热质交换原理与设备思考题参考答案.pdf

思考题参考答案思考题参考答案 说明： 1、参考答案仅为参考、错误在所难免，敬请同学们指正。 2、思考题为连之伟主编教材（第三版）中的思考题，章节、题号与之相对应。 3、未给出参考答案的思考题部分作为例题授课讲解，部分请同学们自行解答。 第第 1 章章绪论绪论 1、答： 可分为三类：动量传递、热量（能量）传递和质量传递。 引起的原因分别为： 动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在） 热量传递：物系中温度分布不均匀（或存在温度的梯度） 质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在） 2、答： 热质交换设备按照工作原理可分为：间壁式（或表面式） 、直接接触式（或混合 式） ，蓄热式（或再生式、回热式）和热管式等四种类型。 特点： 1）间壁式换热器：冷、热流体在各自的流道中连续流动完成热量交换，彼此不 接触，不掺混。 2）直接接触式换热器：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。 3）蓄热式换热器：借助由固体构件（填充物）组成的蓄热体传递热量，此类换 热器中冷、热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。 4）热管式换热器：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 过中间隔板置于壳体中，中间隔板与热管蒸发段，冷凝段及相应的壳体内腔分别 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。 3、答： 顺流式：又称并流式，冷、热两种流体平行地同方向流动，即两种流体由同一端 进入换热器。 逆流式：两种流体也是平行流动，但流动方向相反，分别从相对的两端进入换热 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：两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分，将冷、热流体交 叉次数在四次以上时，可根据两种流体流向的总趋势，将其看成逆流或顺流。 顺流和逆流的分析比较： 在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小。顺流 时， 冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度 却可能超过热流体的出口温度。因此，热质交换设备应当尽量布置成逆流，而尽 可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发 生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时特意改 为顺流。 4、答： 略 5、答： 略 第第 2 章章 传质的理论基础传质的理论基础 1、答： 单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的质量称为质扩散通量或质量 通量。 以二元混合物为例，其总质量浓度为，组分 A、B 的质量浓度分别为A、B，则： 1）以绝对速度 u 表示的质量通量为： , AAABBBAABB mumume ue u 2）以扩散速度表示的质量通量为： (),(), AAABBBBAB juujuu ujjj 3）以主流速度表示的质量通量： )()( 1 BAABBAAAA mmauuu )()( 1 BABBBAABB mmauuu 2、答： 碳粒燃烧过程的化学反应式为： 22 COCO 由反应式可知： 1 摩尔的 C 与 1 摩尔的 O2反应，生成 1 摩尔 CO2的，所以与通过碳粒表面边界 层的质扩散为等摩尔互扩散。 3、解： 二元混合气体作为理想气体，从分子运动论的观点可得出： 2 3 1 )273( tpD 非标准状态下气体的扩散系数可由标态下的参数进行计算，计算式为： 3 2 0 0 0 PT DD PT 部分气体在标态下扩散系数值可查教材中表 2-2 获知。 两种气体 A 与 B 之间的分子扩散系数也可用吉利兰公式进行估算，公式如下： 3 2 4 11 33 435.711 10 () AB AB T D p VV cm/m2 1 个大气压，25C 时下列气体的扩散系数计算如下： （1）氧气和氮气（用吉利兰公式计算） ： 22 33 0 25.6 10/()32 o Vmkg kmol 22 33 31.1 10/()28 NN Vmkg kmol 3 4 2 52 11 52 33 11 435.729810 3228 1.54 10/ 1.0132 10(25.631.1 ) Dms （2）氨气和空气（用换算公式计算） ： 5 1.0132 10PPa，25273298TK 5 0 1.0132 10PPa， 0 273TK 3 2 2 1.013298 0.2()0.228/ 1.0132273 Dcms （附：同学们可分别用两个公式进行计算，并进行比较，看结果如何？）