考试范围及重点老师搞的

1、1 内容回顾 2 重点提要 3 考试说明,课程主要内容,利其器,善其事,3,本课程关键词,原理: 扩散传质、对流传质、热质交换类比、准则关系式、刘易斯关系式 (1-3章) 方法: 直接热湿交换、间接热湿交换、吸附、吸收 (4-5章) 设备: 表冷器 (对数平均温差，-NTU法，全热交换效率，接触系数)、冷却塔、喷淋室、蒸发冷却空调、温湿度独立调节系统 (6-8章),4,复习方法,利用传热和传质的相似性以及掌握的传热学知识，学习课程中的基本原理和解决问题方法；“重基础”,注重规律的掌握和运用、过程的分析和优化，掌握热质交换的基本理论和基本方法；“重理解”,抓大放小，善于简化，忽略细枝末节，善于抓

2、重点。“重关键”,5,对习题透彻理解，深入解析，与实际应用相结合，举一反三。“重应用”,复习资料： 以该PPT及课本为主，计算题所涉及知识点不超出习题及例题范围 考试内容不超出本PPT提及范围,1,绪 论,1.1 三传现象及内在联系 1.2 热质交换设备及分类,第1章 绪论,三传现象及其内在联系（P4P7）,牛顿粘性定律(Newtons law of Viscosity)动量传递 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,7,傅立叶定律 （Fourier Law)热量传递 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,斐克定律（Ficks

3、 Law）质量传递 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C*A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： （在总浓度不变的情况下）,第1章 绪论,热质交换设备及分类（P9-P12） 按工作原理分,8,热质交换设备及分类（P9-P12） 按流动方式分,第1章 绪论,(3) 逆流最高温度发生在同一端,应避免高温过热.,(1) 顺流平均温差最小,逆流平均温差最大. (2) 顺流时,冷流体出口温度总低于热流体的出口温度,而逆流时,却可能高于出口温度.,9,（注：有相变时,无所谓顺流逆流.）,2,传质的理论基础,2.1 传质基本概念 2.2 扩散传质 2.3 对流传质

4、 2.4 传质模型,11,2.1 传质基本概念,组分、质量浓度与摩尔浓度、质量分数与摩尔分数 (P17-P19),传质速率与扩散通量 (P19-P20),例2-1 (P21),质量浓度,摩尔浓度,两者关系,质量分数,摩尔分数,两者关系,绝对速度: uA , 以绝对速度表示的扩散通量,扩散速度: uA-u, 以扩散速度表示的扩散通量,主体速度: u, 以主体速度表示的扩散通量,注：扩散通量单位: kg/m2.s(质量通量), kmol/m2.s(摩尔通量),12,2.2 扩散传质,质量传递的基本方式 （P21） 分子扩散与热量传递的导热类似，分子无规则热运动引起 对流传质与热量传递的对流传热类似

5、，分子扩散+对流扩散,扩散传质的基本定律菲克定律 (P22-24) 有整体运动下的通用表达形式：组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量,13,2.2 扩散传质,气体中的扩散过程 (P24-P27) 等分子反向扩散,单向扩散（组分A通过停滞组分B的扩散）,结合理想气体状态方程,分离变量积分，得组分A扩散通量,结合理想气体状态方程，并分离变量积分，得,或者,例2-2（P26）,14,2.2 扩散传质,固体中的扩散过程 (P29-P34) 与固体内部结构无关的稳态扩散,与固体内部结构有关的稳态扩散,（习题 2-11）,菲克型扩散：Kn0.01，d ，主要是分子与孔道壁之间的碰撞起作用； 过渡

6、区扩散：0.01 Kn 10， 与d相差不大 ，既有分子碰撞又有分子与壁面碰撞。,15,2.2 扩散传质,扩散系数及其测量 (P35-P37) 定义：沿扩散方向每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积、单位时间内所扩散某物质的质量或摩尔数。单位: m2/s,扩散系数换算：对于理想气体，已知标准状态下(1.01*105pa,273K)的各气体在空气中的扩散系数，可通过关系式推导出其他压力、温度下的扩散系数,类比于导热系数，是物性参数 D气D液D固,例2-4 (P34),16,2.3 对流传质,对流传质系数 (P40) 类似于对流换热，对流传质中的传质速率为：,浓度边界层概念 (P41) 似于热边界

