风冷式或称风冷式 ) ) ) ) 和蒸发式三和蒸发式三 种种类型类型. . . . 冷却塔填料的作用是延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量.。均匀布水。将进塔的热水尽量细化，增加水和 空气的接触面，延长接触时间，增进水汽之间的热值交换 冰蓄冷空调可以实现电力负荷的调峰填谷(均衡) 。 刘伊斯关系式文中叙述为刘伊斯关系式文中叙述为h/hh/hh/hh/hmad madmadmad=Cp =Cp=Cp=Cp 刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一水系统的热质交换过程中刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一水系统的热质交换过程中，当空气温度及含湿量当空气温度及含湿量 在实用范围内变化很小时在实用范围内变化很小时，换热系数与传质系数之间需要保持一定的量值关系换热系数与传质系数之间需要保持一定的量值关系，条件的变化可使这两个系数中的某一个系数条件的变化可使这两个系数中的某一个系数 增大或减小，从而导致另一系数也相应地发生同样的变化。增大或减小，从而导致另一系数也相应地发生同样的变化。 一套管换热器、谁有 200被冷却到 120，油从 100都被加热到 120，则换热器效能是25%。 总热交换是总热交换是 潜热交换潜热交换和和显热交换显热交换的总和。的总和。 吸收式制冷机可以“以热制冷” ，其向热源放热Q1，从冷热吸热Q2，消耗热能Q0，则其性能系数COP= Q1-Q2/Qo 。 冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有电除霜、四通阀换相除霜、排气温度除霜电除霜、四通阀换相除霜、排气温度除霜 当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生 动量动量 、热量热量 和和 质量质量 的传递现象。的传递现象。 锅炉设备中的过热器、省煤器属于 间壁式式换热器。 大空间沸腾可以分为自然对流沸腾区、大空间沸腾可以分为自然对流沸腾区、核态沸腾区核态沸腾区、过度沸腾区过度沸腾区和和膜态沸腾区膜态沸腾区四个区域。四个区域。 潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。 有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为 3 3 3 3 个标准大气压，温度为个标准大气压，温度为 0 0 0 0，则此混合物中空气的质扩散系数为，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*100.547*100.547*100.547*10-5 -5 -5-5 mmmm2 2 2 2/s /s /s /s。 一管式逆流空气加热器，平均换热温差为 40，总换热量位 40kW，传热系数为 40W/(m2.)则换热器面积为25m2。 流体的粘性、热传导性和流体的粘性、热传导性和质量扩散质量扩散通称为流体的分子传递性质。通称为流体的分子传递性质。 当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生 切应力 ；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生 热传导；多组 分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的 质量扩散 ；描述这三种分子传递性质的定 律分别是 牛顿粘性定律 、 傅里叶定律 、 菲克定律。 热质交换设备按照工作原理不同可分为热质交换设备按照工作原理不同可分为 间壁式间壁式 、 直接接触式直接接触式 、 蓄热式蓄热式 、 热管式热管式等类型。表面式冷却器、省煤等类型。表面式冷却器、省煤 2 器、蒸发器属于器、蒸发器属于 间壁式间壁式 ，而喷淋室、冷却塔则属于，而喷淋室、冷却塔则属于 直接接触式直接接触式 。 热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为_顺流_式、逆流_式、_混合流_式和_叉流_式。工程计算中当管束曲折 的次数超过_4_次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。 _温差 _是热量传递的推动力，而_焓差_则是产生质交换的推动力。 质量传递有两种基本方式：质量传递有两种基本方式：分子传质分子传质和和对流传质对流传质，两者的共同作用称为，两者的共同作用称为_对流质交换对流质交换_。 相对静坐标的扩散通量称为 以绝对速度表示的质量通量 ，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为 以扩散速 度表示的质量通量 。 在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分 A A A A 和组分和组分 B B B B 发生互扩散，其中组发生互扩散，其中组 分分 A A A A 向组分向组分 B B B B 的质扩散通量的质扩散通量 mmmmA A A A与组分与组分 A A A A 的的 浓度梯度浓度梯度成正比。成正比。 麦凯尔方程的表达式为：hw （ti tw）=hmd(i-ii)，它表明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热 量的推动力可以近似认为是湿空气的传热系数与焓差驱动力的乘积 相际间对流传质模型主要有相际间对流传质模型主要有 薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。 当流体中存在着速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生_动量_传递、_热量_传递和_质量_传递现象。 质量传递的基本方式可分为质量传递的基本方式可分为_分子传质分子传质_与与_对流传质对流传质_。 