《热质交换原理与设备》-复习重点
- 格式：docx
- 大小：126.62 KB
- 文档页数：8
下载文档原格式
合集下载
热质交换原理与设备期末考题
《热质交换原理与设备》综合复习资料填空题 流体的黏性、热传导和质量（分子扩散）通称为流体的分子传递性质。
将热质交换设备系统由于过程不可逆而产生的熵增与两种流体中热容量较大的流体的热容量之比称之为（熵产 单元数），常用来作为热质交换设备的评价指标。
按不同的工作原理，热质交换设备可分为： （间壁式）、（直接接触式）、蓄热式和热管式。
（浓度差）是产生质交换的驱动力，质交换有两种基本方式为分子扩散和对流扩散。
由于扩散传质引起的热传递，这种现象称为（杜弗尔）效应。
二元混合气体作为理想气体用分子动力理论可以得出质量扩散系数与温度、压力关系为：D :3（D : P 1T"）。
（相变贮能）是利用固-液相变、液-汽相变、固-汽相变和固-固相变过程来吸收和释放热量，进行蓄冷和蓄热 的一项技术。
准则数Pr 表示速度分布和温度分布的相互关系；准则数（ Le ）表示温度分布和浓度分布的相互关系。
雷诺类似率表述了对流传热、传质和摩擦阻力之间的关系，它们以准则数（ Sh , Nu, Re, Pr ，Sc ）形式的表述当传质方向从流体主流到壁面，即传质阿克曼修正系数 C o 的值为负，此时壁面上的导热量就大为增加。
把冷水和温水同时放入冰箱中，则冷水将比温水结冰快。
（）送风射流较之回风气流的作用范围大得多，因而在空调房间中，气流流型及温度与浓度分布主要取决于送风射 流。
（） 喷淋室的前挡水板具有挡住飞溅出来的水滴和使进风均匀流动的双重作用，所以也称为均风板。
湿球温度受传递过程中各种因素的影响，它不完全取决于湿空气的状态，所以不是湿空气的状态参数。
水在冷却塔中进行蒸发冷却，其温度只能被冷却到空气的最初温度，此时水温称为水的冷却极限。
表冷器用来减湿冷却，喷淋室可以完成除减湿冷却以外的所有空气处理过程。
（）湿式冷却塔和喷淋室都属气水直接接触式热质交换设备，均是用来处理空气用的。
（预混燃烧热强度比扩散燃烧高很多，燃烧完全程度也高，燃烧火焰的稳定性也好，不易产生回火。
热质交换原理与设备复习重点
热质交换原理与设备 复习重点 （个人总结可能不全，请大家补充指正）考试时间：2013年5月8日下午1：30 考试地点：考试题型：问答题、计算题（10~20分）苏新军老师 T el ： E-mail ：suxinjun@第一章 绪论1.1.1 三种传递现象的联系当物质中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。
动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由涡旋混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
各类系数 总的效应dyud dy u d efft t S μμμτττ-=+-=+=)(有效动力粘度系数:eff μ dyt d dy t d q efft S λλλ-=+-=)(有效导热系数:eff λdyd D dy d D D m AABeffA ABt AB S ρρ-=+-=)(有效质量扩散系数:ABeff D两种传递系数的比较❖ 分子传递系数ν, a , D AB ：➢ 是物性，与温度、压力有关； ➢ 通常各项同性。
❖ 湍流传递系数νt , a t , D ABt ：➢ 不是物性，主要与流体流动有关； ➢ 通常各项异性。
1.1.3 热质交换设备的分类热质交换设备的分类方法很多，可以按工作原理、流体流动方向、设备用途、传热传质表面结构、制造材质等分为各种类型。
最基本的是按工作原理分类。
★ （1）按工作原理分类（可参考书后思考题第二题）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。
间壁式又称表面式，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。
直接接触式又称混合式，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。
热质交换原理与设备复习资料
1当流体流过一物体表面，并与表面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hm 。
由式（13）联系式（9）和（10）可以得到：即得到（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<2500,0.6<Pr<100 2溴化锂水溶液的表面蒸气压 结论： 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表面上水蒸气的饱和分压力。
2·在一定的温度下，溶液表面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.在一定浓度下，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·结晶线表明了不同温度下溶液的饱和浓度。
温度越低则饱和浓度越小。
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，这是溴化锂制冷机应该避免的现象。
(同热质交换） 3湿空气在冷表面上的冷却降湿空调工程中，常用表面式空气冷却器来冷却、干燥空气。
湿空气进入冷却器内，当冷却器表面温度低于湿空气的露点温度，水蒸气就要凝结，从而在冷却器表面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表面上的水膜温度近似相等。
因此，空气的主体部分与冷凝器表面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，质交换则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。