7、层t ，浓度边界层c被定义为:,为对流传质系数，其量纲和速度量纲一样。,其中：,由于y=0处只有扩散传质，,例2-5（P42）,它是指存在浓度梯度的流体区域；区域外是等浓度的自由流。,17,2.3 对流传质,边界层近似 (P49-50) 沿表面方向上的速度分量要比垂直表面方向的大得多 垂直于表面的梯度要比沿表面的大得多。,18,2.3 对流传质,无量纲化 目的：1. 化繁为简，2. 找共性，3. 揭示本质，4. 找出类比根据。 无量纲参数的定义（归一化，介于01之间）,几何特征,速度,温度,浓度,19,2.3 对流传质,无量纲准则数 (P51) 雷诺准则数(Re), 流体微团的惯性力与粘性力之

8、比。,一般管道雷诺数Re4000为紊流状态；对平壁掠流临界雷诺数等于5105。,施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr),动量传输与热量传输之比，为运动粘度，a为热扩散系数,动量传输与质量传输之比，D的单位m2/s,宣乌特准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢尔特准则数( Nu ),导热热阻与对流换热热阻之比，单位W/(m.k),扩散阻力与对流传质阻力之比，hm单位m/s.,20,2.3 对流传质,对流传质问题求解 (P52-P60) 平板壁面层流传质问题求解（Re5105）,例2-7（P54）,管内稳态层流对流传质（Re2300）,例2-8（P57），习题2-5,21,2.3

9、 对流传质,对流强化传质机理 (P59) 类比对流传热强化，增大对流传质系数h的方法如下：,增大流速; 增大边界层沿y方向的浓度梯度 控制气流速度和浓度梯度的方向，使其夹角尽量小一些。,22,2.4 传质模型,薄膜理论 (P60) 当流体靠近物体表面流过，贴壁处为一薄膜，膜内仅存在稳态扩散，无混合和扰动，且在垂直于壁面方向上浓度呈线性分布。 根据薄膜理论，按斐克定律所确定的稳态扩散传质通量为：,实际大多情况，对流传质系数与对流扩散系数的关系为：,3,传热传质问题的分析和计算,3.1 刘易斯关系式 3.2 对流传质准则关系式 3.3 蒸发冷却问题的求解 3.4 传质对传热的影响,24,3.1 刘

10、易斯关系式,刘易斯关系式的通用形式 (P68-75) 源自于热质交换类比：,适用条件：,空调领域的刘易斯关系式 (P86-87),习题：3-16,对于水-空气系统，Le1; hmd表示以湿空气含湿量差为驱动力的传质系数， hmd=hmA,M,0.6SC2500, 0.6Pr100。,25,3.2 对流传质准则关系式,对流准则关系式 (P76-77) 平板层流 平板紊流 管内层流 管内紊流,注：一般管道雷诺数Re4000为紊流状态； 对平壁掠流临界雷诺数等于5105。,传热传质的类比 类比关系 两个注意：1,适用条件；2, 参数取值,如:定性温度取流体温度等,26,3.3 蒸发冷却问题的求解,蒸

11、发冷却问题 1-求空气干球温度 (P75 例3-1, 习题3-6),采用能量守恒方程，q显热=q蒸发：,上式中，CP查空气的状态参数; 一般PA,也已知，比如干空气，就是0；若给定相对湿度，就等于相应温度下的饱和蒸气压相对湿度 ，即PA, = PA,s,27,3.3 蒸发冷却问题的求解,蒸发冷却问题 2-求蒸发量 (P78例3-3, 习题3-5),关键是求hm, 或者是依据刘易斯关系式求hm,28,3.4 传质对传热的影响,导热强化度 (P82-84) 定义：有传质后壁面上的导热热流与不存在传质时壁面上的导热热流之比。,烧蚀冷却 (P84) 在飞行器表面涂一层材料，当温度升高，材料升华、融化，

12、吸收热量，起到冷却壁面作用。,上式中，C0为传质阿克曼修正系数。当传质方向从壁面到流体，取正值；传质方向从流体到壁面，取负值。通俗理解：壁面吸气，就强化导热；壁面吹气，就弱化导热。,4,空气的热湿处理,4.1 焓湿图分析空气处理过程 4.2 空气与水间接接触的麦凯尔方程 4.3 空气与水直接接触的热湿交换原理 4.4 空气与水接触时状态变化,30,4.1 焓湿图分析空气处理过程,焓湿图中各参数的相互关系,熟悉掌握等焓线、等湿线、等相对湿度线；湿球温度、露点温度等。 含湿量与水蒸气分压、大气压的关系：d=0.622Pq/(B-Pq) 焓值与干球温度、含湿量的关系：h=1.01t+d(2500+1