冰蓄冷系统中的制冰方式主要有两种：_动态_制冰方式和_静态_制冰方式。 一个完整的干燥循环由一个完整的干燥循环由_ _ _ _吸湿吸湿_ _ _ _过程、过程、_再生再生_过程和冷却过程构成。过程和冷却过程构成。 用吸收、吸附法处理空气的优点是_独立除湿_。 热质交换设备按不同的工作原理分类，可分为热质交换设备按不同的工作原理分类，可分为_ _ _ _间壁式间壁式_ _ _ _、_ _ _ _直接接触式直接接触式_、_ _ _ _蓄热式蓄热式 _、_热管式热管式_。 蒸发冷却所特有的性质是_蒸发冷却过程中伴随着物质交换，水可以被冷 却到比用以冷却它的空气的最初温度还要低的程度_。 冷却塔的热工计算原则是冷却塔的热工计算原则是_ _ _ _冷却数冷却数 N N N N = = = = 特性数特性数 N N N N_。 问答及名词解释问答及名词解释 3 3 湿空气在冷表面上的冷却降湿湿空气在冷表面上的冷却降湿空调工程中，常用表面式空气冷却器来冷却、干燥空气。湿空气进入冷却器内，当冷却器表 面温度低于湿空气的露点温度，水蒸气就要凝结，从而在冷却器表面形成一层流动的水膜。紧靠水膜处为湿空气的边界层， 这是可认为与水膜相邻的饱和空气层的温度与冷凝器表面上的水膜温度近似相等。因此，空气的主体部分与冷凝器表面的热 交换是由空气的主流与凝结水膜之间的温差（t-ti）而产生的，质交换则是由于空气主流与凝结水膜相邻的饱和空气层中的 水蒸气的分压力差，即含湿量差（d-di）而引起的。在冷却表面的两侧，分别存在湿空气的水膜和边界层以及冷却剂侧的边 界层，所有的热质交换都需要克服冷却表面两侧的两层膜所带来的阻力。 4 4 干燥循环（简答或判断对错干燥循环（简答或判断对错） （干燥剂表面的水蒸气分压与其吸湿量的关系、干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系）（干燥剂表面的水蒸气分压与其吸湿量的关系、干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系） 吸附空气中水蒸气的吸附剂被称为干燥剂。干燥剂的吸湿和放湿是由于干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压造成的：当 前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时，达到平衡，既不吸湿，也不放湿。吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增 加。当表面蒸汽压超过周围空气的蒸汽压时，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很 高，吸湿能力较差。冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之课重新吸湿。 5 5 表面器热工计算的主要原则表面器热工计算的主要原则 1)该冷却器能达到的1应该等于空气处理过程需要的1（2) 该冷却器能达到的2应该等于空气处理过程需要的2（3)该冷却器能吸收的热量应该等于 空气放出的热量 6 6 空气与水直接接触的状态变化过程空气与水直接接触的状态变化过程 A-1：tw露点温度，twt1tA，Pq1露点温度，但PqA, 冷却和加湿。 A-4： tw=湿球温度，等湿球温度线与等焓线相近，空气状态沿等焓线变化而被加湿。总热 交换量近似为零，而且 twtA 和 Pq4PqA, 空气的显热量减少、潜热量增加，二者近似相 等。水蒸发所需热量取自空气本身。 3 A-5：tw湿球温度而PqA, 冷却和加湿。水蒸发所需热量部分来自空气，部分来自水。 A-6: tw=干球温度, twtA 和 Pq6PqA,不发生显热交换，等温加湿。水蒸发所需热量来自水本身。 A-7: tw 干球温度，twtA 和 Pq7PqA, 加热和加湿。蒸发所需热量及加热空气的热量均来自水本身。以冷却水为目的的湿 空气冷却塔内发生的便是这种过程。 过程线水温特点t 或 QxD 或 QxI 或 Qx过程名称 A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 twtA 减 减 减 减 减 不变 减 减 不变 增 增 增 增 增 减 减 减 不变 增 增 增 减湿冷却 等湿冷却 减焓加湿 等焓加湿 增焓加湿 等温加湿 增温加湿 7 7 菲克定律在浓度场不随时间而变化的稳态扩散的条件下菲克定律在浓度场不随时间而变化的稳态扩散的条件下，当无整体流动时当无整体流动时，组成二元混合物中组分组成二元混合物中组分 A A 和组分和组分 B B 将发生互扩将发生互扩 散。其中组分散。其中组分 A A 向组分向组分 B B 的扩散通量与组分的扩散通量与组分 A A 的浓度梯度成正比。的浓度梯度成正比。 8 8 传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在 C。大于 0 时，随着 C。的增大，壁面导热量是逐渐减小的， 而膜总传热量是逐渐增大的；在 C。小于 0 时，随着 C。的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小 的。由图可知，当 C。为正值时，壁面上的导热量明显减少，当 C。值接近 4 时，壁面上的导热量几乎等于零。 9 9 干燥剂表面水蒸气分压与其吸湿量的关系干燥剂表面水蒸气分压与其吸湿量的关系：吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加；干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的 关系：当表面蒸汽压超过了周围空气的蒸汽压事，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍 然很高，吸湿能力较差，冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之可重新吸湿。 1010 溴化锂水溶液的表面蒸汽压溴化锂水溶液的表面蒸汽压：表面分析：溴化锂溶液的蒸汽压，远低于同温下水的饱和蒸汽压，这表明溴化锂溶液有较强 的吸收水的能力。