（附：同学们可分别用两个公式进行计算，并进行比较，看结果如何？） 4、解： 依题意，此扩散为气体中的双向稳态扩散过程，由计算式有： 12 4 2 3 0.6 10(160005300) ()0.0259/() 8.314 298 10 10 AAA D NPPkmolms RT z 5、解： 25C 时空气的物性为： 35 1.185/,1.835 10,kg mPa s 6242 0 15.53 10/ ,0.22 10/ms Dms 非标态下的扩散系数为： 3 2 42 0 0 0 0.25 10/ PT DDms PT 同时可计算出 Re 数和 Sc 数为： 6 4 0.08 Re20605 15.53 10 o u d v 62. 0 1025. 0 1053.15 4 6 D Sc 由式（3-33） （第三章的公式）得： 95.70Re023. 0 44. 083 . 0 ScShm sm d DSh h m m /0222. 0 设传质速率为 A G，有： 2 0 ()()() 4 AmA sAA dGd dx hd u d 两边积分得所需管长为： 2 1 1 2 0 0 0 4 ln 4 A A l A mA sA A sA mA sA dud dx h du l h 6、解： 20C 时的空气的物性为： 35 3 3 5 2 2 442 0 0 5 0 1.205/,1.81 10, 1.013 10293 0.22 100.24 10/ 1.0132 10273 kg mPa s PT DDms PT 9990 1081 . 1 205 . 1 305 . 0 Re 5 0 du 626 . 0 D Sc 1）用式 1 计算，将上述数值代入有： )/(01875. 0sm d DSh h m m 2）用式 2 计算，将上述数值代入有： ： )/(01621 . 0 sm d DSh h m m 式 1 与式 2 的相对误差为： % 5 . 13%100 01875 . 0 01621 . 0 01875 . 0 1 % 7 . 15%100 01621 . 0 01875. 001621 . 0 2 7、解： 标态下氨在水中的扩散系数为 92 1.24 10/Dms ，空气在标态下的物性为： 35 1.293/,1.72 10,kg mPa s 3 Pr0.708,1.005 10/() p cJkg k 代入数据有： Sc10727.7 由热质交换类比律： 3 2 Pr1 Scch h p m 代入题中数据可得： hm=7.0410-5m/s 8、解： 3 2 5 10 0.04036/ 8314(27325) i CO P Ckmol m RT 22 NCO CC 2 22 22 0.5 N NCO NCO C xx CC 3 2 2 5 44 10 1.776/ 8314 298 COi CO MP kg m RT 3 2 2 5 28 10 1.13/ 8314 298 N i N MP kg m RT 2 2 22 0.611 CO CO CON a 2 0.389 N a 9、解： （a）以二元组分为例，已知 A M， B M， A x， B x时 AAAAA A ABAABBAABB Mn Mx M a MMn Mn Mx Mx M BBBBB B ABAABBAABB Mn Mx M a MMn Mn Mx Mx M 以二元组分为例，已知 B a， A a， A M， B M时 AA AAA A ABAB AB ABAB ma nMM x mmaa nn MMMM BB BBB B ABAB AB ABAB ma nMM x mmaa nn MMMM （b）由上面结论可知 22 2 222222 32 0.3077 322844 OO O OONNCOCO x M a x Mx MxM 同理可得： 2 0.2692 N a 2 0.4231 CO a 若质量分数相等，则： 2 2 2 222 222 1 32 0.3484 111 322844 O O O ONCO ONCO a M x aaa MMM 同理有： 2 0.3982 N x 2 0.2534 CO x 10、解： （a）O2，N2的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动： （b）O2，N2的浓度梯度沿垂直方向空气由下部向上部运动，有传质过程。 