在冷却表面的两侧，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表面两侧的两层膜所带来的阻力。
4干燥循环（简答或判断对错）（干燥剂表面的水蒸气分压与其吸湿量的关系、干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系）吸附空气中水蒸气的吸附剂被称为干燥剂。
热质交换原理与设备复习资料
Ks
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。 析湿系数ξ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。
1 1 m n AV Bw y
1
4、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ξ表 示，定义为
程控交换原理二层交换原理交换原理现代交换原理现代交换原理与技术交换原理期末试卷金属学与热处理复习生物工程设备复习题
热质交换原理与设备 第六章 1、间壁式换热器可分为哪几种类型？如何提高其换热系数？ 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
2、影响复合式交换的因素有哪些？ （1）设备内流体流动状况 （2）流体物性 （3）设备表面状况 （4）设备换热面形状与大小
P221-222
3、复合式热质交换设备举例？
P221
多级蒸发冷却空调机、 温湿度独立调节空调系统、 喷水式表面冷却器
第九章 1、热质交换设备优化设计的基本原理是什么？ 解：任何一个优化设计方案都要用一些相关的物理量和几何量来表 示。由于设计问题的类别和要求不同，这些量可能不同，但不论那种 优化设计，都可将这些量分成给定的和未给定的两种。 未给定的那些 量就需要在设计中优选，通过对他们的优选。 最终使目标函数达到最 优值。 热质交换设备的优化设计，就是要求所设计的热质交换设备在满 足一定的要求下，人们所关注的一个或数个指标达到最好。
终状态的温度℃
ε2 随冷却器排数 N 增加而变大，并随 Vy 的增加而变小
热质交换原理与设备复习重点
三种传递现象：动量传递τ=﹣μdu／dy，热量传递q=﹣λdt／dy,质量传递m A=﹣D AB dC A／dy。
统一公式：FDφ’=﹣Cdφ／dy。
传质的通量：单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量，等于传质速度与浓度的乘积。
质量传递的基本方式：分子传质和对流传质。
分子扩散可以因浓度梯度、温度梯度或压力梯度而产生，或者是因对混合物施加一个有向的外加电势或其他电势而产生。
分子扩散有两种形式：双向扩散（反方向扩散）和单向扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）。
等分子反方向扩散：设由AB两种组分组成的二元混合物中，组分AB进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等。
组分A通过停滞组分B进行扩散：设组分AB两组分组成的混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（停滞组分）。
对流传质：是指壁面和运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递，分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。
液体中的分子扩散速率远低于液体中分子扩散速率原因：由于液体分子之间的距离较近，扩散物质A的分子运动容易与邻近液体B的分子相碰撞，使本身的扩散速率减慢。
固体扩散现象：固体物料的干燥、固体吸附、固体除湿。
固体中的扩散包括气体，液体和固体在在固体内的分子扩散固体扩散的分类：①与固体内部结构基本无关的扩散②与固体内部结构基本有关的多孔介质中的扩散。
当扩散物质在多孔管道内进行扩散时，其扩散通量与扩散物质本身的性质和孔道尺寸密切相关。
物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，是物质的物理性质之一。
扩散系数的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。
与气体的浓度无关，并随气体温度的升高和总压力的下降而加大，原因：随着气体温度的升高，气体分子的平均运动动能增大故扩散加快，而随着气体压强的升高，分子间的平均自由行程减小，故扩散就减弱。
液相质扩散扩散系数D比气相质扩散的D低一个数量级以上，是由于液体中分子间的作用力强烈地束缚了分子活动的自由程，分子移动的自由度缩小的缘故。
热质交换原理与设备期末复习总结
热质交换原理与设备1.三种传递现象的联系:当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。
牛顿黏性定律dy du -µτ=；热传导方式传递的热量通量密度dydt λ-q =；通过分子扩散传递的组分A 的质量通量密度dyD D A AB A ρ-j =；这些表达式说明动量交换、热量交换、质量交换的规律可以类比。
其可以用一个公式表示dy CFD Φ−=Φd '详见P7表1-1。
2.传质的理论基础：流体中各组分的浓度不均匀，物系中的某组分存在浓度梯度，将发生该组分由高浓度区向低浓度区的迁移过程，就会有质量传递或质交换发生。
传质过程又常和传热过程复合在一起，例如空调工程中的表冷器在冷却去湿工况下和在吸收式制冷装置的吸收器中发生的吸收过程等，均是既有热交换又有质交换的现象。
