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壁量

扩散；描述这三种分子传递性用的定律分别是牛顿粘性定律一、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。外表式冷却

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

1式。工程计算中当管束曲折的次数超过二次，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、质量传递有两种根本方式：分子扩蔽和对流扩散,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in、与组分A的浓度梯度成正比,其表达式为

2

mA.=-DAHfij'kOg//m-s

办；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：=儿.（，-"卜4,它说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战差。Xl（r5m2/so

3、喷雾室是以实现和生气—在直接接触条件下的热湿交换。

4、当表冷器的外表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/hniad=Cp0

2、冷凝器的类型可以分为水冷式，空气冷却式（或称风冷式）和蒸发式三种类蛰

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、刘伊斯关系式文中表达为h/hmad=CD刘伊斯关系式文中表达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隹内变化很小时，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200C被冷却到120℃,油从100C都被加热到120℃,那么换热器效能是

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”，其向热源放热从冷热吸热。2,消耗热能Q），那么其性能系数

COP=QI-Q2/Qo。

10、冬季采暖时，蒸发器外表易结霜，融霜的方法有中除霜、四通阀换和除霜、排气温度除雷

I、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生也量"、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.潜热交换是一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℃,那么此混合物中空气的

质扩散系数为0.547*10渣m?/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4OW/（m2「C）那么

换热器面积为丝—n?。

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也应尘；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

a,

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。

外表式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式,而喷淋室、冷却塔那么属于直接接触式。

3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为一顺流一式、逆流一式、_混合流一式和一叉流一式。

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、一温差一是热量传递的推动力，而一焰差—那么是产土质交换的推动力。

6、质量传递有两种根本方式：分子传质和对流传质，两者的共同作用称为—o

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

散通量那么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的浓度梯搜成正比。

9、麦凯尔方程的表达式为：hw（ti-tw）=hmd（i-ii）,它说明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时

在行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的传热系数与焰差驱动力的乘积

10、相际间对流传质模型主要有薄膜理论、溶质渗透理论、外表更新理论。

1.当流体中存在着速度、温度和浓度的梯度时，那么分别会发生一动里—传递、一热星一传递和一

质量—传递现象。

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：―动态制冰方式和一静态.制冰方式。

4.一个完整的枯燥循环由吸湿过程、^£^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，可分为一间壁式____________、一直接接触式一、

蓄热式、.热管式.。

7.蒸发冷却所特有的性质是一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桂度________________________。

8.冷却塔的热工计算原则是冷却数N=特性数N'当流体流过一物体外表，并与外表之

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hnio

由式（13）联系4（9）和（10）可以得到：

即—=—Le2/3

得到PCPU〃

［上述方框表示乘号点）

对于气体或液体，上式成立的条件是0.6<Sc<25（X）,0.6<Pr<100

2澳化锂水溶液的外表蒸气压

1•不同浓度下压力和饱和温度的关系。由于溶液沸腾时只有水蒸气气化，所以图中纵坐标所示的压力即

是溶液外表上水蒸气的饱和分压力。2•在一定的温度下，溶液外表上的水蒸气饱和分压力低于纯水的饱

和压力。溶液的浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越低。（浓溶液吸收水蒸气的能力强）3.在•定浓度