11、解： 略 12、解： 依题意，此扩散过程可看成是薄膜中的扩散过程，有： 9 8 12 3 10(0.020.005) ()1.5 10/() 1 10 AAA D NCCkmolm s z 13、解： 1）氨空气 425 000 0.2 10/ ,1.013 10,273 ,350, Oa Dms PP TK TK PP 3 3 2 2 442 0 0 350 0.2 100.29 10/ 273 O D PT Dms PT 2）氢空气 42 0.511 10/ O Dms 3 3 2 2 442 0 0 350 0.511 100.742 10/ 273 O D PT Dms PT 14、解： 略 15、解： 依题意有平均传质面积为： 3 2 21 2 1 2()20.5 10 0.124 20 lnln 19.5 aV L rr Am r r 又： 3 11 160 2320/ AA CsPkmol m 3 22 160 0.116/ AA CsPkoml m 由气体在固体中的斐克型扩散的计算式有： 11 6 12 3 1.8 100.124 ()(320 16)1.357 10 0.5 10 aV AAA DA GCC z /koml s 得质量损失为： 66 1.357 1022.714 10/ A Gkg s 16、解： CO2和 N2在 25C 和 1atm 时，由 3 2 0 0 O D PT Dms PT 可得扩散系数为： 42 0.167 10/Dms 又： 33 12 1013.6 109.86664 AAa PPP （100-50）Pa 得传质速率为： 5 11 12 1.67 106664 () 4 8.8 10/ 8314 298 1 AA AA D PP GN Akoml s RT z 17、解： 略 18、解： 该扩散过程为组分通过停滞组分的扩散过程，由斐克定律的普遍表达式有： (),0 A AAABB A AAA dG NDxNNN dr dG NDx N dr , AA AA PP Cx RTP AA AA dPPD NN RT drP 整理得有： () A A A dPDP N RT PPdr 2 4 AAr GN Ar 2 4() AA A GdPDP rRT PPdr 对上式分离变量并积分有： 0 0 2 4 AS AA rP A G RTdPdr DPrPP 得： 4 ln AS A PPDPr G RTP 19、解： 略 20、答： 略 21、解： 略 第第 3 章章 传热和传热和传质传质问题的分析和计算问题的分析和计算 1、简答： 当物系中存在速度、温度和浓度梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传 递现象。动量、热量和质量的传递既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散， 也可以是由流体微团的宏观运动引起的湍流传递。 在一定的条件和简化假设下，对分子传递现象：动量传递、能量传递和质量 传递三种分子传递现象的数学描述牛顿粘性定律、 傅立叶定律和斐克定律在形式 是一致的；对对流传递现象：动量传递、能量传递和质量传递三种分子传递现象 的边界层数学描述动量微分方程、 能量微分方程和传质微分方程在形式也是一致 的，此外，它们的边界条件的形式也一致，当三者的扩散系数相等时，得出解是 一致的。 2、答： 将雷诺类比律和柯尔本类比律推广应用于对流质交换可以得到如下几点结 论： 1）传热因子等于传质因子 2）可以把对流传热中的有关计算式应用于对流传质，只要将对流传热计算 式中的有关物理参数及准则数用对流传质中相对应的替换即可 3）对流体通过同一物体表面的热质交换，可由对流传热系数计算对流传质 系数（即刘易斯关系式） 3、简答： 1）施密特准则数 定义： D Sc 含义：表征速度边界层和浓度边界层的相互关系 2）刘伊斯准则数 定义： D a Le 含义：表征热边界层与浓度边界层的相互关系 4、解： 依题意，定性温度可取为 22.5C。据此查得空气的物性为： 2 3-6 =1.195kg/m , =15.295 10 m /s 计算非标态下的扩散系数得： 3 3 2 2 44 0 0 1.013298 0.22 100.25 10/ 1.0132273 O D PT Dm s PT 计算 Re 数和 Sc 数有： 022 2020 9.48/ 3.14 0.025 36001.195 3600 44 um s d 15488Re 0 du 61 . 