13、.84t),例题分析,将lkg 温度为20的蒸汽喷人20的空气中，该空气状态变化过程的热湿比 是？,解：喷蒸汽加湿为等温加湿过程。,下列关于空气处理过程的说法正确的是（） A、空气处理过程在h-d 图上一定是一条连接初始状态和终止状态的直线 B、由于水在低于0的环境下会结冰，因此湿球温度不可能低于0 C、溶液除湿器冬季可以实现加热加湿 D、由于喷雾加湿节省了汽化潜热，因此它是比蒸汽加湿节能的加湿方式,31,4.1 焓湿图分析空气处理过程,(1) W L O 喷淋室喷冷水(或用表面冷却器)冷却减湿 加热器再热,(1) W 2 L O:加热器预热 喷蒸汽加湿加热器再热,夏季：冷却减湿,冬季：加热加

14、湿,(2)W 1 O: 固体吸湿剂减湿 表面冷却器等湿冷却,( 3)W O: 液体吸湿剂减湿冷却,(2)W 3 L O: 加热器预热 喷淋室绝热加湿 加热器再热,(3) W 4 O: 加热器预热 喷蒸汽加湿,(4)W L O: 喷淋室喷热水加热加湿 加热器再热,(5)W 5L O: 加热器预热 一部分喷淋室绝热加湿与另一部分未加湿空气混合,空气热湿处理的方案 (P104-106),32,4.2 麦凯尔方程,麦凯尔方程 (P109-110) 应用对象：湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程； 推导依据：热平衡原理，水-空气系统刘易斯关系式； 主要结论：湿空气主流与水膜表面之间热质交换的 推动力是湿空气

15、主流与水膜边界层饱和空气的焓差。,33,4.3 空气与水直接接触,热湿交换原理 (P115-116，P123) 潜热交换（湿交换）的驱动力是水蒸气浓度差（水蒸气分压力差）； 显热交换（热交换）的驱动力是水蒸气温度差； 总热交换以湿球温度为界；潜热交换以露点温度为界；显热交换以干球温度为界。,蒸发冷却装置的工作原理 (P118-119) 直接蒸发冷却，是等焓加湿降温过程，被处理空气能达到的极限温度是湿球温度； 间接蒸发冷却，相当于直接蒸发冷却+换热器，是等湿降温过程，被处理空气或输出冷水的极限温度是露点温度。,34,4.4 空气与水接触 的状态变化过程,空气与水直接接触时各种过程的特点(P120

16、),注：前提条件为接触时间无限长，水量无限大；否则为曲线，如P121。,35,本章计算题举例,空气热湿处理的应用 【计算】某空调房间冷负荷142kW，采用全空气空调，空调系统配有新风从排风中回收显热的装置（热交换率0.65，且新风量与排风量相等，均为送风量的15）。已知：室外空气计算参数：干球温度33，比焓90kJ/kg 干空气，室内空气计算参数：干球温度26，比焓58.1kJ/kg 干空气，当采用室内空气状态下的机器露点（干球温度19，焓51kJ/kg）送风时，求：空调设备的冷量（不计过程的冷量损失）?,空调设备冷量=室内冷负荷+新风冷负荷-回收显热 新风冷负荷=新风量（室内空气焓值-室外空

17、气焓值） 回收显热=排风量空气比热（室外空气温度-室内空气温度）效率 送风量=室内冷负荷/（送风焓-室内焓）,送风量为G=142/(58.1-51)=20kg/s 空调冷量Q=142+200.15(90-58.1)-200.151.01(33-26) 0.65=224kW,36,【单选】有一输送10水的薄壁管通过空气温度为21房间，管道未保温，则使管壁不结露的房间最大允许相对湿度应为( ) A、45 B、50 C、55 D、60,答案：B 分析：考对焓湿图的应用，可参考的焓湿表。是否结露取决于表面温度与空气露点温度的关系，即室内21，湿度为多少时，会在10水的薄壁管上结露。查的最大允许相对湿度