在一定温度下溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力；溶液的温度越低，液面上的水蒸气饱和 分压力越低；溶液质量分数越高，液面上水蒸气饱和分压力越低；溴化锂水溶液的质量分数过高或过低均形成结晶。 1111 箭头向右箭头向右等温加湿等温加湿，喷水蒸气喷水蒸气；箭头向下等湿冷却，表冷器； 箭头向上等湿加热，表面式空气加热；箭头斜向下 等焓加湿，固体吸附 1212 影响混合式热质交换的主要因素影响混合式热质交换的主要因素：空气的质量流量：Vp=G/Ac喷嘴系数：u=W/G 空气与水之间的焓差；空气的流动状况； 水滴大小；水气比；设备的结构特性喷嘴排数、喷嘴密度 1313 喷淋室计算的主要原则喷淋室计算的主要原则： 该喷淋室能达到的 应该等于空气处理过程需要的 ;该喷淋室能达到的 应该等于空气处理过程需 要的 ；高喷淋塔喷出的水能吸收（或放出）的热量应该等于空气失去（获得到）的热量 1414 喷淋式的结构特性对空气处理的影响喷淋式的结构特性对空气处理的影响 1)空气质量流速 2)喷水系数 3)喷嘴排数 4)喷嘴密度 5)喷水方向 6)排管间距 7)喷嘴孔径 8)空气与水的初参数 15.15.三传方程三传方程： 当 v=D 或者 v/D=1 时， 速度分布和浓度分布曲线相重合， 或速度边界层和浓度边界层厚度相等。 当 a=D 或 a/D=1 时，温度分布和浓度分布曲线形重合，或温度边界层和浓度浓度边界层厚度相等。 16.q16.qt t(-C(-C0 0)=q)=qc c(C(C0 0) )公式可得公式可得：上式表明，传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在 C00,时随着 C0 的增 大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热是逐渐增大的，在 C00 时，随着 C0 的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的， 而膜总传热量是逐渐减小的。 1717 表冷器处理空气时发生热质交换的特点表冷器处理空气时发生热质交换的特点：当冷凝器表面温度低于被处理空气的干球温度，但高于其露点温度时，则空气 只被冷却而并不产生凝结水。 这种过程称为等湿冷却过程或干冷过程(干工况)。 如果冷凝器的表面温度低于空气的露点温度， 则空气不但被冷却，而且其中所含水蒸气也将被部分地凝结出来，并在冷却器的肋片管表面上形成水膜。这种过程称为减湿 冷却过程或湿冷过程(湿工况)。在这个过程中，在水膜周围将形成一个饱和空气边界层，被处理空气与表冷器之间不但发生 显热交换，而且也发生质交换和由此引起的潜热交换。 1 18 8 影响混合式设备热质交换的主要因素影响混合式设备热质交换的主要因素 1)空气质量流速 2)喷水系数 3)喷嘴排数 4)喷嘴密度 5)喷水方向 6)排管间距 7)喷嘴 孔径 8)空气与水的初参数 1919 常见的固体制冷剂常见的固体制冷剂：硅胶、沸石、氧化铝、氯化钙 4 常见的液体吸湿剂常见的液体吸湿剂：溴化锂、氯化锂、乙二醇、三甘醇 2020 影响混合式设备热质交换的主要因素影响混合式设备热质交换的主要因素：主要包括五个方面 1)空气与水之间的焓差 2)空气的流动状况 3)水滴大小 4)水气 比 5)设备的结构特性。 21.21.传质阿克曼修正系数传质阿克曼修正系数 C0C0 值有正有负。当传质方向是从壁面到流体主流方向时，值有正有负。当传质方向是从壁面到流体主流方向时，C0C0 为正传，反之为负值。为正传，反之为负值。 二二、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时并指出当热质传递同时存在时，对流换热对流换热 系数系数 h h 和对流传质系数和对流传质系数 h hm m之间存在什么样的关系之间存在什么样的关系： （1）对流换热的基本计算式： () 2 mWtthq w = q 流体与壁面之间的对流换热热流通量， 2 mW ； h 对流换热系数， KmW 2 ； ttw, 壁面温度，K。 对流传质的基本计算式： () = ,ASAmA hm A m 组分 A 的质扩散通量， smkg 2 ； m h 对流传质系数， sm ； , , ASA 组分在壁面处和在主流中的质量浓度， 3 mkg ； （2）当热质传递同时存在时，对流换热系数 h 和对流传质系数 hm之间满足下列关系式： 3 2 =Le c h h p m 或 3 2 Lec h h p m = 三三、下表以空气外掠平板的受迫对流为例下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了类比将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了类比，请将其补充完请将其补充完 整整。 （20 分） 对流换热对流传质 控制方程 0= + y v x u 2 2 y u y u v x u u = + 2 2 y t a y t v x t u = + 0= + y v x u 2 2 y u y u v x u u = + 2 2 y C D y C v x C u AAA = + 微分方程 ()= tth y t w () = ,AwAm A CCh y C D 边界条件 = ttuuy ttvuy w , , 0, 0 = , , , , 0, 0, 0 AA wAAw CCuuy CCvvuy 5 假设条件常物性流体（1）组分 A 在空气中浓度很低 （2）界面法线方向速度可忽略不计 四四、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点 温度时，空气只被冷却并不产生凝结水，此为等湿冷却过程（干冷） ；当冷却器表面温度低于空气的露点温度时，空气不但 被冷却且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷） ；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焓 差，而不是温差。 