0 D Sc 用式（2-153）计算 0.830.440.830.44 0.0230.023 154880.6155.66, mec shRS 4 2 55.66 0.24 10 5.566 10/ 0.025 m m sh D hm s d 设传质速率为 A G，则 2 0 ()()() 4 AmA sAA dGd dx hd u d 2 1 0 0 4 A A l A mA sA dud dx h 1 2 0 4 exp() A sA AA s m h du 25C 时饱和水蒸汽的浓度 3 0.02383/ v kg m 0 20 C时，饱和水蒸汽的浓度 3 0.0179/ A s kg m 1 1 A A d 1 33 0.003 1.195 3.57 10/ 110.003 A d kg m d 代入上面的式子得： 2 3 0.01193/ A kg m 1 1 2.23 / A A dg kg 5、解： 0 40,C时 空气的物性 2 3-6 =1.128kg/m , =16.96 10 m /s 6 0 e 2 10 R1.18 10 u l -6 16.96 10 转折点出现在 5 6 e 5 1010 1.18 10 e R ,4.24 R c xlm 因此，对此层流-湍流混合问题，应用式（2-157） 3 0.8 (0.037870) ec L RS Sh 查表 24 得，定性温度为 35 0C 时， 3 2 4 0 0 0.264 10 O D PT D PT 2 m /s 4 0.264 10 0.64 cD S -6 16.96 10 3 60.8 0.037 (1.18 10 )870 0.641548.9 L Sh 4 3 0.288 10 1548.94.46 10/ 10 mLL D hShm s L 每 2 m池水的蒸发速率为m AA SA nh 30 0C 时， 303 0.03037/;40,0.05116/ A SA S kg mCkg m 时 35 4.46 10(0.030370.5 0.05116)2.14 10 m AA SA S nh 6、解： 在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换 热，即可得以下能量守衡方程式 2 () sfgH O h TTh n 其中 fg h 为水的蒸发潜热 2 22 () H OH O H OmS nh 22 () H OH O m sfgS h TTh h 又 2 3 r P1 m pc h hcS 查附录 21，当 s T= 0 35 C时，水蒸汽的饱和蒸汽压力 5808 S P 于是 3 2 5808 18 0.0408/ 8314 308 H O S S s P M kg m RT 0 7、解： 2 ()() sH OmS h TTr nr h 其中 00 26,20 S tC tC 查表 21，当 0 20 S tC时水蒸汽的饱和蒸汽压力 2330 Sa PP 于是 2 2338 18 0.01727 8314 293 H O S S s P M kg RT 2454.3/rkJ kg 1 V d d 当 0 26tC ，时定性温度为 0 23, 2 s tt tC 3 1.193/1.005/() p kg mckJkg k 由奇科比拟知 2 2 3 3 4 r P110.74 9.59 10 1.197 1.0050.6 m pc h hcS () 1 Ss m hd TT drh 4 1.1932620 0.01727 12454700 9059 10 d d d=12.5g/kg 8、解： () AmA SA nh 查表得当温度为 27 0C 时， 3 0.026446/ A S kg m AA S 1 54.02/ (1 3090) 0.026446 A m A SA n hm h 9、解： （a）当温度为 23 0C 时， A S =0.021214 3 /kg m0 A 1 2 1.5 10 170.27/ () 0.0230.021214 4 A m A SA n hm s A (b) 2 ()170.270.0230.021214 (1 0.5)0.075/ 4 AmA SA S nh Akg s (c) 当温度为 47 0C ， A S =0.073462 3 /kg m 2 170.270.0230.0734620.519/ 4 AmA S nh Akg s 10、解： 32 0.1 1 102.78 10/ 3600 A nkg s 当温度为 305K 时， A S =0.03453 3 /kg m 2 2.78 10 1.34/ (1)1 0.3453 (1 0.4) A m A S n hm s A 11、解： 2446 12 ()10(6 105 10 )10 AmAA mh 第第 4 章章空气热空气热湿湿处理处理 1、简答： （1）大气是由干空气和一定量的水蒸汽混合而成的。我们称其为湿空气， 其主要成分是：氮、氧有、氩、二氧化碳、水蒸气等。 （2）在湿空气中水蒸气的含量虽少，但其变化确对空气环境的干燥和潮湿 程度产生重要的影响。且使湿空气的物理性质随之改变。因此研究湿空气中水蒸 气的含量在空气调节行业中占重要地位. 2、简答： （1）湿空气的密度等于干空气密度与蒸汽密度之和。 3 0.001315/ 287 s PB kg m TT 在大气压力 B 和 T 相同情况下，湿度增大时，湿空气的密度将变小。 天气由晴转阴时，空气中水蒸汽的含量增加，由此降低了空气的密度，于是大 气压要下降。 （2）在冬季。天气干燥。水蒸汽在空气中含量减少，而且温度 T 也减少了， 所以密度增加了，于是冬季大气压高于夏季的。 3、答： （1）在大气压强。温度一定的条件下，湿空气的水蒸汽分压力是指，在与湿空 气同体积的条件下，将干空气抽走，水蒸汽单独存在时的压力。湿空气的水蒸汽 饱和分压力是指，在与饱和湿空气同体积的条件下，将干空气抽走，水蒸汽单独 存在时的压力。 湿空气的水蒸汽饱和分压力是湿空气的水蒸汽分压力的上限。 （2）它们的大小是受大气压力影响的。 4、答： （1）会有凝结水产生。 （2） 由附录 41 可知： 当房中漏点温度为 9.5 而冷水管表面温度为 8 所 以会有凝结水产生。 （3）若想管道表面不产生凝结水，则可以对房间内空气进行除湿。 5、解： 由附录 41 可知：湿空气 20 1 =50%时，i=39kJ/kg(干空气) ； 湿空气 15， 2 =90% 时，i=39kJ/kg(干空气)； 所以空气的焓值没有发生变化。 6、解： 由已知得，=Q/W =14000/2=7000 （kJ/kg） 由初始状态 B=0.1MPa, 1 t=18, 1 =50% 终状态 2 t=25,查 附录 41 得 2 =40%， 2 i=45.5 kJ/kg(干空气) 2 d=7.9g/kg(干 空气) 7、解： 由已知得，=5000 （kJ/kg） 由初始状态 1 t=20, 终状态 2 t=30, 2 =50% 查 附录 41 得 1 =62%， 1 i=43 kJ/kg(干空气) 1 d=9g/kg(干空气) 8、解： （a,b,c） 由室内空气状态：温度 20，压力 101325Pa水蒸汽分压力为 1400Pa，查附录 41 得 d=8.8g/kg(干空气)=6 0%，i=42 kJ/kg(干空气) （d） 已知干空气的气体常数为 287J/（kg*k）干空气分压力 B-Pq=101325-1400=99925(Pa) 干空气密度： 3 99925 1.188/ 287287 293 g g p kg m T 室内干空气质量； 1.188 5 3.3 358.8 gg MVkg (e)：室内水蒸汽质量:Mq=8.8*58.8=517.5g (f)：如果使室内空气沿等温线家湿至饱和状态，则角系数=2500 kJ/kg 当空气 的状态是温度为 20， =100%时， 则 d=14.6g/kg(干空气) 水蒸汽分压力 2350 Pa 此时室内的干空气的密度为 3 1013252350 1.177/ 287293 g kg m 室内干空气质量为 Mg=1.17753.33=58.26kg 室内水蒸汽质量为 14.658.26=850.6g 加入的水蒸汽量；850.6-517.5=333.1g 9、解： 由题意得，可知，假设室内空气的露点温度为 7，则在标准大气压下，初始温 度为 20， 露点温度为 7的空气参数。 可由附录 41 得 d=6.2g/kg(干空气) =42.5%，所以允许最大相对湿度为 42.5%，最大允许含湿量是 6.2g/kg(干空气) 10、解： a，由附录 41 得 1 t=25,1=70%时， 1 d=14g/kg(干空气) 2 t=15, 2 =100%时， 2 d=10.5g/kg(干空气) 失去的水蒸汽d= 1 d- 2 d=14-10.5=3.5g (b,c,d ) 由(2500) 1000 p gp q d ictct () 1 (25 15)10/ p g QctkJ kg 干空气 1 14 (2500 1.84 25)35.644/ 1000 QkJ kg 2 10.5 (2500 1.84 15)26.54/ 1000 QkJ kg 2 9.1/QkJ kg 空气状态变化时失去的总热量是 19.1 kJ/kg 11、答： 当大气压发生变化时，空气所有的状态参数都会发生变化。 12、答： ABCD 0 100tC 初 0 0tC 初 0 100tC 初 0 0tC 初 设过一段时间后 A、B、C、D 温度分别为 ABCD tttt、 、 、 环境温度为 f t ，则 有 AfBf tttt CfDf tttt A、C 与环境进行热交换主要是通过外表面热辐射和外表面与环境进行热交换。 