18、为50%。,空气热湿处理的理解,本章选择题举例,5,吸附和吸收处理空气,5.1 吸附和吸附相际传质 5.2 吸收和吸收相际传质,38,吸附和吸附相际传质,吸附的基本知识和概念 (P128-132) 吸附、吸附剂、吸附质； 吸附过程是放热过程，且吸附热大于气化潜热； 吸附种类：物理吸附（分子间范德华力引起，有单层吸附也有多层吸附，可逆）；化学吸附（由于化学键作用，只有单层吸附，不可逆，吸附热大于物理吸附） 吸附剂特性参数：堆积体积=空隙体积+孔体积+材料体积 吸附平衡：对于给定的吸附剂和吸附质，平衡时吸附量与P、T有关。,等温吸附线 (P132) 朗谬尔公式（仅适用于等温单层吸附）,T1T2,3

19、9,吸附和吸附相际传质,常用吸附剂的类型与性能 (P136-137) 硅胶：亲水性，易吸附水分，而难于吸附非极性物质。多孔活性氧化铝：用于气体干燥，石油气脱硫，含氟废气净化。 沸石：通常为人工合成沸石分子筛，为微孔型、具有立方晶体的硅酸盐。对极性分子，不饱和有机物具选择吸附能力。 活性炭：疏水性，常用于空气中有机溶剂，催化脱除尾气中SO2、NOX等恶臭物质的净化； 优点：性能稳定、抗腐蚀。,40,吸收和吸收相际传质,吸收现象 (P150) 溴化锂吸收式制冷机：吸收剂溴化锂；制冷剂水； 氨制冷系统：吸收剂水；制冷剂氨； 溴化锂溶液除湿机：除湿剂溴化锂。,液体除湿剂类型与性能 (P150-P154

20、),各种除湿溶液的差别还在于受盐溶液结晶线的限制，如：溴化锂溶液浓度一般不超过70%，氯化钙溶液的浓度宜小于40%。,41,吸收和吸收相际传质,吸收剂处理空气的机理 (P155-156) 吸收能力与气体分压、温度、溶液浓度等有关：溶液浓度越高，温度越低 溶液表面蒸汽压越低 溶液除湿能力越强。 理想溶液（遵循拉乌尔定律， 1887） 表面蒸汽压随溶剂的摩尔百分数呈线性变化。 典型的吸湿再生过程 1-2： 吸湿同时冷却 2-3-4： 加热，溶液再生 4-1 ： 冷却,42,吸收和吸收相际传质,影响吸收的主要因素 (P156-159) 除湿器结构 绝热型除湿器：结构简单，比表面积大； 内冷型除湿器：

21、吸收热被带走，溶液吸湿能力得以维持，但工艺复杂 多级除湿+排风全热回收：综合上述两种类型的优点 除湿剂特性 宜选择表面蒸汽压低的除湿剂； 宜选择吸收热较小的除湿剂； 比热容大，使吸收热导致的温升不大； 结晶浓度高，使浓度使用范围广。,6,间壁式热质交换设备的热工计算,6.1 总传热热阻及传热基本方程 6.2 表冷器热质交换特点(干、湿) 6.3 表冷器干工况热工计算（tm法与-NTU法) 6.4 表冷器湿工况热工计算 (双效率法),44,总传热热阻及传热基本方程,总传热热阻与总传热系数 (P163),(内部对流),(管壁导热),(外部对流),其中，,总传热系数与总传热热阻成反比,传热基本公式

22、(P165),传热方程：Q=KAtm 热平衡方程：Q=C1G1(t1in-t1out)=C2G2(t2out-t2in),45,表冷器热湿交换特点,表冷器干工况 (P175),露点温度冷却器表面温度被处理空气干球温度； 空气只被冷却而不产生凝结水； 该过程称为等湿冷却或干冷过程。,表冷器湿工况 (P175),露点温度冷却器表面温度； 空气不但被冷却，而且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，在肋片表面形成水膜； 该过程称为减湿冷却或湿冷过程。,即：湿工况中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 ; 因此，湿工况的热交换强度比干工况要高。,46,表冷器干工况热工计算,对

23、数平均温差法 (P165-170),设计工况下，一般已知Q、流体流量及两种流体的初态，求解KA Q=KAtm ； tm =(tmax -tmin)/ln(tmax/ tmin)；当tmax/ tmin2, 可用算术平均温差近似 对于给定表冷器，K=f (va,vw)。,效能-传热单元数法(P170-174),校核工况下，一般已知流体流量、两种流体初态及KA，求Q及两流体终态； Q= Qmax= Cmin(th,in-tc,in)；理想最大换热量由两流体的进口温度确定； =|tin-tout|max/(th,in-tc,in)；表示实际温差的较大值/可能发生的最大温差值； =f(NTU, Cmi

