热质交换原理与设备重点 - 图文

Sh?hm?lDi

α: 对流传热系数 λ：物体的导热系数 l : 定型尺寸系数 hm: 对流传质系数 Di：物体的扩散系数

6、解释析湿系数 10分 换热扩大系数ξ

dQz??

dQx

dQz?dQx?dQq

dQz?[h?t?tb??rhmd(d?db)]dA

7、冷却塔热质交换的特点 10分 ? ?

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。因为冷却塔多为封闭形式，且水温与周围构件的温度都不很高，故辐射传热量可不予考虑

在冷却塔内，不论水温高于还是低于周围空气温度，总能进行水的蒸发 随着水温的降低 Q= Qβ+ Qα Q＝Qβ

Q= Qβ- Qα Q= Qβ- Qα=0

5、写出施密特准则数和宣乌特准则数及他们的物理含义 施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr)

Sc??Di

ν: 流体的运动粘度（即动量传输系数） α：物体的导温系数（即热量传输系数） Di：物体的扩散系数

①联系动量和质量传递的相似准则

②表示速度分布和浓度分布的相互关系。 ③体现了流体的传质物性。

7、说明喷淋室的热交换效率系数及含义 喷淋室的热交换效率系数η1

η1的值越小，说明热湿交换不完善。 二、计算题

1、空气处理各种途径的方案说明

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季节 空 气 处 理 途 径 处 理 方 案 说 明

夏季

(1)W →L → O

(2)W →1→ O (3)W → O

（1）喷淋室喷冷水(或用表面冷却器) 冷却减湿 → 加热器再热 （2）固体吸湿剂减湿 → 表面冷却器 等湿冷却

（3）液体吸湿剂减湿冷却

冬季

(1)W → 2 → L → O

’ （1）加热器预热→ 喷蒸汽加湿→加热器

再热

（2）加热器预热→ 喷淋室绝热加湿→ 加热器再热

（3）加热器预热→ 喷蒸汽加湿

(2)W‘→ 3 → L → O (3)W' → 4 → O (4)W' → L→ O (5)W' → 5→ L' →

O

（4）喷淋室喷热水加热加湿→ 加热器再

热

（5）加热器预热→ 一部分喷淋室绝热加 湿→与另一部分未加湿的空气混合

过程线

水温特点

t或Qx

d或Qs

i或Qx

过程名称

A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7

tw< tl tw= tl tltA 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101.3kPa,温度318k，萘球表面温度318k。在此条件下，

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萘在空气中的扩散系数为6.92×10m/s，萘的饱和蒸汽压为0.074kPa.。试计算萘球表面的扩散通量NA.10分 解：该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程

NA??DNB=0

dCA?yA?NA?NB? dzdCAGADPdPA?yANA ??2dz4?rRT?P?PA?dr得出：NA??D由 CA?PAP4?DPr0p?pas yA?A 分离变量并积分 GA?? lnRTPRTp 22

得出：NA??DPdPA NA?3.88?10?8 kmol/(m2.s)

RT?P?PA?dr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）

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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。

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六、氢气和空气在总压强为1.013×10Pa，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为0.6㎝/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1.013×105Pa、温度为25℃的空气，以5.18m/s的速度流过直径为3.05×10-2m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D=0.826×10-5㎡/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G＝5㎏/s，空气初状态参数t1=35℃，ts1=26.9℃，

i1=85kJ/㎏；终状态参数为t2=19℃，ts2=18.1℃，i2=51.4kJ/㎏；空气压强101325Pa，试选用JW型空气冷却器并求

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出其中的传热系数范围。（空气密度ρ=1.2 kg/m，定压比热cp=1.005 kJ/( kg·℃)，水定压比热cp=4.19 kJ/( kg·℃)，可选表冷器中水流速范围w=0.8-1.6m/s）。（15分）

已知水冷式表面冷却器作为冷却用之传热系数（W/㎡·℃）:

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