一一、质量传递的推动力是什么？传质有几种基本方式？其机理有什么不同质量传递的推动力是什么？传质有几种基本方式？其机理有什么不同：质量传递的推动力是浓度梯度。传质有两种基本 方式：分子扩散与对流扩散。在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体及固体中的扩散，本质上由微观分子的 不规则运动引起， 称为分子扩散， 机理类似于热传导； 流体作宏观对流运动时由于存在浓度差引起的质量传递称为对流扩散， 机理类似于热对流。 二、简述二、简述斐克斐克定律，并写出其数学表达式以及各项的意义；当混合物以整体平均速度定律，并写出其数学表达式以及各项的意义；当混合物以整体平均速度v运动时，斐克定律又该如何表示运动时，斐克定律又该如何表示： 斐 克定律克：在浓度场不随时间而变的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分 A 和 B 发生互扩散，其中组 分 A 向组分 B 的扩散通量与组分 A 的浓度梯度成正比，其表达式为： smkg dy dC Dm A ABA = 2 或 smkmol dy dn DN A ABA = 2 A m ， A N 分别为组分 A 的相对质扩散通量和摩尔扩散通量； dy dn dy dC AA , 分别为组分 A 的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度； AB D 组分 A 向组分 B 中的质扩散系数，单位 sm/ 2 ； 当混合物以整体平均速度v运动时 Ac A ABA Vsmkg dy dC Dm , 2 += 四四、在什么条件下在什么条件下，描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由 ：如果组分 浓度比较低，界面上的质扩散通量比较小，则界面法向速度与主流速度相比很小可以忽略不计时，描述对流换热系数和对流 传质的准则关联式具有完全类似的形式。此时，对流换热与对流传质的边界层微分方程不仅控制方程的形式类似，而且具有 完全相同的边界条件，此时对流换热和对流传质问题的解具有完全类似的形式。 热舒适性热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉） 、绝热饱和温度绝热饱和温度(绝热增湿过程中空气降温的极限)、传质通量传质通量（单位时间通 过垂直与传质方向上单位面积的物质的量） 、扩散系数扩散系数(沿扩散方向在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所 扩散某物质的质量或摩尔数、)空气调节空气调节（利用冷却或者加热设备等装置，对空气的温度和湿度进行处理，使之达到人体舒 适度的要求） 、新风新风（从室外引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中） 、回风回风（从室内引出的空气， 经 过热质交换设备的处理再送回室内的环境中） 、露点温度露点温度(指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和时的温度)、 机器露点机器露点(空气在机器上结露产生凝结水的温度值)、分子传质分子传质(由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象)（扩散传 质） 、对流传质对流传质(：是流体流动条件下的质量传输过程)、质量浓度质量浓度(单位体积混合物中某组分的质量)、浓度边界层浓度边界层（质量传 递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层） 、速度边界层速度边界层(质量传递的全部阻力集 中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层)、热边界层流体流动过程中.在固体壁面附近流体温度 发生剧烈变化的薄层、雷诺类比雷诺类比（对流传热和摩擦阻力间的联系） 、宣乌特准则数宣乌特准则数(流体传质系数 hm 和定型尺寸的乘积与物 6 体的互扩散系数（Di）的比值)、施密特准则数施密特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）的比值)、普朗特准则数普朗特准则数(流体 的运动黏度（v）与物体的导温系数 a 的比值) 1 1、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些：冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储 存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量 2 2、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪几类？试说明他们各自的特点、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪几类？试说明他们各自的特点：水冷和风冷冷凝器水冷，空冷，水 空气冷却以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的温度，这对制冷系的制 冷能力和运行经济性均比较有利。 3 3、冷却塔分为哪几类？由哪些主要构件组成？、冷却塔分为哪几类？由哪些主要构件组成？干式和湿式。有淋水装置、配水系统、通风筒组成。 4 4、解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系、解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系：显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和 辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。总热交换是显 热交换和潜热交换的代数和。 