24、n/Cmax, 流动情况), 详见P173表6-1；当存在相变时，Cr接近0，=1-exp(NTU)； NTU=KA/Cmin。换热器设计中的无量纲参数，度量换热器KA的大小。,47,表冷器湿工况热工计算,全热交换效率 (P177),定义：表冷器的实际换热量/表冷器的最大可能换热量； 特点：考虑空气与水两侧的参数。,接触系数 (P178),析湿系数 (P175),定义：空气的实际温降/空气可能达到的最大温降； 特点：只考虑空气侧的状态变化。,定义：湿工况下，表冷器的全热交换量/显热交换量, 1,48,表冷器湿工况热工计算,表冷器热工计算原则 (P180),该冷却器能达到的1 应该等于空气处理过

25、程需要的1 ； 该冷却器能达到的2 应该等于空气处理过程需要的2 ； 该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量 。,表冷器热工计算方程 (P180),7,混合式热质交换设备的热工计算,7.1 喷淋室的热质交换特点及热工计算 7.2 冷却塔的热质交换特点及热工计算,50,喷淋室的热质交换特点,喷淋室的热质交换特点 (P197),用水来冷却或加热空气的一种设备； 空气与水表面之间既有热量交换，一般还有质量交换 ； 根据喷水温度不同，二者之间可能仅有显热交换；也可能既有显热交换，又有质量交换引起的潜热交换，显热交换与潜热交换之和构成它们之间的总热交换 ； 在实际的喷淋室里，喷水量总是有限的 ，空气

26、与水的接触时间也不可能很长，所以空气状态和水温都是不断变化的，而且空气的终状态也很难达到饱和。,顺流,逆流,51,喷淋室的热工计算,喷淋室的热交换效率系数 (P199),喷淋室的接触系数 (P199),喷淋室的热平衡方程 (P201),，W/G=,52,喷淋室的热工计算,循环水量的确定 (P201-202),当喷水除温比冷源水温高，则需使用一部分循环水；需要的冷水量Wl、循环水量Wx和回水量Wh的大小，可由热平衡及质量守恒确定：,校核计算方法 (P205),当冷源水温比设计喷水除温略高，将水量加大一些，可达到同样处理效果；在新水温下所需的喷水系数应满足：,喷淋室的计算原则 (P200),双效率

27、方程：该喷淋室能达到的1, 2应该等于空气处理过程需要的1 , 2 ； 热平衡方程：该喷淋室喷出的水能够吸收的热量应该等于空气失去的热量。,53,冷却塔的热质交换特点,冷却塔的热质交换特点 (P198),冷却塔内水的降温主要是由于水的蒸发换热和气水之间的接触传热； 在冷却塔内，不论水温高于还是低于周围空气（干球）温度，总能进行水的蒸发； 蒸发所消耗的热量Q总是由水传给空气(潜热) 。而水和空气温度不等导致的接触传热Q的热流方向可从空气流向水，也可从水流向空气，这要看两者的温度哪个高(显热) 。,方程左侧定义为冷却数N，代表冷却负荷的大小；与外部空气参数有关，与冷却塔的构造和形式无关； 方程右侧

28、定义为特性数N，反映冷却塔所具有的冷却能力， 与淋水装置的构造、散热性能及水气流量有关。,54,冷却塔的热工计算,焓差法 (P206),麦凯尔方程：塔内任何部位水、气之间的全热交换量与焓差成正比,特性数与冷却数 (P207),热平衡方程：空气吸收的热量=水放出的热量,55,冷却塔的热工计算,冷却塔热工计算的应用 (P211),计算过程：利用麦凯尔方程、热平衡方程，求得空气出口焓、冷却数、特性数； 关键内容：选择合适的汽水比，使得冷却数与特性数相等，即要求冷却任务与冷却能力相适应，具体见P208-P210 ； 经验参数：在冷却塔，水能被冷却的理论极限是湿球温度，当水的出口越接近湿球温度，冷却效果越好，但冷却塔的尺寸越大。所以，一般设计，选择水出口温度=空气湿球温度+35.而空气湿球温度，并不是选择夏季最热天的湿球温度，因为Ts很高且出现频率很小，所以一般选择夏季不保证10天的湿球温度。,8,复合式热质交换设备的热工计算,8.1 蒸发冷却式空调系统的类型及性能 8.2 温湿度独立调节空调系统的特点,57,蒸发冷却式空调系统的类型及性能,直接蒸发冷却与间接蒸发冷却 (P222-P234),蒸发冷却空调适用于西北干燥地