3.分子传质又称为分子扩散，简称扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
分子扩散可以因浓度梯度、温度梯度或压力梯度而产生，或者是因对混合物施加一个有向的外加电势或其他势而产生。
4.对流传质是具有一定浓度的混合物流体流过不同浓度的壁面时，或两个有限互溶的流体层发生运动时的质量传递。
分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。
在层流流动中，对流传质主要依靠层与层之间的分子扩散来实现的。
在湍流流体中，凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象，称为紊流扩散。
5.斐克定律表达式)N (N x -N B A ++=A A A dzdC D 即组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量（气体、固体、液体哪个扩散比较容易？）判断准则：①斐克型扩散：固体内部孔道的直径d 远大于流体分子运动自由程λ，λ100d ≥。
②克努森扩散：100d >λ。
③过渡区扩散：λ与d 相差不大。
6.扩散系数的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.对流传质：固体壁面与流体之间的对流传质速率可定义为)C -(C A As ∞=m A h N8.（必考（必考））浓度边界层：质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流体层中，该流体层即称为浓度边界层。
热质交换原理与设备期末考题..
热质交换原理与设备期末考题..《热质交换原理与设备》综合复习资料⼀、填空题1、流体的黏性、热传导和质量（分⼦扩散）通称为流体的分⼦传递性质。
2、将热质交换设备系统由于过程不可逆⽽产⽣的熵增与两种流体中热容量较⼤的流体的热容量之⽐称之为（熵产单元数），常⽤来作为热质交换设备的评价指标。
3、按不同的⼯作原理，热质交换设备可分为：（间壁式）、（直接接触式）、蓄热式和热管式。
4、（浓度差）是产⽣质交换的驱动⼒，质交换有两种基本⽅式为分⼦扩散和对流扩散。
5、由于扩散传质引起的热传递，这种现象称为（杜弗尔）效应。
6、⼆元混合⽓体作为理想⽓体⽤分⼦动⼒理论可以得出质量扩散系数与温度、压⼒关系为：D（ 312D P T - ）。
7、（相变贮能）是利⽤固-液相变、液-汽相变、固-汽相变和固-固相变过程来吸收和释放热量，进⾏蓄冷和蓄热的⼀项技术。
8、准则数Pr 表⽰速度分布和温度分布的相互关系；准则数（Le ）表⽰温度分布和浓度分布的相互关系。
9、雷诺类似率表述了对流传热、传质和摩擦阻⼒之间的关系，它们以准则数（Sh ，Nu ，Re ，Pr ，Sc ）形式的表述形式分别为Nu Re Pr 2f C =、（Sh Re Sc 2f C =）。
10、吸附剂吸附除湿过程是（放热）过程，吸附热⼀般( ⼤于 )⽔蒸⽓的凝结热。
11、菲克扩散基本定律A A ABd d C m D y=-（kg/m 2.s ）中的A m 为扩散物质A 的（相对扩散）通量。
当混合物以某⼀质平均速度υ移动时，其坐标应取随整体平均速度的动坐标。
12、系数D ，a ，ν具有扩散的性质，它们的单位均为m 2/s ，它们分别称为（分⼦扩散系数）、热扩散系数和（动量扩散系数）。
13、浓度差是产⽣质交换的驱动⼒，质交换有两种基本⽅式为（分⼦扩散）和（对流扩散）。
14、⼆元体系中，由于存在温度差引起的扩散，称为热扩散，也称（索瑞特）效应。
15、吸附剂的再⽣⽅式有加热再⽣、（减压再⽣）、使⽤清洗⽓体再⽣和（置换脱附再⽣）。
热质交换原理与设备复习重点
由于水的进出口温差(t1-t2)<15℃，故可用Simpson积分法的两 段公式简化计算冷却数N。假设不同的水气比，计算过程及结 果列于表6-6。表中出口空气焓i2按式(6-69)计算。
冷却数的计算 表6-6
项目 气水比，G/W 单位 计算公式 0.5 数值 0.625 1.0
出口空气焓，i2
空气进出口焓平均值，im Δi2 Δi1 Δim
图6-53 K值与冷却水温的关系
用式(6-68)对全塔积分可得： （6-69）
式(6-69)可用于求解与每个水温相对应的空气的焓值。 另， 综合上面所得的各式可得：
对此进行变量分离并加以积分： （6-70） 式(6-70)是在迈克尔方程基础上以焓差为推动力进行冷却 时，计算冷却塔的基本方程。若以N代表两式的左边部分， 即： （6-71）
2)冷却数的确定 在冷却数的定义式(6-71)中，(i″-i)与水温 t之间的函数关系极为复杂，不可能直接积分求解，因此一 般采用近似求解法。 若精度要求不高，且水在塔内的温降Δt<15℃时，常用下列的 两段公式简化计算： （6-74） 式中 i″1、i″2、i″m：与水温t1、t2、tm=（t1+t2)/2对应的饱和空气 焓，kJ／kg；i1、i2：分别为冷却塔中空气进口、出口处的焓， kJ／kg。
称N为按温度积分的冷却数，简称冷却数，它是一个 无量纲数。 冷却数N表示水温从t1降到t2所需要的特征数数值， 它代表冷却负荷的大小。 在冷却数中的(i″-i)是指水面饱和空气层的焓与外界 空气的焓之差Δi，此值越小，水的散热就越困难。 所以它与外部空气参数有关，而与冷却塔的构造和 型式无关。 在气量和水量之比相同时，N值越大，表示要求散发 的热量越多，所需淋水装置的体积越大。
热质交换原理与设备复习提纲