下，溶液温度越低，液面上的水蒸气分压力越低。（低温溶液吸收水蒸气的能力强）4•结晶线说明了不同

温度下溶液的饱和浓度。温度越低那么饱和浓度越小。这又说明了溶液的温度过低或浓度过高时都容易

产生结晶，这是液化锂制冷机应该防止的现象。（同热质交换）

3湿空气在冷外表上的冷却降湿

空调工程中，常用外表式空气冷却器来冷却、枯燥空气。湿空气进入冷却器内，当冷却器外表温度低

于湿空气的露点温度，水蒸气就要凝结，从而在冷却器外表形成一层流动的水膜。

紧靠水膜处为湿空气的边界层，这是可认为与水膜相邻的饱和空气层的温度与冷凝器外表上的水膜温度

近似相等。因此.空气的主体局部与冷凝器外表的热交换是由空气的主流与凝结水膜之间的温差（t-ti）

而产生的，质交换那么是由于空气主流与凝结水膜相邻的饱和空气层中的水蒸气的分压力差，即含湿量

差（d-di）而引起的。在冷却外表的两侧，分别存在湿空气的水膜和边界层以及冷却剂侧的边界层，所

有的热质交换都需要克服冷却外表两侧的两层膜所带来的阻力。

4枯燥循环（简答或判断对错）1枯燥剂外表的水蒸气分压与其吸湿量的关系、枯燥剂吸湿量与水蒸气分

压及温度的关系）

吸附空/工中水蒸气的吸附剂被称为枯燥剂。枯燥剂的吸湿和放湿是由于枯燥剂外表的蒸汽压与环境空气

的蒸汽压造成的：当前者较低时，枯燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时，到达平衡，既不吸湿，也不放

湿。吸湿量增加，外表蒸汽压力也随之增加。当外表蒸汽压超过周围空气的蒸汽压时，枯燥剂脱湿，这

一过程称为再生过程。枯燥剂加热枯燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差。冷却枯燥剂，降低其

外表蒸汽压使之课重新吸湿。

5外表器热工计算的主要原则

1）该冷却器能到达的£।应该等于空气处理过程需要的£>

2）该冷却器能到达的£2应该等于空气处理过程需要的£2

3）该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量

6空气与水直接接触的状态变化过程

A」：IwV露点温度，IwVllVtA,PqKPqA,冷却和枯燥.

A-2：tw;露点温度，twVtA,Pql=PqA,等湿冷却。

A-3：iw）露点温度，但〈湿球温度，iwClA和Pq3）PqA,冷却和加湿。

A-4：tw;湿球温度，等湿球温度线与等焰线相近，空气状态沿等焰线

变化而被加湿。总热交换量近似为零，而且twVtA和Pq4〉PqA,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。

A-5：lw>海球温度而〈干球温度，lw<lA,Pq5>PqA,冷却和加湿。水蒸

发所需热量局部来自空气，局部来自水。

A-6:tw=干球温度，tw=tA和Pq6>PqA,不发生显热交换，等温加湿。

水蒸发所需热量来自水本身。

A-7:tw>干球温度，tw>tA和Pq7>PqA,加热和加湿。蒸发所需热量

及加热空气的热量均来自水木身。以冷却水为目的的湿空气冷却塔内

发生的便是这种过程。

P4-6的与撼翻的状旅他程

过程线水温特点t或QxD或QxI或Qx过程名称

A-1tw<tl减减减减湿冷却

A-2tw=tl减不变减等湿冷却

A-3tl<tw<ts减增减减焰加湿

A-4lw=is减增不变等焰加湿

A-5ts<tw<tA减增增增焰加湿

A-6tw=tA不变增增等温力II湿

A-7tw>tA减增增增温加湿

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。时，随着的增大，壁面

导热星是逐渐减小的，而膜总传热星是逐渐增大的；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枯燥剂外表水蒸气分压与其吸湿量的关系：吸湿量增加，外表蒸汽压力也随之增加；枯燥剂吸湿量与

水蒸气分压及温度的关系：当外表蒸汽压超过了周围空气的蒸汽压事，枯燥剂脱湿，这一过程称为再生

过程。枯燥剂加热枯燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差，冷却枯燥剂，降低其外表蒸汽压使之

可重新吸湿。

10漠化锂水溶液的外表蒸汽压：外表分析：澳化锂溶液的蒸汽压，远低于同温下水的饱和蒸汽压，这

说明澳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丁•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；澳化锂水溶液的质量分数过高或过低均形成结晶。

11箭头向右一等温加湿，喷水蒸气；箭头向下一等湿冷却，表冷相；箭头向上一等湿加热，外表式空

与加热；箭头斜向下一等焰加湿，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：Vp=G/Ac喷嘴系数：u=W/G。

