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热质交换原理与设备实验
热质交换是指通过热电材料之间的热电效应实现的能量转移，可
以作为一种高效的能量转换方式。
其基本原理是当两种不同材料的连
接处有温度差时，由于热电效应的存在，将产生电势差和电流。
根据
洛仑兹力的作用，电流在材料内部生成电热效应，从而产生能量转移。
因为热质交换原理需要温差才能发挥作用，所以在实际应用中需要进
行恰当的热管理和优化设计。
热质交换设备包括热电发生器和热电制冷器两类。
热电发生器的
作用是将热能转换成电能，常用于废热利用、能源回收等领域。
热电
制冷器则是将电能转换为制冷效果，常用于航空、汽车、电子设备等
领域。
为了获得良好的热电性能，需要选择合适的热电材料、设计合
理的结构和优化热管理措施。
为了研究热质交换原理，可以进行实验来验证其基本原理和性能。
一般实验设备包括热电材料、热源、温度计、电表和恒流源等。
通过
在不同温度下测量电压和电流，可以计算出热电系数和热导率等关键
指标，进一步优化材料和结构。
热质交换原理与设备概述在热质交换过程中，热量的传递通过传热表面进行，介质之间不直接接触。
根据传热方式的不同，热质交换可以分为对流换热和辐射换热两种。
对流换热是通过流体的流动来实现热量传递，常见的设备有管壳式换热器、板式换热器等；辐射换热是通过辐射作用来实现热量传递，常见的设备有塔式冷却器、蒸发器等。
换热器是热质交换中应用最广泛的设备之一，其原理是通过传热表面将热量从一个介质传递到另一个介质。
常见的换热器有管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器等，其结构形式和换热原理各有不同，可以根据具体的工艺需求进行选择。
冷凝器和蒸发器是热质交换中另外两种重要的设备。
冷凝器主要用于将蒸汽冷凝成液体，蒸发器则用于将液体蒸发成蒸汽。
它们在化工生产过程中起着非常重要的作用，可以有效地实现能源的利用和介质的循环利用。
吸收器是一种特殊的热质交换设备，主要用于吸收剂对溶质的吸收作用。
它在化工领域中应用广泛，可以用于气体的干燥、溶液的浓缩、气液的分离等工艺。
总的来说，热质交换原理与设备是化工、能源、环保等行业中不可或缺的重要内容，它们的应用可以有效地提高能源利用率和生产效率，降低生产成本，保护环境并推动工业发展。
随着技术的不断发展和进步，热质交换原理与设备也将不断完善和改进，为人类社会带来更多的福祉。
热质交换原理与设备作为化工、能源和环保等行业的重要环节，在现代工业生产中发挥着关键作用。
热质交换过程是将两种物质之间的热量转移交换，通常在不同温度的条件下进行。
这需要通过热质交换设备，将热能从一个介质传递到另一个介质，以满足工业生产过程中的热能需求。
在热质交换过程中，介质的传热方式有对流、辐射和传热。
对流换热是指介质之间的热量通过传导和对流进行传递；辐射换热是指介质通过辐射方式进行热量传递；传热是指介质之间的热量通过固体传热表面进行传递。
这些传热方式的不同会影响热质交换设备的选择和设计。
换热器是热质交换中应用最广泛的设备之一，主要用于热能的传递。
热质交换原理与设备
热质交换原理与设备
一、热质交换原理
1.热质交换是指在不混合或接触的情况下，在相邻的两种介质中转移热量的过程，其主要原理是热传导、热对流和热辐射。
2.热传导是指因成品和物体内部的结构不同，当存在温差时，相邻一端会传播热量到另一端，从而在多种介质中流动，将热量进行散布。
3.热对流是指液体和气体之间由于温度差引发物质在彼此之间转移的过程，从而实现热量的传播。
4.热辐射是由于热对象放出热量，因而形成热浪在空气或真空中的传播，从而实现热的辐射传播。
二、热质交换设备
1.常见的热交换器：螺旋管式热交换器、盘管式热交换器、栅格片式热交换器、夹套式热交换器、管束式热交换器等。
2.特殊的热质交换设备：热电偶、波纹管式热交换器、热网式热交换器、双重流热交换器、孔板式热交换器等。
3.蒸汽热质交换器：真空换热器、冷凝器、蒸发器、再返回比噲器等。
4.储热式热质交换设备：由储热介质（水、水蒸气、黏土器、水泥等）围绕在热交换管中，把热量储藏起来，通过分离式壳和管道系统，将
储热介质和非储热介质分离，实现固定或可控制的温度传递。
三、安全注意事项
1.不使用与热质交换器容量不符的膨胀罐和其他附件，否则会导致热质交换器出现问题。
2.确保安装热交换器之后介质充足，以确保热质交换器正常工作。
3.定期检查介质管道是否有漏损，以确保热质交换器的安全和正常运行。
4.定期检查热交换器空气过滤器，防止蒸发器堵塞。
5.定期检查热交换器的进出口水压，确保有足够的供压。
6.避免热质交换器表面的氧化，以防止局部热传导性能的下降。
热质交换原理与设备及应用热质交换是指通过传递热量和质量（物质的传递）来实现能量转换或物质转化的过程。
热质交换的原理是基于热力学的第一、第二定律以及物质的传质现象。