牛顿黏性定律：τ=−μdu dy傅里叶定律：q =−λdt dy斐克定律：m A =−D ABdC A dy三种传递：动量、质量、热量；推动力：存在速度、温度、浓度梯度 质量浓度ρA =M AVkg m 3 质量分数a A =M AM摩尔分数x A =n A n传质的速度：u A =u + u A −u /u A =u m +(u A −u m ) 绝对速度=主体速度+扩散速度 传质的通量质量通量m =m A +m B =ρA u A +ρB u B 摩尔通量N =N A +N B =C A u A +C B u B质量传递的基本方式：分子传质、对流传质 斐克定律：组份A 的质量扩散通量j A =−D AB dρA dz组份A 在扩散方向的质量浓度梯度普遍表达式：m A =−DdρA dz+a A (m A +m B ) N A =−D dC A dz+x A (N A +N B )即组份的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量，适用于无规则热运动引起的扩散过程。
分子扩散形式：双向扩散、单向扩散固体中的扩散：气体、液体、固体在固体内部的分子扩散（固体物料的干燥、固体吸附、固体除湿）；类型与固体内部结构基本无关的扩散 ~有关的多孔介质的扩散（斐克型~、克努森~、过渡区~）扩散系数D =D 0p 0p(TT 0)3/2其大小取决于扩散物质和扩散介质的种类和温度扩散系数的数量级 气体0.1∗10−4 m 2/s液体0.1∗10−8 m 2/s 固体0.1∗10−13 m 2/s对流传质系数h m =N ACAS −C A∞m/s ；N A −对流传质速率kmol/(m 2s) C AS −壁面浓度kmol/m 3C A∞−流体的主体浓度因素：流体的性质，壁面几何形状、粗糙度、流体的速度 浓度边界层：固体表面上具有浓度梯度的流层 对流传质过程中的相关准则数：施密特Sc =νD i→P r ；宣乌特Sh =h m l D i→N u ；传质的斯坦登St m =ShRe∗Sc =h mu→传热的斯坦登；刘伊斯Le =aD =ScPr动量方程u x ðu x ðx +u y ðu x ðy =νð2u x ðy 2能量方程u x ðtðx +u y ðtðy =a ð2tðy 2扩散方程u xðC A ðx+u yðC A ðy=Dð2C Aðy 2Pr =νa表示速度分布和温度分布的关系，体现流动和传热之间的相互联系；Sc =νD表示速度分布和浓度分布的关系，体现流体的传质特性；Le =aD=ScPr 表示温度分布和浓度分布的关系，体现传热和传质之间的相互联系。
热质交换原理与设备复习题(题库)
简要回答问题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。
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，垂直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。
8、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？Ua Ub:绝对速度 Um ：混合物速度 Ua Ub 扩散速度 Ua=Um+(Ua-Um) 绝对速度=主体速度+扩散速度10、简述“薄膜理论”的基本观点。
当流体靠近物体表面流过，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于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。
14、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。
当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度，但高于其露点温度时，则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，则空气不被冷却，且其中所含水蒸气部分凝结出来，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，称湿工况，此过程中，水膜周围形成饱和空气边界层，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和空气直接接触，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。
热质交换原理与设备重点
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_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。
表面式冷却器、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__混合_____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、__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、质量传递有两种基本方式：分子扩散 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m A 与组分A 的_浓度梯度成正比，其表达式为s m kg dy dC D m AABA ⋅-=2；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：()dA i i h dQ d md z -=，它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。
1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K ，则空气向氨的扩散系数是1.405×10-5 m 2/s 。
3、喷雾室是以实现 雾 和 空气 在直接接触条件下的热湿交换。
热质交换原理与设备考点
热质交换原理与设备考点第二章：热质交换过程2.1 对于三传现象的解析：陈金峰2.2 质交换的基本方式：按机理分：分子扩散、对流扩散。
