第3章 传热传质问题的分析和计算2

1、土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 1 1/16/16第第3章章 传热传质问题的分析和计算传热传质问题的分析和计算3.1 动量、热量和质量传递类比动量、热量和质量传递类比3.2 对流传质的准则关联式对流传质的准则关联式3.3 热量和质量同时进行时的热质传递热量和质量同时进行时的热质传递3.4 传质应用举例传质应用举例 土木工程

2、学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 2 2/16/16第第2 2节节 对流传质的准则关联式对流传质的准则关联式 2.1 2.1 流体在管内受迫流动时的质交换流体在管内受迫流动时的质交换 2.2 2.2 流体沿平板流动时的质交换流体沿平板流动时的质交换 土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundam

3、entals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 3 3/16/162.1 2.1 流体在管内受迫流动时的质交换流体在管内受迫流动时的质交换 由传热学可知，在温差较小的条件下，管内由传热学可知，在温差较小的条件下，管内紊流换热可不计物性修正项，并有如下准则紊流换热可不计物性修正项，并有如下准则关联式：关联式：管内流动着的气体和管道湿内壁之间，当管内流动着的气体和管道湿内壁之间，当气体中某组分能被管壁的液膜所吸收，或气体中某

4、组分能被管壁的液膜所吸收，或液膜能向气体作蒸发，均属质交换过程。液膜能向气体作蒸发，均属质交换过程。相关计算可类比于管内受迫流动换热。相关计算可类比于管内受迫流动换热。Nu=0.023Re0.8Pr0.4土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 4 4/16/16通过大量被不同液体润湿的管壁和空气之间通过大量被不同液体润湿的管壁和空

5、气之间的质交换实验，吉利兰（的质交换实验，吉利兰（Gililand）把实验）把实验结果整理成相似准则并表示在结果整理成相似准则并表示在图中图中。Sh=0.023Re0.83Sc0.44其相应的准则关联式为：其相应的准则关联式为：应用范围：应用范围： 2000Re35000，0.6Sc2.5注：定型尺寸是干壁内径，速度为管内平均流速，注：定型尺寸是干壁内径，速度为管内平均流速，定性温度取空气温度。定性温度取空气温度。相比紊流换热：关联式只在指数上稍有差异。相比紊流换热：关联式只在指数上稍有差异。 土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals a

6、nd EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 5 5/16/16林顿（林顿（LintonLinton）和舍伍德（）和舍伍德（SherwoodSherwood）提）提出的关联式：出的关联式：Sh=0.023Re0.83Sc1/3应用范围：应用范围： 20002000ReRe7000070000 1000 1000ScSc22602260土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals an

7、d EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 6 6/16/16用类比律来计算管内流动质交换系数：用类比律来计算管内流动质交换系数：由于：由于：StmSc2/3=f/8采用布拉休斯光滑管内的摩阻系数公式：采用布拉休斯光滑管内的摩阻系数公式：f=0.3164Re-1/4整理则可得：整理则可得：土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mas

8、s Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 7 7/16/162.2 2.2 流体沿平板流动时的质交换流体沿平板流动时的质交换 相应的质交换准则关联为相应的质交换准则关联为:回顾传热学中对边界层的理论分析，得到回顾传热学中对边界层的理论分析，得到沿平板流动换热的准则关联式，当流动是沿平板流动换热的准则关联式，当流动是层流时：层流时：Nu=0.664Re1/2Pr1/3Sh=0.664Re1/2Sc1/3应用范围：应用范围： Re5105 0.6Sc2500 土木工程学院土木工程学

9、院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 8 8/16/16Sh=(0.037Re0.8-870)Sc1/3 当流体是紊流时当流体是紊流时,换热的准则关联式为换热的准则关联式为:Nu=(0.037Re0.8-870)Pr1/3相应的质交换准则关联式是：相应的质交换准则关联式是：应用范围：应用范围： 5105Re107 0.6Sc2500土木工程学院土木工

10、程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 9 9/16/16定型尺寸是用沿流动方向的平板长度定型尺寸是用沿流动方向的平板长度L，速，速度度u用边界层外的主流速度。用边界层外的主流速度。计算所得的计算所得的hm是整个平板上的平均值。是整个平板上的平均值。 对于沿其他形状的物体表面的对流传质的准对于沿其他形状的物体表面的对流传质的准则关联式，如：圆球、圆

11、柱以及横掠管束等则关联式，如：圆球、圆柱以及横掠管束等情形也都可以参考相应的传热准则关联式。情形也都可以参考相应的传热准则关联式。 土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 1010/16/16例例2-10试计算空气沿水面流动时的对试计算空气沿水面流动时的对流质交换系数流质交换系数hm和每小时从水面上蒸发的水和每小时从水面上蒸发的水

12、量。已知空气的流速量。已知空气的流速u=3ms，沿气流方向的，沿气流方向的水面长度水面长度L=0.3m，水面的温度为，水面的温度为15,空气温空气温度为度为20，空气总压力为，空气总压力为1.013105Pa，其中，其中水蒸气分压力水蒸气分压力p2=701Pa，相当于空气的相对，相当于空气的相对湿度为湿度为30。土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则

13、关联式传质准则关联式 1111/16/16 例例2-11 2-11 一游泳池宽一游泳池宽6m6m、长、长12m12m，暴露，暴露在在2525、相对湿度为、相对湿度为5050的大气环境中，风的大气环境中，风速为速为2m/s2m/s，风向与泳池长边方向平行。假设，风向与泳池长边方向平行。假设水面与池边在一个水平面上，求每天池水的水面与池边在一个水平面上，求每天池水的蒸发量。蒸发量。 假定：（假定：（1 1）稳态条件）稳态条件 （2 2）水面光滑并忽略空气主流中的湍流效应）水面光滑并忽略空气主流中的湍流效应 （3 3）传热、传质比拟条件成立）传热、传质比拟条件成立 （4 4）自由流中水蒸气可当作理想

14、气体）自由流中水蒸气可当作理想气体 土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 1212/16/16 例例2-12 2-12 在一个大气压下，一股干空气吹在一个大气压下，一股干空气吹过一湿球温度计，达到稳定状态时，湿球温过一湿球温度计，达到稳定状态时，湿球温度计的读数为度计的读数为18.318.3，求空气的干球温度。，求空气的干球温度

15、。 土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 1313/16/16土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Equipment 第第3 3章章 分析和计算分析和计算第第2 2节节 传质准则关联式传质准则关联式 1414/16/16土木工程学院土木工程学院Heat and Mass Transfer: Fundamentals and EquipmentHeat and Mass Transfer: Fundamentals and Eq