实际上，热质交换在许多领域都有重要的应用，例如化工过程中的反应器、蒸馏柱、吸附剂、干燥器等。
热质交换设备主要有以下几种：1. 热交换器：热交换器是将两种流体通过不同的通道流动，并在壁面进行热质交换的设备。
它通常由两个流体分别在不同的通道中流动，通过壁面的传热传质而实现热质交换。
热交换器不仅可以实现两种流体之间热量的传递，还可以实现质量的传递，例如脱氧剂热交换器可以除去氧气并传递给其他气体。
2. 蒸馏塔：蒸馏塔是一种广泛应用于化工工艺中的热质交换设备，主要用于分离液体复合物的纯度。
在蒸馏塔中，将混合物加热至汽化温度，然后进入蒸馏塔。
混合物经过不同的塔层后，根据其组分的挥发性和密度差异，部分组分会汽化，然后在不同的塔层中凝结，最终分离出纯度高的组分。
3. 吸附剂：吸附剂是一种将气体或液体中的物质吸附到其表面的材料。
吸附剂在化工领域中广泛应用于气体分离、脱湿和去除污染物等过程中。
当气体通过吸附剂时，其组分会通过物质的吸附和脱附过程，与吸附剂表面进行热质交换，从而实现气体的分离和纯化。
4. 干燥器：干燥器是一种将湿物质中的水分去除的设备。
在干燥过程中，湿物质与干燥介质接触，水分被吸附或蒸发，然后通过热质交换将水分从物质中卸载出来。
热质交换在许多领域都有广泛的应用，如能源工程、环境工程和化工工艺等。
在能源工程中，热质交换被广泛应用于热电厂中的汽轮机、锅炉和换热器等设备中。
通过热质交换，能量可以从燃烧过程中的热量转化为电能。
在环境工程中，热质交换被应用于污水处理、空气净化和废气处理等过程中。
例如，在污水处理过程中，通过生物反应器进行热质交换，可以将有机物质分解为水和二氧化碳。
在化工工艺中，热质交换被广泛应用于反应器、热交换器和分离器等设备中。
通过热质交换，可以实现反应物的预热、产物的冷却，以及对组分的分离和纯化。
热质交换原理与设备概述1. 引言热质交换是一种常见的热传递过程，在许多工业领域和日常生活中都有广泛的应用。
热质交换设备通过有效地传递热量，实现了能源的高效利用。
本文将介绍热质交换的基本原理和常见的热质交换设备。
2. 热质交换原理热质交换是指通过热传递介质的流动，将热量从一个物体或介质传递到另一个物体或介质的过程。
热质交换的原理可以概括为以下几点：•热传导：热质交换中最常见的传热方式是热传导。
热传导是指热量通过物质颗粒之间的碰撞和振动传递的过程。
热传导的速率受到物体间温度差异以及物质的导热性能的影响。
•对流传热：对流是在流体中传递热量的一种方式。
通过流体的流动，热量可从高温物体传递到低温物体。
对流传热的速率取决于流体的性质、流速以及物体之间的温差。
•辐射传热：辐射是一种通过电磁波传递热量的方式。
热辐射不需要介质的存在，因此可以在真空中传播热量。
辐射传热的速率取决于物体的温度以及表面的发射率。
3. 热质交换设备概述热质交换设备是用来实现热质交换过程的工具或设备。
下面将介绍几种常见的热质交换设备：3.1 管壳式换热器管壳式换热器是一种常见的热质交换设备，它由一个外壳和多根内管组成。
热质通过内管和外壳之间的传热界面进行传递。
管壳式换热器具有结构简单、换热效率高等优点，在工业领域得到了广泛的应用。
3.2 板式换热器板式换热器是由一系列平行的金属板组成的。
热质在板间流动，通过板间的热传导和对流传热来实现热质交换。
板式换热器具有紧凑、换热效率高、清洁方便等特点，广泛应用于化工、制药等领域。
3.3 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器是常见的热质交换设备，常用于制冷空调系统中。
冷凝器用于将气体或蒸汽冷却成液体，而蒸发器则用于将液体蒸发成气体。
冷凝器和蒸发器通过热量的吸收和释放来实现热质交换。
3.4 换热管换热管是一种用于实现热质交换的管状设备。
换热管可根据需要采用不同的结构和材料，例如螺旋管、管束等。
换热管广泛应用于化工、石油、电力等行业，用于实现高效的热质交换过程。
热质交换原理与设备的应用1. 什么是热质交换热质交换是指通过传导、传热方式将热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
它是热力学中的一项重要内容，广泛应用于各个领域，包括工业制造、能源生产以及环境保护等。
2. 热质交换的原理热质交换的原理基于热传导、对流和辐射三种传热方式。
在热质交换中，热量从高温区流向低温区，以达到热平衡。
热质交换的原理可以概括为以下几点：•热传导：指通过物质内部的分子振动和碰撞将热量从高温区传递到低温区。
热传导的效果受物体的导热性能和温度差的影响。
•对流：指通过流体介质（如气体或液体）的运动将热量从高温区传递到低温区。
对流的效果受流体的流动速度、流动方式和温度差的影响。
•辐射：指通过电磁波辐射将热量从高温区传递到低温区。
辐射的效果受物体的温度、表面特性和距离的影响。
3. 热质交换设备的应用热质交换设备是用于实现热质交换的工具和设备。