按推动力分：浓度扩散、热扩散、压力扩散。
同时存在分子扩散和对流扩散时称之为对流质交换。
2.3 关于扩散传质：2.3.1 斐克定律：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B 将发生相互扩散。
表达式：J 规则热运动引起的扩散过程）A= -DABdCA （只适用于分子无dzDp 2.3.2 斯蒂芬定律：m A =RT D zp´(pA1- pA2)（其中：pBM= p B2 - p B1pD z 为距BM ln B2pB1离，其中A 为扩散的组分，通常为水。
B 通常为空气）应用举例：P32 例2-42.3.3 扩散系数：实验测得，气体>液体>固体。
表示其扩散能力。
非标准状况下的扩散系数计算：D = D0p T 3 0 ( ) 2 p T2.4 对流传质与模型：2.4.1 对流传质系数：NA = hm(CAs-CA¥)hm为对流传质系数，CAs和CA¥分别为壁面处和主流的浓度2.4.2 相际间对流传质模型：刘易斯关系式 h = c ´ r ´ Le ，Le 等于 1 2.4.2.1 薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时，存在一层附壁薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假设膜内流体与主流不相混合和扰动。
在此条件下， 整个过传质程中相当于此薄膜上的扩散作用，而且认为在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性浓D 度分布，膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。
由薄膜理论，传质系数 h m = d .2.4.2.2 渗透理论：当流体流过表面时，有流体质点不断穿过流体的附壁薄层想表面迁移并与之接触，流体质点在与表面接触之际则进行质量的转移过程，此后质点又回到主流 核心中去。
流体质点在很短的接触时间内，接受表面传递的组分过程表现为不稳态特征。
热质交换原理与设备复习资料
动量、热量、质量的传递分为两种：1)分子扩散,分子的微观运动引起;2)湍流扩散,漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。
质量传递的基本方式:1)分子传质,分子的无规则热运动而形成的物质传递现象;2)对流传质,对流扩散,紊流扩散。
当物系中的某种组分存在浓度梯度的时候，将发生该组分有高浓度向低浓度的迁移过程，就会有质量传递或质交换发生。
斐克定律:在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无总体流动时，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。
斐克定律只是适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度即为扩散速度。
)(mA A u u u u −−或扩散系数及其测量：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，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，扩散系数的大小主要取决于扩散物质、扩散介质的种类及其温度和压力。
对流传质基本方式：1、分子扩散2、对流扩散。
运动着的流体之间或流体与界面之间的物质传递，其中包括了有流体位移产生的对流作用，同时也包括流体分子之间的扩散作用，这种分子扩散和对流扩散的总作用称为对流传质。
浓度边界层的概念：当流体与相界面之间有浓度差时，由于浓度在壁面法线方向的变化，也将会产生一个浓度变化较明显的区域，叫做浓度边界层。
浓度边界层和速度边界层、温度边界层形状相类似，但厚度不相同。
边界层的重要意义：速度边界层的范围是，以存在速率梯度和较大切应力为特征；温度边界层的范围是，以存在温度梯度和传热为特征；浓度边界层的范围是，以存在浓度梯度和组分传递为特征；对流传质过程的相关准则数：（1）施密特准则数（Sc）对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr）Pr 准则数联系动量传输与热量传输的一种相似准则a ν==物体的导温系数流体的运动黏度Pr iD Sc ν==物体的扩散系数流体的运动黏度Sc 准则数联系动量传输与质量传输的相似准则（2）宣乌特准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢尔特准则数（Nu）Nu 是以边界导热热阻与对流换热热阻之比来标志过程的相似特征；Sh 准则数以流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比来标志过程的相似特征。
热质交换原理与设备复习题一及答案
热质交换原理与设备复习题一
一、填空题
1、流体的黏性、热传导和质量（）通称为流体的分子传递性质。
2、将热质交换设备系统由于过程不可逆而产生的熵增与两种流体中热容量较大的流体的热容量之比称之为（），常用来作为热质交换设备的评价指标。
3、按不同的工作原理，热质交换设备可分为：（）、（）、蓄热式和热管式。
4、（）是产生质交换的驱动力，质交换有两种基本方式为分子扩散和对流扩散。
2、浓度边界层：在流体表面处，存在一个浓度梯度很大的流体薄层区域，这个区域就称为浓度边界层。
换热扩大系数：在热湿交换中，把总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数。
3、斐克定律：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，组成二元混合物中组分A和组分B发生扩散。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，这就是斐克定律。
