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期末复习范围1.三种传递现象：动量、热量、质量的传递现象。

2.牛顿黏性定律：dudy切应力τ，表示单位时间内通过单位面积传递的动量，又称动量通量密度。

N/m2。

3.当流场中速度、温度、浓度分布不均时，它们动量交换、热量交换、质量交换的规律可以类比。

4.二元体系：两种组成构成混合流体，或称二元混合物。

5.绝对速度=主体流动速度+扩散速度6.分子传质又称分子扩散，简称为扩散，它是由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者其他势而产生。

7.分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。

8.流动越明显，分子扩散越微弱。

9.固体壁面与流体之间的对流传质速率可定义为：NA=hm(CA-CA∞)10.浓度边界层：可以认为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。

11.三种边界层的主要的表现形式:表面摩擦、对流换热以及对流传质。

12.对流传质系数hm在大多数情况下，与扩散系数D呈线性关系。

流体的分子传递性质：流体的黏性、热传导性和质量扩散性通称为流体的分子传递性质。

13.在给定Re准则条件下，成立的首要条件：当流体a=D即流体的Pr=Sc或Le=1时，通常空气中的热湿交换就属此.对于气体混合物，通常可近似地认为L≈1。

14.通过大量被不同液体润湿的管壁和空气之间的质交换实验。

15.对流传质系数，亦称蒸发系数，表示以湿空气的含湿量差为驱动力的对流传质系数，为hmd=hmρA，M.（hm是整个平板上的平均值）传质速率的大小与方向影响了壁面上的温度梯度，即t’(0)的值，从而影响了壁面上的导热量。

16.烧蚀冷却：为了冷却表面，在表面上涂上一层材料，当温度升高时涂层材料就升华、融化或分解，这些化学过程吸收热量，而反应所产生的气体的质量从表面离去，从而有效的冷却壁面，这种冷却方法称为烧蚀冷却。

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。

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：（2分）——湿空气的质量流量，kg/s——湿空气与水表面之间的显热交换系数，W/(m 2.℃)（2）湿交换量：（2分）潜热交换量：（2分） ——温度为 t b 时水的汽化潜热，kJ/kg——单位时间单位面积蒸发（凝结）的水量，kg/(m 2.s)（3）总热交换量：对空气——水系统，存在刘易斯关系式： （2分）所以上式（2分）因为：当温度为 t 时，湿空气焓为：当温度为 t b 时，湿空气焓为：：如果忽略水蒸汽从0℃加热到t ℃时的焓，即项，并考虑到 t 和t b 差别不大，所以空气的比热和水的汽化潜热变化不大，即有：所以从（3）式可以得到：（4） —— 麦凯尔方程麦凯尔方程表明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，则总热交换的推动力为空气——主流湿空气与紧靠水面的饱和边界层空气的焓差。

（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 dt w ，则根据热平衡：（5）（2分）——水的质量流量，kg/s——水的定压比热，kJ/(kg.℃)（1）（2）（3）（4）（5）称为空气与水直接接触时的热湿交换基本方程式。

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：2/3 =Pr (9)H p h J c u ρ∞2/3=(10)m D h J Sc u ∞H D 1 J =J =(13)2f C 2/32/3m St Pr St Sc =2/32/3m m Sc St=St St Le Pr ⎛⎫ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭=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<1001干燥循环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重点1、热质交换设备的种类和用途? P4答：（1）按工作原理分：间壁式、混合式、蓄热式和热管式；（2）按流动方式分：顺流式、逆流式、叉流式、混流式；（3）按用途分：水加热器、空气加热器、空气冷却器、预热器、过热器、喷淋室、冷凝器、蒸发器、喷射器、加湿器、暖风机等；（4）按材料分：金属材料、非金属材料、稀有金属材料。

热质交换设备的用途主要就是能量传递。

2、传热及传质基本方式？P10答：传热的三种基本方式为：热传导、热对换、热辐射；传质的两种基本方式为：a.分子扩散，是在固体中以及静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体中的扩散；b.对流扩散，是由于在流体中存在的对流形式的宏观运动而引起的物质传递，称为对流扩散，其传递基理和热对流相类似，其传质能力远远大于分子扩散。

3、什么是扩散通量？P11答：扩散通量是指单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的某一组分的物质数量，根据不同的浓度单位扩散通量常用的表达形式有两种：质扩散通量和摩尔扩散通量。

4、斐克定律，公式（1-8、1-9）m A=-D AB dC Ady (1-8) N A=-D AB dn Ady(1-9)P13答：斐克定律是描述物质扩散现象的宏观规律，描述了分子扩散过程中的传质量与浓度梯度之间的关系，在稳态扩散条件下其表达式见教材第13页公式（1-8、1-9），也就是说，浓度梯度越大，扩散通量越大。

5、扩散系数，公式（1-30、1-31）P17、P18答：扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度梯度的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，单位m2/s。

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。

D = m A−dC Ady = N A−dn Ady(1-30) --17页D=D0p0p (TT0)32⁄ D=435.7T32⁄p(V A13⁄)2√1μA+1μB×10−4 (1-31) --18页施密特数可定义为: ν 为动黏滞系数；D 为扩散系数.；μ 为黏滞系数；ρ 为密度（2）舍伍德数Sh：是反映包含有待定传质系数的无因次数群，类似于传热中的努塞特数，以符号Sh表示，它表征的是对流传质与扩散传质的比值，它是由三个物理量组成，即Sh=k′L/DAB式中:k′为传质系数，m/s;L 为特性尺寸，m;DAB为溶质A在溶剂中B中的特性系数，m2/s。

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。

填空题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。

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、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/h mad=Cp 。

2、冷凝器的类型可以分为水冷式,空气冷却式( 或称风冷式) 和蒸发式三种类型.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)。

5、吸附式制冷系统中的脱附—吸附循环装置代替了蒸汽制冷系统中的压缩机装置。

6、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述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围内变化很小时，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200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是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Q1，从冷热吸热Q2，消耗热能Q0，则其性能系数COP= Q1-Q2/Qo 。

10、冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有电除霜、四通阀换相除霜、排气温度除霜1、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生动量、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。

11、根据冷却介质的不同，冷凝器可以分为、和三类。

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。

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。