第1章-热质交换原理-绪论

2018/9/926-1第一章

绪论《热质交换原理与设备》1本PPT文件需配合连之伟、陈宝明编写的《热质交换原理与设备》（中国建筑工业出版社出版）使用。26-22023/11/28目录1.1建筑环境与能源应用专业涉及的

热质交换现象及其设备分类1.2本门课程在专业中的地位与作用

1.3本门课程的主要研究内容与方法1.1建筑环境与能源应用专业涉及的热质交换现象

及其设备分类26-3动量、热量和质量传递的实现方式：分子的微观运动引起的分子扩散；旋涡混合造成的流体微团宏观运动引起的湍流传递流体系统中：速度梯度动量传递温度梯度热量传递浓度梯度质量传递2023/11/28

1.1.1三种传递现象的联系a）牛顿黏性定律两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率，即:26-42023/11/28b）傅立叶定律在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式传递的热量通量密度为：26-52023/11/28c）斐克(Fick)定律在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数ρA的分布为一维的，则通过分子扩散传递的组分A的质量通量密度为：26-6DAB:组分A在组分B中的扩散系数，m2/s;2023/11/28汇总动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量浓度的变化率。能量传递公式表明：能量通量密度正比于能量浓度的变化率。质量传递公式表明：组分A的质量通量密度正比于组分A的质量浓度的变化率。26-72023/11/28统一公式:FDΦ':Φ'的通量密度；Φ：单位体积的某种量；dΦ/dy:Φ的变化率；C:比例常数(扩散系数)。质量传递：FDΦ'

=jA,Φ=ρA,C＝DAB;动量传递：FDΦ'

=τ,Φ=u,C＝μ。能量传递：FDΦ'

=q,Φ=t,C＝λ;26-82023/11/28d）湍流传递性质

26-9湍流流动分子扩散传递宏观流体微团掺混也引起传递现象动量传递热量传递质量传递湍流切应力湍流热流密度湍流质量通量密度2023/11/28

通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。

总的效应26-102023/11/28分子传递系数ν,a,DAB：

是物性，与温度、压力有关；通常各项同性。湍流传递系数νt,at,DABt：不是物性，主要与流体流动有关；通常各项异性。

两种传递系数的比较26-112023/11/2826-122023/11/28

1.1.2本专业中的典型热质交换现象以冷凝器中的热量传递过程为例专业常见的设备型式与传热机理表名称型式传热机理表冷器间壁式对流—导热—对流喷淋室直接接触式接触传热、传质蒸发器（锅炉）间壁式辐射—导热—两相传热蒸发器（制冷）间壁式对流—导热—蒸发过热器间壁式辐射+对流—导热—对流省煤器间壁式对流(辐射分额少)—导热—对流空气预热器间壁式或蓄热式对流—导热—对流蒸汽喷射泵直接接触式接触传热、传质冷凝器间壁式凝结—导热—对流冷却塔直接接触式接触传热、传质蒸汽加热器间壁式凝结—导热—对流热水加热器间壁式对流—导热—对流除氧器直接接触式接触传热、传质蒸汽加湿器直接接触式接触传热、传质散热器间壁式对流—导热—对流+辐射暖风机间壁式对流（或凝结）—导热—对流26-132023/11/281.1.3

热质交换设备的分类（1）按工作原理分类间壁式(表面式)直接接触式（混合式）蓄热式（回热式、再生式）热管式26-142023/11/28（2）按照热流体与冷流体流动方向分类顺流式逆流式叉流式混合式26-152023/11/28顺流换热器26-162023/11/28逆流换热器26-172023/11/28叉流换热器示意图

26-18两种流体均不混合一种流体混合另一种不混合2023/11/28(c)总趋势为逆流的混合流26-19

(a)先顺后逆的平行混流(b)先逆后顺的串联混流(d)总趋势为顺流的混合流2023/11/28混流换热器顺流逆流26-202023/11/28螺旋板式换热器26-212023/11/28发生相变时冷、热流体的温度变化图 (a)冷凝器中的温度变化；(b)蒸发器中的温度变化26-222023/11/28可作为纯顺流的实际工程中的混合流26-232023/11/28（3）按用途分类

表冷器加热器预热器喷淋室过热器冷凝器蒸发器加湿器暖风机26-24（4）按制造材料分类金属材料非金属材料(石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）稀有金属材料（钛、锆等）2023/11/28

本课程是将《传热学》《流体力学》《工程热力学》《供暖工程》《区域供热》《工业通风》《空气调节》《空调用制冷技术》《锅炉及锅炉房设备》及《燃气燃烧》等课程中牵涉到流体热质交换原理及相应设备的内容抽出，经综合整理、充实加工而形成的一门课程。26-252023/11