B、D 除拥有 A、C 的换热特点外，还有液体表面与环境直接进行的热质交换， 因此它们的热量传递速率较 A、C 的快，更能在短时间内接近 f t 足够长的时间，A、B、C、D 与环境平衡，而且 A、C 的温度应等于环境干球 温度 B、D 应等于环境湿球温度。 13、解： a由初始状态湿球温度为 25，室内空气温度为 24，相对湿度为 50%3 i 查附录 41 则新风的焓为 76 kJ/kg(干空气) 回气的焓为 48 kJ/kg(干空气) 由能量守衡， ()M iM iMMi 混回 回回新 新新 276+348=5i混 i混=59.2 kJ/kg(干空气) (b) 由已知查附录 41 得 1 d=15.8g/kg(干空气) 2 d=9.3g/kg(干空气) 则由质量 守衡 M1d1+M2d2=(M1+M2)d3215.8+39.3=5d3d3=11.9 g/kg(干空 气) (c) / 1.005(2501 1.86 ) 11.9 59.21.005(2507 1.86 ) 1000 kJ kg htdt tt 29t (d) 1122 cmtcmt 2(35-t)=3(t-24)t=28.4 14、解： 由题意的空气温度为 15，相对湿度为 100%时，查附录 41 得当加热到 22 时，含湿量为 d3=10.5 g/kg(干空气) 当 1 t=30, 1 =75%时， 1 i=82 kJ/kg(干空气) 1 d=20.2g/kg(干空气) 当 2 t=15, 2 =100%时，2i=42kJ/kg(干空气) 2 d=10.5当 1 t=30, 1 =75%g/kg(干 空气) 当 3 t=22, 3 d=10.5g/kg(干空气) 时i3=49 kJ/kg(干空气) 则在冷却器中放出的热量为 500 kg/min（82 kJ/kg-42 kJ/kg）=20000 kJ/min 凝结水量 500 kg/min(20.2g/kg(干空气)- 10.5g/kg(干空气)=4850g/min 加热器加入的热量500 kg/min49 kJ/kg (干空气)- 42 kJ/kg (干空气)=3500 kJ/min 15、解： 查附录 41 得 初态为 50时， 1 i=62 kJ/kg(干空气) 1 d=4.3g/kg(干空气) 末状态为 35时 2 i=129 kJ/kg(干空气) 2 d=36.5g/kg(干空气) d=36.5-4.3=22.2 g/kg(干空气) 所以从被干燥的物体中吸收 1 kg 水分时所需的 干空气量 G=1000/32.2=31 kg加热量 Q=Gi=31(129-62)=2077 kJ 16、解： 由附录 41 得 空气：初态：t=15,=50% 得 1 i=28.5 kJ/kg(干空气) 1 d=5.3g/kg(干空气) 末态：t=30,=100% 得 2 i=100 kJ/kg(干空气) 2 d=27.3g/kg(干空气) 所以i=71.5 kJ /kg(干空气)d=22 g/kg(干空气) 由能量守衡的c m tGi 水水气 4.2100 3 10 15=G气71.5 G气=88 3 10kg/h M水蒸汽=G气d=88 3 10 22=1936 kg/h 查附得从塔府进入的空气的温度为 15， 相对湿度为 50%时其湿球温度为为 9.7 则冷却塔水从 30冷却至 9.7 G水mt=G气I 4.2100 3 10 20.3=G气71.5G气=119 3 10kg/h 17、解： 总热交换量以空气初状态的湿球温度 Ts 为界， 显热交换量以空气初状态的干球温度 T1 为界， 潜热交换量以空气初状态的露点温度 T2 为界，由 T1=30 ，水蒸汽的分压力 为 2000Pa 得 Ts=21.4 T2=17.5 水温 t50 30 18 10 传热方向气水气水气水 气水 传质方向气水气水气水 气水 18、解： （a）常压下气温为 30，湿球温度为 28，由附录 41 得 1 d=23g/kg(干 空气) 被冷却到 10的饱和空气由附录 41 得知 2 d=7.5g/kg(干空气) 所以每千克干空气中的水分减少了 15.5g （b）若将气体加热到 30，由附录 41 得湿球温度为 17.8。 19、解： 因为不计喷入水的焓值，则可以认为是等焓变化。查附录得 末状态：含湿量为 26g/kg 干空气 水蒸汽分压力：4100Pa 相对湿度为：42% 湿球温度为：32.4 焓值为：113kJ/kg 干空气 第五章第五章 吸附和吸收处理空气的原理和方法吸附和吸收处理空气的原理和方法 1、答： 物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力， 它是 一种可逆过程，物理吸附是无选择的，只要条件适宜，任何气体都可以吸附在任 何固体上。吸附热与冷凝热相似。适应的温度为低温。吸附过程进行的急快参与 吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。 