热质交换答案.docx

第一章 绪论1-1 分子传递现象可以分为几类？各自是由什么原因引起的？答：分为三类。动量传递是由流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）引起的；热量传递是由温度梯度的存在（或温度分布不均匀）引起的；质量传递是由物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）引起的。1-2热质交换按工作原理可分为哪几类？她们各自的特点是什么？1）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。2）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。3）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。4）热管换热器。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。1-3 简述顺流、逆流、叉流和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析。顺流式或称并流式，其内冷、热流体由同一端进入换热器，平行地向着同一方向流动，并由同一端离开换热器。逆流式，冷、热流体平行逆向流动，由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，这种布置通常是用在气体受迫流过一个管束而管内则是被泵输送的液体。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。当冷、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。在各种流动形式中，顺流和逆流可以看作是两个极端情况。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，热质交换设备应尽量布置成逆流，尽可能避免布置成顺流。但逆流布置会使得冷、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，对于高温换热器来说，这是要注意的；当冷、热流体中有一种发生相变时，布置这类换热器时就无所谓顺流和逆流了。2-1、传质通量定义、表示方法。答：单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。以绝对速度表示的质量通量：以扩散速度表示的质量通量：以主流速度表示的质量通量： 2-2碳粒在燃烧过程中的反应式为C+O2=CO2，即为1摩尔的C与1摩尔的O2反应，生成1摩尔的CO2，所以O2与CO2通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。2-4 2-6 20时的空气的物性：（1）用式计算（2）用式计算2-8 解： 2-9、解：（a）已知，已知，（b）若摩尔分数相等，则 若质量分数相等，则 2-12解：2-13解： 氨-空气氢空气2-16解：查附录3-2可知：CO2和N2在25扩散系数为： 8.8193-1 答：1) 当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。2) 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，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递；3) 动量传递、能量传递和质量传递三种分子传递和湍流质量传递的数学关系式及边界条件都是类似的。3-2 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知：1) 传递因子等于传质因子2) 且可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质，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代换即可，如：3) 当流体通过一物体表面，并与表面之间既有质量又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h 计算传质系数hm 3-3 斯密特准则，表示物性对对流传质的影响，速度边界层和浓度边界层的相对关系；刘伊斯准则，表示热量传递与质量传递能力相对大小，热边界层与浓度边界层厚度关系。3-7解：其中， 查表21，当时水蒸汽的饱和蒸汽压力 于是 ； 当，时定性温度为；由柯尔本比拟知 d=12.5g/kg3-8 解：查表得当温度为27时，；又知：，故有：3-9解：(a) 当温度为23时， ; (b) (c) 当温度为47， 3-113-22刘伊斯关系式的适用条件。1) 刘伊斯关系式成立的条件：(1) ；(2) 。对于层流或粘性底层，刘伊斯关系式仅适用于 的情况。因为在这些区域中内，分子扩散传递过程其主要作用。 2)在湍流中，无论a是否等于D，刘伊斯关系式总成立。这说明了在湍流传递过程中，流体之间的湍流混合在传递中其主要作用。4-1（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.4-2 1）湿空气的密度等于干空气密度与蒸汽密度之和。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。4-3 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。4-5 由附录41可知：湿空气20， 时，i=39kJ/kg(干空气) ；湿空气15， 时，i=39kJ/kg(干空气)； 所以空气的焓值没有发生变化。4-6由已知得，=Q/W=14000/2=7000 （kJ/kg）由初始状态B=0.1MPa, , 终状态 ,查 附录41 得 ，i2=45.5 kJ/kg(干空气)；d2=7.9g/kg(干空气)4-9解：由题意可知，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)。4-17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t 50 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4-18解：（a）常压下气温为30，湿球温度为28，由附录4-1得d1=23g/kg(干空气)；被冷却到10的饱和空气由附录4-1得知d2=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4-1得湿球温度为17.8。5-11)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。吸附作用范围与表面覆盖程度无关，可多层吸附。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。吸附作用范围随覆盖程度的增加而减弱，只能单层吸附。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。P1296-1解:间壁式换热器从构造上可分为：管壳式、肋片管式、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。6-2解：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。6-3 表冷器的传热系数定义为a） Ks随迎风面积Vy的增加而增加；b）水流速w的增加而增加。c）管内水温会影响析湿系数，故其改变会引起传热系数Ks的变化；d）被处理的空气初状态会影响析湿系数，故其改变会引起传热系数Ks的变化。6-4解：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 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。6-5解：1) 管束未加肋光管，管壁很薄，所以Rf、Rw 可不记，则 2) =120-10=110，=120-50=70 传热量为7-1混合式换热器按用途分为以下几种类型：1 冷却塔； 洗涤塔； 喷射式热交换器； 混合式冷凝器1）冷却塔是用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。2）洗涤塔是以液体与气体的直接接触来洗涤气体以达到所需要的目的，例液体吸收气体混合物中的某些组分除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。3）喷射式热交换器是使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。4）混合式冷凝器一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝，最后得到的是水与冷凝液的混合物，或循环使用，或就地排放。7-2湿式冷却塔可分为：（1）开放式冷却塔（2）风筒式自然冷却塔（3）鼓风逆流冷却塔（4）抽风逆流冷却塔、抽风横流冷却塔开放式冷却塔：利用风力和空气的自然对流作用使空气进入冷却塔，其冷却效果要受到风力及风向的影响，水的散失比其它形式的冷却塔大。风筒式自然冷却塔：利用较大高度的风筒，形成空气的自然对流作用，使空气流过塔内与水接触进行传热，冷却效果较稳定。鼓风逆流冷却塔：空气是以鼓风机送入的形式， 而抽风冷却塔中空气是以抽风机吸入的形式，鼓风冷却塔和抽风冷却塔冷却效果好，稳定可靠。7-3冷却塔的主要部件及作用：1）淋水装置，又称填料，作用在于将进