5 5、表冷器与喷水室比较，有什么区别、表冷器与喷水室比较，有什么区别：表冷器有两种：一是风机盘管的换热器，它的性能决定了风机盘管输送冷（热）量 的能力和对风量的影响。一般空调里都有这个设备。二是空调机组内的风冷的翅片冷凝器。空调里的表冷器铝翅片采用二 次翻边百页窗形，保证进行空气热交换的扰动性，使其处于紊流状态下，较大地提高了换热效率。表冷器是给制冷剂散热的， 把热量排到室外，它把压缩机压缩排出高温高压的气体冷却到低温高压的气体。利用制冷剂在表冷器内吸热,使之被冷却空 间温度逐渐降低。 空气处理机组的风机盘管表冷器，通过里面流动的空调冷冻水（冷媒水）把流经管外换热翅片的空气冷 却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回制冷机组，放出热量、降温 后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环。喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加 湿及减湿等多种处理。喷水室由喷嘴、喷水管路、挡水板、集水池和外壳等组成。空气进入喷水室内，喷嘴向空气喷淋大量 的雾状水滴，空气与水滴接触，两者产生热、湿交换，达到所要求的温、湿度。喷水室的优点是可以实现空气处理的各种过 程；主要缺点是耗水量大，占地面积大，水系统复杂，水易受污染，目前在舒适性空调中应用不多。工程中选用的喷水室除 卧式、单级外，还有立式、双级喷水室。 6 6、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些：扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件 下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，大小主要取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力。 7 7、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系？ 传质传热 Sc=v/diPr=v/a Sh=hm .l/DiNu=hl/ Stm=Sh/Re.ScSt=Nu/Re.Pr 8 8、如何认识传质中的三种速度如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系并写出三者之间的关系：Ua Ub:绝对速度 Um：混合物速度 Ua Ub 扩散速度 Ua=Um+(Ua-Um) 绝对速度=主体速度+扩散速度 9 9、写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用、写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用：NA=-DdCA/dz +xA (NA+NB)，适用于分子无规则热运动引起的扩散 过程，传质速度即为扩散速度。 1010、简述简述“薄膜理论薄膜理论”的基本观点的基本观点：当流体靠近物体表面流过，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的 主流连续接触，并假定膜内流体与主流不相混合和扰动，在此条件下，整个传质过程相当于此 薄膜上的扩散作用，而且认 为在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性的浓度分布，膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。 1212、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。 hw （ti tw）=hmd(i-ii) 湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱和空气的焓差是热值交换的推动势，其在单 位时间内单位面积上的总传热量可近似的用传值系数 hmd 与焓差动力i 的乘积来表示。 1313、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时，对流换热 系数 h 和对流传质系数 hm之间存在什么样的关系？ hm=0.664DAB/LRe 0.5Sc1/3 1414、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度，但高于其露 点温度时，则空气只是冷却而不产生凝结水，称干工况。如果低于空气露点，则空气不被冷却，且其中所含水蒸气部分凝结 7 出来，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，称湿工况，此过程中，水膜周围形成饱和空气边界层，被处理与表冷器之间不但 发生显热交换还发生质交换和由此引起的潜热交换。 1515、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点：对空气的降温和除湿分开处理，除湿不依赖于降温方式实现。节约传统 除湿中的缺点，节约能源，减少环境污染。 1616、表冷器处理空气的工作特点是什么表冷器处理空气的工作特点是什么：与空气进行热质交换的介质不和空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进 行的。空气与水的流动方式主要为逆交叉流。 1717、吸附吸附（包括吸收包括吸收）除湿法和表冷器除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么除湿处理空气的原理和优缺点是什么：吸附除湿是利用吸附材料降低空气中的含湿 量。吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩，且噪声低并可以得到很低的露点温度。表冷器缺点：仅为 降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿必须较低， 2 2、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。 