空气与水之间的熔差；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：该喷淋室能到达的应该等于空气处理过程需要的；该喷淋室能到达的应

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v=D或者v/D=l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a=D或a/D=l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。

t（-Co）=qc（Co）公式可得：

上式说明，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COM）,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C（K0时，随着C0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。

17表冷器处理空气时发生热质交换的特点：

当冷凝器外表温度低十被处理空气的干球温度，但高于其露点温度时，那么空气只被冷却而并不产生凝

结水。这种过程称为等湿冷却过程或干冷过程（干工况）。如果冷凝器的外表温度低于空气的露点温度，

那么空气不但被冷却，而且其中所含水蒸气也将被局部地凝结出来，并在冷却器的肋片管外表上形成水

膜.这种过程称为减湿冷却过程或湿冷过程（湿工况）。在这个过程中，在水膜周围将形成一个饱和空气

边界层，被处理空气与表冷器之间不但发生显热交换，而且也发生质交换和由此引起的潜热交换。

18影响混合式设备热质交换的主要因素

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

19常见的固体制冷剂：硅胶、沸石、氧化铝、氯化钙

常见的液体吸湿剂：浪化锂、氯化锂、乙二醉、三甘醇

20影响混合式设备热质交换的主要因素

主要包括五个方面1）空气与水之间的焰差2）空气的流动状况3）水滴大小4）水气比5）设备的结构特性。

21.传质阿克曼修正系数CO值有正有负。当传质方向是从壁面到流体主流方向时，CO为正传，反之为

负值。

二、分别写出对流换热与对流传质的根本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同

时存在时，对流换热系数h和末流传质系数hm之间存在什么样的关系？（10分）

答：（1）对流换热的根本计算式："=〃（0—晨）皿/加2

q——流体与壁面之间的对流换热热流通量，卬；

h——对流换热系数，W/ni2'K;

一一壁面温度，Ko

对流传质的根本计算式：%=一

一一组分A的质扩散通量，kgh—s；

*一一对流传质系数，团/s；

必,s，夕八m——组分在壁面处和在主流中的质量浓度，kg1〃工

（2）当热质传递同时存在时，对流换热系数h和对流传质系数hm之间满足以卜.关系式：

,hyhI

%或%

三、下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了

类比，请将其补充完整。（20分）

对流换热对流传质

控制方程

dudvdudv

——+—=0A—十—=0A

dxdydxdy

dudud\idudud'u

u—+v—=7—%「旷次

dxdydy~7

dtdtd2t〃乡+口心=。斗

U一+V一=Cl-7

dxdydydxdydy"

微分方程

T停］=立-8）

vdyL

边界条件

y=O,M=O,v=V0,CA=C

y=O,u=v=O,t=twAw

yffCAF

假设条件常物性流体（1）组分A在空气中浓度很低

（2）界面法线方向速度可忽略不计

四、简述外表式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。（10分）

答：当冷却器外表温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点温度时，空气只被冷却并不产生凝结水,

此为等湿冷却过程（干冷）；当冷却器外表温度低于空气的露点温度时，空气不但被冷却且其中所含水

蒸气也将局部凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焰

差，而不是温差。

五、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到

如下图的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种过程的特点，然后将给出的表格填写完整。（15

分）

过程线水温特点tdi过程名称

A-1减减减减湿冷却

4Y。

A-2减不变减等湿冷却

九二。

A-3减增减减熔加湿

LY九Y。

A-4减增不变等焰加湿

。=小

A-5减增增增焰加湿

4YYtA

A-6不变增增等温加湿

=G

A-7增增增增温加湿

4>%

一、质量布自递的推动力是什么？传质有几种根本方式？其机L理有什么不同？（10分）

答；质量传递的推动力是浓度梯度。传质有两种根本方式：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那么运动引起，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对，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：

x处与心/心S或•

明,必一分别为组分A的相对质扩散通显和摩尔扩散通量；

dg而八

"丫，dy一一分别为组分A的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；

八一一组分A向组分B中的质扩散系数，单位62/S；

%=~DAB苧kgjm?,s+匕..

