热质交换原理与设备重点

一、填空题（共30分）1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性_通称为流体的分子传递性质。2、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_。3、热质交换设备按照工作原理不同可分为_间壁式、_混合式_、_蓄热式_和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于_间壁_式，而喷淋室、冷却塔则属于_混合式。3、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。5、_温度差_是热量传递的推动力，而_浓度差_则是产生质交换的推动力。6、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_。7、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。8、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和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量MA与组分A的_浓度梯度成正比，其表达式为SMKGDYCDMBA2；当混合物以某一质平均速度V移动时，该表达式的坐标应取_随整体移动的动坐标_。9、麦凯尔方程的表达式为DIHDQDZ，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。1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1405105M2/S。3、喷雾室是以实现雾和空气在直接接触条件下的热湿交换。4、当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程。5、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。6刘伊斯关系式是H/HMADCP。2、冷凝器的类型可以分为水冷式,空气冷却式或称风冷式和蒸发式三种类型3、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4、冰蓄冷空调可以实现电力负荷的调峰填谷均衡。6、刘伊斯关系式文中叙述为H/HMADCP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，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。7、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。8、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。9、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COPQ1Q2/QO。10、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1、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、热量和质量的传递现象。2、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。3、大空间沸腾可以分为自然对流沸腾区、核态沸腾区、过度沸腾区和膜态沸腾区四个区域。8、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。10、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0，则此混合物中空气的质扩散系数为0547105M2/S。12、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。1、流体的粘性、热传导性和质量扩散通称为流体的分子传递性质。2、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。3、热质交换设备按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式、热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式，而喷淋室、冷却塔则属于直接接触式。3、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。5、_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。6、质量传递有两种基本方式分子传质和对流传质，两者的共同作用称为_。7、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。8、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和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量MA与组分A的浓度梯度成正比。9、麦凯尔方程的表达式为HW（TITW）HMDIII，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10、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。1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。2质量传递的基本方式可分为_分子传质_与_对流传质_。3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。4一个完整的干燥循环由_吸湿_过程、_再生_过程和冷却过程构成。5用吸收、吸附法处理空气的优点是_独立除湿_。6热质交换设备按不同的工作原理分类，可分为_间壁式_、_直接接触式_、_蓄热式_、_热管式_。7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_。8冷却塔的热工计算原则是_冷却数N特性数N_当流体流过一物体表面，并与表面之间又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数H计算传质系数HM。由式（13）联系式（9）和（10）可以得到即得到（上述方框表示乘号点）对于气体或液体，上式成立的条件是06露点温度，但PQA,冷却和加湿。A4TW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。A5TW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。A6TW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。A7TW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A1A2A3A4A5A6A7TWTA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，组成二元混合物中组分A和组分B将发生互扩散。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。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。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。10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。