化学吸附是固体表面与吸附物间的化学键力起作用的结果。吸附力较物理吸附 大，并且放出的热也比较大，化学吸附一般是不可逆的，反应速率较慢，升高温 度可以大大增加速率，对于这类吸附的脱附也不易进行，有选择性吸附层在高温 下稳定。人们还发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行物理吸附， 随 着温度升到一定程度，就开始发生化学变化转为化学吸附，有时两种吸附会同时 发生。 2、答： 略。 3、答： 略。 4、答： 有效导热系数通常只与多孔介质的一个特性尺度-孔隙率有关。 5、答： 略。 第第 6 章章 间壁式热质交换设备的热工计算间壁式热质交换设备的热工计算 1、答： 间壁式换热器从构造上可分为：管壳式、胶片管式、板式、板翘式、螺旋板式等。 提高其换热系数措施：在空气侧加装各种形式的肋片，即增加空气与换热面 的接触面积。增加气流的扰动性。采用小管径。 2、答： 空气的湿球温度越高所具有的焓值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交 换的动力是焓差，焓差越大，则换热能力就愈大。 3、答： 表冷器的传热系数定义为 1 11 s mn y K AVBw Ks 随迎风面积 Vy 的增加而增加：随水流速 w 的增加而增加。 析水系数与被处理的空气的初状态和 管内水温有关， 所以二者改变也会引 起传热系数 Ks 的变化。 4、答： 总热交换量与由温差引起的热交换量的比值为析湿系数，用表示，定义 为 () tb pb dQii dQc tt 表示由于存在湿交换而增大了换热量，其值大小直接反映了 表冷器上凝结水析出的多少。 5、解： 逆流流动时， t =100-90=10 0C ， t =120-50=70 0C 90 2 70 t t m t =（90+70）/2=80 0C 管束未加肋光管，管壁很薄，所以 f R 、 w R可不记，则 1 50 11 580050 k 传热量为 Q=FK m t =105080=40000W 顺流流动时： t =120-10=110 0C t =100-50=50 0C 11050 76.1 110 ln 50 m t 0C Q=105076.1=38050W 6、解： 设冷水的温度为 2 t，Q Q 吸放 1 1p GC 2 112p22 （t -t ）=G C (t -t ) 2 0.63 2.09 (19365)1.05 1.67 (149)t 解得 2 t=52.9 0C (193 149)(6552.9) 24.6 193 149 ln 6552.9 m t 0C Q=KA m t 2 3 0.63 2.09 (19365) 9.8 0.7 1024.6 m Q Am K t 即保持这样的负荷需要换热面积为 2 9.8m 7、解：设机油出口温度为 1 t 1 1p GC 2 112p22 （t -t ）=G C (t -t ) 1 2.6 1.9 (100)1.0 4.18 (8040)167.2t 0 1 66.2tC 66.24026.2 t 1008020 t 26.2 2 20 t t 22 11 8040 0.67 10040 tt P tt 11 22 10066.2 0.845 8040 tt R tt 0 26.220 23.1 2 tf m C tC Q=KA m t 由 P-R 值图 527 得=0.78 m t =0.7823.1=18 3 20 167.2 10 464.4/() 20 18 kWmC 8、解： 黄铜管的导热系数为： 2 111/()Wmk （1）相对与管外表面积的总传热系数为： 2 11 88.3/() 1160.016161 0.0002050.00004190.0111 ln 6000132 1111390 kWmk （2）管壁热阻可以忽略，则传热系数为： 2 1 174/() 1 0.000205 180 kWmk 传热增加了 97% （3） 2 1 89.3/() 116 0.0111 1200013 kWmk 传热增加了 1%。 9、解： 1 4200 / p CJ kg K 2 p C QQ 吸放 1 1p GC 2 112p22 （t -t ）=G C (t -t ) 2000 (80)3000 (30 10) 1 t 得 0 50 C 1 t （1）顺流时 0 max 80 1070tC 0 min 503020tC 0 m 7020 39.9 70 ln 20 tC （2）逆流时 0 max 803050tC 0 min 50 1040tC 0 m 5040 44.8 50 ln 40 tC 10、解： （1）计算需要的接触系数 2 ，确定冷却器的排数，如图所示： 2 1 2 2 1 13 11.7 110.862 29 19.6 s s tt tt 根据附录 54 可知， 在常用的 y V 范围内， JW 型 6 排表面冷却器能满足 2 =0.862 的要求，所以决定选择 6 排。 （2）确定表面冷却器的型号 先假定一个 y V，算出所需冷却器的迎风面积 y A，再根据 y A选择合适的冷却器 型号及并联台数，并算出实际的 y V 值。 假定 y V=3m/s，根据 y y G A V 可得 2 10 2.8 3 1.2 y Am 根据 y A=2.8 2 m，查得附录 55 可以选用 JW404 型号表面冷却器，其 y A=3.43 2 m， 所以实际的 y V 为 10 2.4/ 3.43 1.2 y y G Vm s A 在查附录 5-4 知，在 y V =2.4m/s 时，6 排 JW 型表面冷却器实际的 2 =0.891，与需要的 2 =0.862 差别不大，故可 以继续计算，由附录 55 可知，所需的表冷器 的每排传热面积为 d A=44.5 ， 通 水截面积为 w A=0.00553 2 m （3）求析湿系数： 12 5633.2 1.41 1.01 (29 13) p ii C 12 （t -t） （4）求传热系数 假定流水速率为 w=1.5m/s，根据附录 53 中的相应公式可以计算出传热系数： 1 1 20 0.521.020.80.521.020.8 1111 81.83/() 41.5325.641.5 2.41.41325.6 1.5 s y KWmC Vw （5）求冷水量 根据 W= w Aw 3 10得 W=0.005531.5 3 10=8.3kg/s （6）求表冷器能达到的 1 先求传热单元数及水当量比 根据式（5-63）得： 3 81.83 44.5 6 1.53/ 1.41 10 1.01 10 NTUkg s 根据式（5-62）得 3 3 1.41 10 1.01 10 0.41 8.3 4.19 10 r C 根据 NTU 和 r C值查图 530 或按式 544 计算得： 1 =0.71 （7）求水温 由公式（5-70）可得冷水初温 1 0 29 13 296.5 0.71 w tC 冷水终温： 21 0 12 ()10 (5633.2) 6.513.1 8.3 4.19 ww G ii ttC WC （8）求空气阻力和水阻力： 查附录 53 中的 JW 型 6 排表冷器的阻力计算公式得： 1.931.93 14.4514.5 1.531.7 a hwkp 1.111.11 62.2362.23 2.4164 Sy HVPa 11、解： 如图所示； G=24000kg/h=6.67kg/sW=30000kg/h=8.33kg/s (1)求表冷器迎面风速 y V 及水流速 w 由附录 55 知 JW304 型表面冷却器迎风面积 y A=2.57 2 m，每排散热面积 d A=33.40 2 m，通水面积 w A=0.00553 2 m，所以 6.67 2.16/ 2.57 1.2 y y G Vm s A 33 8.33 1.5/ 100.00553 10 w W wm s A （2）求冷却器可提供的 2 根据附录 54 ，当 y V =2.16m/s 时，N=8 排时， 2 =0.96080.961 （3）先假定 0 2 9.5 tC 根据 21 0 212 ()(1)10.5(24 19.5)(1 0.961)9.3 ss ttttC 查 id 图可知，当 2 0 9.3 s tC 时， 2=27.5kJ/kg i （4）求析湿系数 根据 12 p ii C 12 （t -t） 得： 55.827.5 1.93 1.01 (249.5) （5）求传热系数： 根据附录 53 ，对于 JW 型的 8 排冷却器， 1 20 0.581.00.8 11 87.9/() 35.5 2.161.93353.6 1.5 s KWmC （6）求表面冷却器所能达到的 1 值 传热单元数按式（5-63）得 3 87.9 33.40 8 1.84 1.93 6.67 1.01 10 NTU 水当量比按照式（5-62）得 3 3 1.93 6.67 1.01 10 0.37 8.33 4.19 10 r C 根据 NTU 和 r C的值，查图 530 或按式（5-44）计算得 1 =0.77 （7）求所需要的 1 并与上面的 1 比较， 1 12 1 1 249.5 0.763 245 w tt tt 而 11 0.01 ，所以假设 0 2 9.5 tC合适，于是在此题的条件下，得到空 气得到终参数为 0 2 9.5 tC 2 0 9.3 s tC 2=27.5kJ/kg i （8）求冷量及终温 根据公式（5-9）可 得 Q=6.67（55.8-27.5）=188.76KW 2 0 6.67(55.