当混合物以整体平均速度v运动时dy

三、简述“薄膜理论”的根本观点。（15分）

答：当流体流经固体或液体外表时，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：如果组分浓度比拟低，界面上的质扩散通量比拟小，那么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。

王、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5分）

答：

是凯尔方程说明，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

是湿空气的燧差。

上式中，4°二为潜热和显热的代数和；，•为主流空气的焰，'〃为边界层中饱和湿空气的焰，〃源为湿交

换系数或空气与水外表之间按含湿量之差计算的传质系数。

名词解释

热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉）、绝热饱和温度（绝热增湿过程中空气降温的极限）、传质

通量（单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量）、扩散系数（沿扩散方向在单位时间每单位

浓度降的条件卜，垂直通过单位面积所扩散果物质的质量或摩尔数、）空，调节［利用冷却或者加热发

备等装置,对空气的温度和湿度进行处理,使之到达人体舒适度的要求）、新风（从室外引进的新鲜空

餐，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中）、回风（从室内引出的空气，经过热质交换设备的处

理再送1可室内的环境中）、露点温度（指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和时的温度）

、机器露点（空气在机器上结露产生凝结水的温度值）

、分子传质（由于分子的无规那么热运动而形成的物质传递现象）（扩散传质）、对流传质（：是流体流动

条件下的质量传输过程）、质量浓度（单位体积混合物中某组分的质量

）、浓度边界层〔质最传递的全部阻力集中于固体外表上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度

边界层）、速度边界层（质量传递的全部阻力集中于固体外表上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为

浓度边界层

）、热边界层

、雷诺类比1对流传热和摩擦阻力间的联系）、宣乌特准则数（流体传质系数hm和定型尺寸的乘枳与

物体的互扩散系数（Di）的比值）、施密特准则数（流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）

的比值）、普朗特准则数（流体的运动黏度（v）与物体的导温系数a的比值）

简要答复以下问题

1、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些？

冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电

网顶峰时段空调用电负荷及空谎系统装机容量

2、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪儿类？试说明他们各自的特点？

水冷和风冷冷凝器水冷，空冷，水一空气冷却以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。采

用水冷式冷凝器可以得到比拟低的温度，这对制冷系的制冷能力和运行经济性均比拟有利。

3、冷却塔分为哪几类？由哪些主要构件组成？干式和湿式。有淋水装置、配水系统、通风筒组成。

4.解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系。

显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是空气中

的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。

5、表冷器与喷水室比拟，有什么区别？

表冷器有两种：一是风机盘管的换热器，它的性能决定了风机盘管输送冷（热）量的能力和对风量的影

响。一般空调里都有这个设备。二是空调机组内的风冷的翅片冷凝器。空调里的表冷器铝翅片采用二

次翻边百页窗形，保证进行空气热交换的扰动性，使其处于紊流状态下，较大地提高/换热效率。表冷

器是给制冷剂散热的，把热量排到室外，它把压缩机压缩排出高温高压的气体冷却到低温高压的气体。

利用制冷剂在表冷器内吸热，使之被冷却空间温度逐渐降低。

空气处理机组的风机盘管表冷器，通过里面流动的空调冷冻水（冷媒水）把流经管外换热翅片的空气冷

却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的问水管道将所吸收的热量带I可制冷机

组，放出热量、降温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环。

喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。喷水室由喷

嘴、喷水管路、挡水板、集水池和外壳等组成。空气进入喷水室内，喷嘴向空气喷淋大量的雾状水滴，

空气与水滴接触，两者产生热、湿交换，到达所要求的温、湿度。喷水室的优点是可以实现空气处理的

各种过程；主要缺点是耗水量大，占地面积大，水系统复杂，水易受污染，目前在舒适性空调中应用不

多。工程中选用的喷水室除卧式、单级外，还有立式、双级喷水室。

6、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些？

扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件下，垂更通过单位面积所扩散某物质的质量或

摩尔数，大小主要取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力。

7、试比拟分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系？

传质传热

Sc=v/diPr=v/a

Sh=hm.1/DiNu=hl/X

8、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？

UaUb:绝对速度Um：混合物速度UaUb扩散速度Ua=Um+iUa-Um)绝对速度:主体速度+扩散速度

9、写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用？

NA:-DdCA/dz+xA(NA+NB)