11箭头向右等温加湿，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12影响混合式热质交换的主要因素空气的质量流量VPG/AC喷嘴系数UW/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13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14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15三传方程当VD或者V/D1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AD或A/D1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。16QTC0QCC0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C0TA减减减减减不变增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3、直径为10MM的萘球在空气中进行稳态扩散。空气的压力1013KPA,温度318K，萘球表面温度318K。在此条件下，萘在空气中的扩散系数为692106M2/S，萘的饱和蒸汽压为0074KPA。试计算萘球表面的扩散通量NA10分解该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程BAANYDZCDNNB0得出AAZDRPRTDRGAA24由分离变量并积分RTPCAYAPTASALN40得出KMOL/M2SDRPDNAA8103AN三、课程教学内容体系第一章绪论三种传递现象的初步类比，热质交换设备的分类，本课程的地位与作用。第二章热质交换过程传质的基本概念，斐克定律，斯蒂芬定律，对流传质，三传类比，热质传递模型。重点掌握分子扩散的基本定律，对流传质，三传类比的基本方法。第三章相变热质交换原理沸腾换热，凝结换热，固液相变传热。重点掌握在相变换热情况下发生的以制冷剂为主的相变换热的物理机理和计算方法。第四章空气热质处理方法空气热质处理的途径，空气与水表面之间的热质交换，吸附材料处理空气的基本知识，吸收剂处理空气的机理和方法。重点掌握空气与水表面之间的热质交换的原理及特点。第五章热质交换设备热质交换设备的形式与结构，间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算，典型燃烧装置主要尺寸和运行参数的计算，相变热质交换设备，热质交换设备的优化设计及性能评价。重点掌握间壁式和混合式热质交换设备的热工计算。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（10分）答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运动时，斐克定律又该如何表示（20分）答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，其表达式为或，分别为组分A的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；分别为组分A的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；组分A向组分B中的质扩散系数，单位；当混合物以整体平均速度运动时三、简述“薄膜理论”的基本观点。（15分）答当流体流经固体或液体表面时，存在一层附壁薄膜，靠近壁面一侧膜内流体的浓度分布为线性，而在流体一侧，薄膜与浓度分布均匀的主流连续接触，且薄膜内流体与主流不发生混和与扰动。在此条件下，整个传质过程相当于集中在薄膜内的稳态分子扩散传质过程。四、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。（10分）答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。五、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5分）答麦凯尔方程表明，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。上式中，为潜热和显热的代数和；为主流空气的焓，为边界层中饱和湿空气的焓，为湿交换系数或空气与水表面之间按含湿量之差计算的传质系数。六、氢气和空气在总压强为1013105PA，温度为25的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为062/S，在垂直于扩散方向距离为10的两个平面上氢气的分压强分别为16000PA和5300PA。试求这两种气体的摩尔扩散通量。10分解用A和B分别代表氢气和空气由于等摩尔互扩散，根据菲克定律负号表示两种气体组分扩散方向相反。七、含少量碘的压力为1013105PA、温度为25的空气，以518M/S的速度流过直径为305102M的圆管。设在空气中碘蒸汽的平均摩尔浓度为NM，管壁表面碘蒸汽的浓度可视为0，空气碘的质扩散系数D0826105/S，试求从气流到管壁的对流传质系数以及碘蒸汽在管子表面上的沉积率。（空气的动量扩散系数）管内受迫层流管内受迫紊流解八、已知空调系统送风量G5/S，空气初状态参数T135，TS1269，I185KJ/；终状态参数为T219，TS2181，I2514KJ/；空气压强101325PA，试选用JW型空气冷却器并求出其中的传热系数范围。（空气密度12KG/M3，定压比热CP1005KJ/KG，水定压比热CP419KJ/KG，可选表冷器中水流速范围W0816M/S）。（15分）已知水冷式表面冷却器作为冷却用之传热系数（W/）4排6排8排型号风量（M3/H）每排散热面积AD（）迎风面积AY（）通水断面积AW（）JW1045000835012150944JW2048350167002405187JW30416700250003340257JW40425000334004450343迎面风速M/S排数1520253020590054505150490408410797076807406094009110888087280977096409540945解（1）计算需要的接触系数，确定冷却器的排数查表可知，在常用的范围内，JW型6排表冷器能满足的要求，故选用6排。（2）假定，则查表可选用JW204型表冷器一台，其迎风面积故实际迎面风速查表可知，在时，JW型6排表冷器实际的值可以满足要求，所选JW204型表冷器每排散热面积通水断面积。（3）求析湿系数（4）由已知，可选水流速范围代入当当一、填空题（共30分）1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性_通称为流体的分子传递性质。2、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_。3、热质交换设备按照工作原理不同可分为_间壁式、_混合式_、_蓄热式_和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于_间壁_式，而喷淋室、冷却塔则属于_混合式。3、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。5、_温度差_是热量传递的推动力，而_浓度差_则是产生质交换的推动力。6、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_。7、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。8、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和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量MA与组分A的_浓度梯度成正比，其表达式为；当