7、水在冷却塔中进行蒸发冷却，其温度只能被冷却到空气的最初温度，此时水温称为水的冷却极限。（）
8、表冷器用来减湿冷却，喷淋室可以完成除减湿冷却以外的所有空气处理过程。（）
9、湿式冷却塔和喷淋室都属气水直接接触式热质交换设备，均是用来处理空气用的。（）
10、预混燃烧热强度比扩散燃烧高很多，燃烧完全程度也高，燃烧火焰的稳定性也好，不易产生回火。（）
4、析湿系数：在热湿交换中，把总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数，也称为析湿系数。
四、简答题
1、
条件：(1)0.6<Pr<60；(2)0.6<Sc<3000；(3) ；(4)湍流
2、
意义：湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中，使空气主流与紧靠水膜饱和空气的焓差是热、质交换的推动势。
3、由于传质的存在，传质速率的大小和方向影响了壁面上的温度梯度，从而影响了壁面上的总传热量。
一、填空题
1、流体的黏性、热传导和质量（）通称为流体的分子传递性质。
2、将热质交换设备系统由于过程不可逆而产生的熵增与两种流体中热容量较大的流体的热容量之比称之为（），常用来作为热质交换设备的评价指标。
3、按不同的工作原理，热质交换设备可分为：（）、（）、蓄热式和热管式。
4、（）是产生质交换的驱动力，质交换有两种基本方式为分子扩散和对流扩散。
2、浓度边界层：在流体表面处，存在一个浓度梯度很大的流体薄层区域，这个区域就称为浓度边界层。
换热扩大系数：在热湿交换中，把总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数。
3、斐克定律：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，组成二元混合物中组分A和组分B发生扩散。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，这就是斐克定律。
7、水在冷却塔中进行蒸发冷却，其温度只能被冷却到空气的最初温度，此时水温称为水的冷却极限。（）
8、表冷器用来减湿冷却，喷淋室可以完成除减湿冷却以外的所有空气处理过程。（）
9、湿式冷却塔和喷淋室都属气水直接接触式热质交换设备，均是用来处理空气用的。（）
10、预混燃烧热强度比扩散燃烧高很多，燃烧完全程度也高，燃烧火焰的稳定性也好，不易产生回火。（）
4、析湿系数：在热湿交换中，把总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数，也称为析湿系数。
四、简答题
1、
条件：(1)0.6<Pr<60；(2)0.6<Sc<3000；(3) ；(4)湍流
2、
意义：湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中，使空气主流与紧靠水膜饱和空气的焓差是热、质交换的推动势。
3、由于传质的存在，传质速率的大小和方向影响了壁面上的温度梯度，从而影响了壁面上的总传热量。
热质交换考试复习重点
1.流体的粘性热传导性和质量扩散性统称为流体的分子传递性质2.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。
表面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.浓度差是产生质交换的驱动力，温度差是热量传递的推动力，质交换有两种基本方式为分子扩散和对流扩散。
两者的共同作用称为对流质交换4.当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程5.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空气与水直接接触时，根据水温的不同，可能仅发生显热交换，也可能既有显热交换又有潜热交换，即发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）。
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。
显热交换是空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）气化潜热的结果。
总热交换是显热交换和潜热交换的代数和6.简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。
答：当冷却器表面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）；当冷却器表面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部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）此过程中，水膜周围形成饱和空气边界层，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。
；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焓差，而不是温差。
7.如何理解动量、热量和质量传递现象的类比性？答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生动量、热量和质量传递现象。
动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子传递，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