10、简述“薄膜理论”的根本观点。

当流体靠近物体外表流过，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，

并假定膜内流体与主流不相混合和扰动，在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散作用，而

且认为在薄膜上垂直「壁面方向上呈线性的浓度分布，膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。

1K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。

当边界层传递方程的扩散系数相等时即v=a=D或V/a=V/D=a/D=l时具有完全相同的形式

12、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。

hw(ti-tw)=hmd(i-ii)湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱和空气的焙差是热值交换

的推动势，其在单位时间内单位面积上的总传热量可近似的用传值系数hmd与焰差动力Ai的乘积来表

示。

13、分别写出对流换热与对流传质的根本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同

时存在时，对流换热系数h和对流传质系数心之间存在什么样的关系？

hmA〃LReScl/3

14、简述外表式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。

当冷却器外表温度低「被处理空气的干球温度，但高「其露点温度时，那么空气只是冷却而不产生凝结

水，称干工况。如果低于空气露点，那么空气不被冷却，旦其中所含水蒸气局部凝结出来，并在冷凝器

的肋片管外表形成水膜，称湿工况，此过程中，水膜周围形成泡和空气边界层，被处理与表冷器之间不

但发生显热交换还发生质交换和由此引起的潜热交换。

15、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点？

对空气的降温和除湿分开处理，除湿不依赖于降温方式实现。节约传统除湿中的缺点，节约能源，减少

环境污染。

16、表冷器处理空气的工作特点是什么？

与空气进行热质交换的介质不在空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进行的。空气与水的流

动方式主要为逆交叉流。

17、吸附(包括吸收)除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么？

吸附除湿是利用吸附材料降低空气中的含湿量。吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行

压缩，且噪声低并可以得到很低的露点温度。

表冷器缺点：仅为降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿必须较低，

综述题

1、空气与水接触时，由于水温的不同空气的状态变化过程也将不同，随着水温的不同可以得到多种空

修状态变化过程，试用热湿交换理论简单分析这几种过程。

1空气与水直接接触时的状态变化过程130页(图4-6和图4-7掌握，其旁边的

文字介绍理解掌握，图4-8的图有误，但是也不需要掌握其图形，但旁边的文

字要掌握，就是以水和空气为研究的分析)

2、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。

当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，那么分别发生动量、热量、质量的传递现象。动量、热量、

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

运动引起的湍流运动。动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式

是类似的。

3,建立湿空气通过表冷器冷却时的物理模型，写出传热传质的微分方程，并进行简单讨论。

4、试讨论空气与水直接时的状态变化过程。

解：假设当空气与水在一微元面dA上接触时，假设空气温度变化为dt,含湿量变化为d(d)。

(1)显热交换量：&Qx=%出二2-3M(2分)

G---湿空气的质量流量，kg/s

A——湿空气与水外表之间的显热交换系数，W/(m2.℃)

(2)湿交换量：d印==%(d・dJdA微分)

潜热交换量：=汨甲=厂%0-4)必的分)

r----温度为tb时水的汽化潜热，kJ/kg

切尔一一单位时间单位面积蒸发(凝结)的水量，kg/(m2.s)

⑶总热交换量："Q，=4Q*+4。产氏

对空气一一水系统，存在刘易斯关系式:%=%(2分)

所以上式二儿」k，"4)+«d-由)冏

=%【(3+川)-(3,+rd,)]dA=%Q・〃)dA(2分)

因为：当温度为t时，湿空气焰为：'=

当温度为tb时，湿空气为为：：'$='，,♦+&

如果忽略水蒸汽从0C加热到t°C时的玲，即C,3项，并考虑到t和lb差异不大,所以空气的比热和

水的汽化潜热变化不大，即有：C,产、八。口入

所以从(3)式可以得到：

⑷dQ.=%Gf)必一一麦凯尔方程

麦凯尔方程说明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，那么总热交换的推动力为空气一一

主流湿空气与紧靠水面的饱和边界层空气的焰差。(2分)