当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。动量、热量、质量的传递，既可以是 由分子的微观运动引起的分子扩散， 也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。 动量传递、 能量传递、 质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。 3 3、建立湿空气通过表冷器冷却时的物理模型，写出传热传质的微分方程，并进行简单讨论。、建立湿空气通过表冷器冷却时的物理模型，写出传热传质的微分方程，并进行简单讨论。 4 4、试讨论空气与水直接时的状态变化过程。、试讨论空气与水直接时的状态变化过程。 解：假设当空气与水在一微元面 dA 上接触时，假设空气温度变化为 dt ，含湿量变化为 d(d) 。 （1）显热交换量：（2 分） 湿空气的质量流量，kg/s 湿空气与水表面之间的显热交换系数，W/(m 2.) （2）湿交换量：（2 分） 潜热交换量：（2 分） 温度为 tb时水的汽化潜热，kJ/kg 单位时间单位面积蒸发（凝结）的水量，kg/(m 2.s) （3）总热交换量： 对空气水系统，存在刘易斯关系式：（2 分） 所以上式 （2 分） 因为：当温度为 t 时，湿空气焓为： 当温度为 tb时，湿空气焓为： ： 如果忽略水蒸汽从 0加热到 t时的焓，即项，并考虑到 t 和 tb差别不大，所以空气的比热和水的汽化潜热变化 不大，即有： 8 所以从（3）式可以得到： （4） 麦凯尔方程 麦凯尔方程表明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，则总热交换的推动力为空气主流湿空气与紧靠水面 的饱和边界层空气的焓差。 （2 分） 由于是空气与水之间发生的热质交换，所以不仅空气的状态会发生变化，水的状态也会发生变化。如果在热质交换中，水的 温度变化为 dtw，则根据热平衡： （5）（2 分） 水的质量流量，kg/s 水的定压比热，kJ/(kg.) （1） （2） （3） （4） （5）称为空气与水直接接触时的热湿交换基本方程式。 1212、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点： 1 优点 1) 平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。 2) 制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。 3) 利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。 4) 电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。 5) 冷冻水温度可降到 14，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。 6) 相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。 7) 具有应急冷热源，空调可靠性提高。 8) 冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。 2 缺点 1) 通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大 2) 蓄能装置要占用一定的建筑空间。 3) 制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。 4) 设计与调试相对复杂。 1.1.热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式， 蓄热式和热管式等类型。间壁式又称表面式，在此类换热器中，热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务，彼 此不接触，不掺混。直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，传递热量和质量后，在理 论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。蓄热式又称回热式或再生式换热器，它借助由固体构件（填充物）组 成的蓄热体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体壁温 升高，把热量储存于固体蓄热体中，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。热管换热器是以热管为换热元件的换 热器，由若干热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体中，中隔板与热管加热段，冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、 冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。 2 2、简述顺流简述顺流、逆流逆流、汊流汊流、和混合流各自的特点和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析并对顺流和逆流做一比较和分析：顺流式又称并流式，其内冷 、热两种 流体平行地向着同方向流动，即冷 、热两种流体由同一端进入换热器。逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方 向相反，即冷 、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。 叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆 流部分。 顺流和逆流分析比较顺流和逆流分析比较：在进出口温度相同