对三类现象的分子传递和湍流传递分析可以得出这三种传递现象背后的机理是相同的，它们依从的规律也类似，都可以用共同的形式表示：传递速率=扩散系数X传递推动力，清楚地表明了“三传”之间的类比性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
热质交换原理与设备 复习重点 （个人总结可能不全，请大家补充指正）考试时间：2013年5月8日下午1：30 考试地点：考试题型：问答题、计算题（10~20分） 苏新军老师 Tel ： E-mail ：第一章 绪论1.1.1 三种传递现象的联系当物质中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。
动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由涡旋混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
各类系数 总的效应通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。
两种传递系数的比较❖ 分子传递系数ν, a , D AB ：➢ 是物性，与温度、压力有关； ➢ 通常各项同性。
❖ 湍流传递系数νt , a t , D ABt ：➢ 不是物性，主要与流体流动有关； ➢ 通常各项异性。
1.1.3 热质交换设备的分类热质交换设备的分类方法很多，可以按工作原理、流体流动方向、设备用途、传热传质表面结构、制造材质等分为各种类型。
最基本的是按工作原理分类。
★ （1）按工作原理分类（可参考书后思考题第二题）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。
间壁式又称表面式，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。
直接接触式又称混合式，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。
dyud dy u d efft t S μμμτττ-=+-=+=)(有效动力粘度系数:eff μdyt d dy t d q efft S λλλ-=+-=)(有效导热系数:eff λdyd D dy d D D m AABeffA ABt AB S ρρ-=+-=)(有效质量扩散系数:ABeff D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，由若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）按热流体与冷流体的流动方向分类（可参考书后思考题第三题）热质交换设备按照其内热流体与冷流体的流动方向，可分为：顺流式、逆流式、叉流式和混合式等类型。
顺流式又称并流式，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进入换热器。
逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、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部分，又有逆流部分。
思考题1、分子传递现象可以分为几类？各自由什么原因引起的？答：分为三类：动量传递、热量传递和质量传递现象。
动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）；热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）；质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。
2、热质交换设备按照工作原理分为哪几类？他们各自的特点是什么？答：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。
间壁式又称表面式，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。
直接接触式又称混合式，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，由若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。
3、简述顺流、逆流、叉流和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析。
答：顺流式又称并流式，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进入换热器。
逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、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部分，又有逆流部分。
顺流和逆流分析比较：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，而尽可能避免布置成顺流，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一端，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。
第二章 传质的理论基础7个基本的物理量物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一（长度、质量、时间、电流强度、发光强度、温度、物质的量），它和“长度”，“质量”等概念一样，是一个物理量的整体名词。
单位为摩尔(mol)。