由于是空气与水之间发生的热质交换，所以不仅空气的状态会发生变化，水的状态也会发生变化。如果

在热质交换中，水的温度变化为dlw,那么根据热平衡：

⑸dQt=dQf+dQ«=Wcfdiv(2分)

W---水的质量流量，kg/s

%——水的定压比热，kJ/(kg/C)

(1)(2)(3)(4)(5)称为空气与水直接接触时的热湿交换根本方程式。

5、简述换热器热工计算常用的计算方法。

6、试比拟分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系。

7、分别讨论空气在夏季、冬季热质处理的方案，并加以说明。

8、质量传递的推动力是什么？浓度差。传质有几种根本方式？分子传质和对流传质。其机理有什么不

同？

9、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u运动时，斐克定

律又该如何表示？

NA=-DdCA/dz+xA（NA+NB）

10、下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了

类比，请将其补充完整。

II、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到如

下图的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种过程的特点，然后将给出的表格填写完整，

12、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点？

1优点

1）平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。

2）制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。

3）利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。

4）电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、平安可靠且自动化程度高不需要专人管理。

5）冷冻水温度可降到1—4℃,可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。

6）相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。

7）具有应急冷（热）源，空调可靠性提高。

8）冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。

2缺点

1）通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大

2）蓄能装置要占用一定的建筑空间。

3）制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。

4）设计与调试相对复杂。

1.热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么？

解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。

间壁式又称外表式，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。

直接接触式乂称混合式，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。

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。

热管换热器是以热管为换热元件的换热器，由假设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穷腔分别形成热、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。

2、简述顺流、逆流、汉流、和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比拟和分析

解：顺流式乂称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端

注入换热器。

逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，跳冷、热两种流体逆向流动，由相对得到

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。

混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流局部，又有逆流局部。

顺流和逆流分析比拟：

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，以此来看，热

质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能防止布置成顺流，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•端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。

3、间壁式换热器可分为哪儿种类型？如何提高其换热系数？

解: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：⑴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。⑵增加气流

的扰动性。⑶采用小管径。

4、混合式换热器分为哪几种类型？各种类型的特点是什么？

触；混合式换热器按用途分为以下几种类型；

⑴冷却塔⑵洗涤塔⑶喷射式热交换器⑷混合式冷凝器

a、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。

b、洗涤塔是以液体与气体的直接接触来洗涤气体以到达所需要的目的，例液体吸收气体混合物中的某

些组分除净气体中的灰尘，气体的增湿或枯燥等。

c、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，在扩散管的出口到达同一压力和温度后送给用户。

5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。

5、湿式冷却塔可分为哪几类？各类型的特点是什么？

能：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

a、开放式冷却塔是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。

b、风筒式自然冷却塔中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。

c、鼓风逆流冷却塔中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。

6、简述冷却塔的各主要部件及其作用。

解：冷却塔的主要部件及作用：

(1)淋水装置，乂称填料，作用在于将进塔的热水尽可能的形成细小的水滴或水膜，增加水和空气的

接触面积，延长接触时间，从而增进水气之间的热质交换。

(2)配水系统，作用在于将热水均匀分配到整个淋水面积上，从而使淋水装置发挥最大的冷却能力。

13)通风筒：冷却塔的外壳气流的通道。

7.在湿工况下，为什么一台表冷器，在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度越高那么换热能力越

大？

解：空气的湿球温度越高所具有的烯值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交换的动力是焙差，

焙差越大，那么换热能力就愈大。

8、说明水冷式外表冷却器在以下几种情况其传热系数是否发生变化？如何变化？a,b,c,b,

表冷器的传热系数定义为

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g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。

9、什么叫析湿系数？它的物理意义是什么？

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。Xl()5pa,

温度为