物质的量是表示物质所含微粒数(N)与阿伏伽德罗常数(NA)之比,即n=N/NA 。
它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。
2.1.2.1 传质的速度 多组分的传质过程中，u A 、u B 代表组分A 、B 的实际移动速度，称为绝对速度。
u 代表混合物的移动速度，称为主体流动速度或平均速度(以质量为基准)（若以摩尔为基准，用u m 表示）；u A -u 及u B -u 代表相对于主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。
u A =u+(u A -u) u B =u+(u B -u)u A =u m +(u A -u m ) u B =u m +(u B -u m )绝对速度＝主体流动速度（平均速度）＋扩散速度 2.1.2.2 传质通量【重点看三种传质通量、表示】单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。
传质通量＝传质速度×浓度 质量传质通量：m (kg/m 2·s)； 摩尔传质通量：N (kmol/m 2·s)。
（1）以绝对速度表示的质量通量上式为质量平均速度定义式（总摩尔通量）N=N A +N B =C A u A +C B u B =Cu mu m =（C A u A +C B u B ）/C（2）以扩散速度表示的质量通量 传质通量＝扩散速度×浓度 质量通量： 摩尔通量： 总通量：（3）以主体流动速度表示的质量通量 传质通量＝主体流动速度×浓度 质量通量： 同理：摩尔通量： 同理： A A A u m ρ =BB B u m ρ =uu u m m m B B A A B A ρρρ=+=+= )(1B B A A u u u ρρρ+=)()(u u j u u j B B B A A A -=-=ρρ)()(m B B B m A A A u u C J u u C J -=-=BA B A J J J j j j +=+=)()()(1B A A B B A A A B B A A A A m m a u u u u u +=+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=ρρρρρρρρρ)(B A B B m m a u +=ρ)(1B B A A A m A u C u C CC u C ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+=)(B A B m B N N x u C +=➢ 稳态扩散：扩散范围内各点参数不变（恒定） 2.2扩散传质（了解） 两组分扩散系统中，组分A 在组分B 中的扩散系数等于组分B 在组分A 中的扩散系数。
（扩散系数：物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，是物质的物理性质之一。
定义：扩散系数是言扩散方向，在单位时间单位浓度降得条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数。
单位m2/s ）2.3.5对流传质过程的相关准则数（1）施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr)( 2 ) 宣乌特准则数（Sh ）对应于对流传热中的努谢尔特准则数( Nu )( 3 ) 传质的斯坦顿准则数(Stm)对应于对流传热中的斯坦顿准则数St2.4.1薄膜理论简述“薄膜理论”的基本观点。
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。
思考题：简述质扩散通量的几种表示方法：以绝对速度表示的质量通量；以扩散速度表示的质量通量；以主体流动速度表示的质量通量。
单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。
传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
以绝对速度表示的质量通量：以扩散速度表示的质量通量：以主流速度表示的质量通量：第三章 传热传质问题的分析和计算【此章有计算题，重点看例题】例题3-1常压下的干空气从“湿球”温度计球部吹过。
它所指示的温度是少量液体蒸发到大量饱和蒸汽——空气混合物的稳定平均温度，温度计的读数是16℃，如图所示。
在此温度下的,,A A A B B B A A B Bm u m u m e u e u ρρ===+(),(),A A A B B B B A Bj u u j u u u j j j ρρ=-=-=+1()()A A A AB B A A B e u e e u e u a m m e ⎡⎤=+=+⎢⎥⎣⎦()B B A B e u a m m =+a ν=Pr i D Sc ν=imD lh Sh ⋅=λl h Nu =l p u C h ρ=⋅=Pr Re Nu St u h Sc m=⋅=Re ShSt m物性参数为：水的蒸汽压 PW=0.01817bar ； 空气的密度 ρ=1.215kg/m3； 空气的比热 Cp=1.0045kJ/kg.℃； 水蒸汽的汽化潜热 r = 2463.1kJ/kg ；Sc=0.60，Pr = 0.70 。
试计算干空气的温度。
[解]：求出单位时间单位面积上蒸发的水量为 （1） 水从湿球上蒸发带入空气的热量等于空气通过对流传热传给湿球的热量： 干空气的温度为： （2）所以， （3）将（1），（3）带入（2）中整理得因为 所以 根据题意，C f = 0，水的分子量为18 g /mol ，则思考题：1、如何理解动量、热量和质量传递的类比性答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生动量、热量和质量传递现象。