不同的设备在不同领域有着各自的应用，下面是一些常见的热质交换设备及其应用：3.1. 管壳式换热器管壳式换热器是一种常见的热交换设备，它由一个管网和一个外壳组成。
热量通过管网传递到外壳，再通过冷却介质将热量带走。
管壳式换热器广泛应用于化工、制药、电力等领域。
3.2. 翅片换热器翅片换热器是一种通过翅片增加换热面积来提高换热效率的设备。
它常用于空调系统、冷却塔等场合，能够有效地实现热质交换。
3.3. 换热管换热管是一种特殊的管道，它在管道内部设置有丝翅片或螺旋翅片，能够增大换热面积，提高换热效率。
换热管广泛应用于石油、化工、冶金等行业。
3.4. 蒸汽凝结器蒸汽凝结器是一种用于将蒸汽冷凝成液体的设备。
它通常应用于蒸汽发电厂、炼油厂等场合，能够回收蒸汽中的热量。
3.5. 换向器换向器是一种用于改变流体流动方向的设备。
它常用于石油化工、电力等领域，能够实现流体的逆向流动，从而实现热质交换。
4. 总结热质交换是热力学中的一项重要内容，通过传导、对流和辐射等方式将热量从高温区传递到低温区。
1.传质通量：单位时间内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。
2.质量传递的基本方式：分子传质与对流传质。
3.分子传质：又称为分子扩撒，简称扩散，它是由于分子的无规则运动而形成的物质传递现象。
4.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。
5.菲克定律：当浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整流运动时，组成二元混合物中组分A和组分Ｂ将发生扩散。
其中组分Ａ向组分Ｂ的扩散通与组分Ａ的浓度梯度成正比，这就是扩散基本定律——菲克定律。
表达式：，只用于分子扩散传质。
６.紊流扩撒：凭借物体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象。
７.当物系中存在速度、温度、浓度梯度，分别发生动量、热量和质量的传递现象。
８.傅里叶定律指出，在均匀同性材料的一维温度场中通过热传导方式的热量通量密度为：。
９.气体中的稳态扩散过程，分子扩散有两种形式：双向扩散和单向扩散。
双向扩散（反方向扩散）的扩散通量表达式：NA=JA=D(pA1-pA2)/(RT△z),单向扩散：NA=(Dp/RT△z)ln(p-pA2)/(p-pA1)。
10.浓度边界层：概念：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，该流体层称为浓度边界层。
意义：如果在表面处流体中的某组分Ａ的浓度ＣＡｓ和自由流中的ＣＡｓ不同，就将产生浓度边界层。
浓度边界层厚度为，其定义通常规定为时与壁面的垂直距离，它是存在较大浓度梯度的流体区域。
在表面和自有流的流体之间的对流传质是由这个边界层决定的。
11．薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时，存在一层附壁的薄膜，在薄膜的流动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的扰动。
在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散过程，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。
传质系数：。
12．渗透理论：当流体流过表面时，当流体质点不断地穿过流体的附壁薄层向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，此后流体质点又回到主流核心中去。
由薄膜理论确定的对流传值系数与扩散系数呈线性一次方关系，按渗透确定的对流传值系数与扩散系数呈线性二次方根关系。
实验表明，对于大多数的对流传质过程，传质系数与扩散系数的关系是：。
13.表面更新理论：。
14.热量、动量和质量传递的类比：当物系中存在速度、温度、浓度梯度，分别发生动量、热量和质量的传递现象。
三种分子传递性质的数学关系分别由牛顿粘性定律、傅里叶定律、菲克定律。
湍流动量、湍流热量和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。
15.三传方程：及边界层传递方程，当三个方程的扩散系数相等时，即ｖ＝ａ＝Ｄ时，且边界条件的数学表达式也相同时，它们的解应当是一致的。
当ｖ＝Ｄ或a/D=1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v>D时，速度边界层比浓度边界层厚度厚，当v<D时，速度边界层比浓度边界层厚度薄；当a=D时，温度分布和浓度分布曲线相重合，或温度边界层和浓度边界层厚度相等。
普朗特准侧Pr=v/a，表示温度分布和速度分布的相互关系；施密特准侧SC=v/D，表示速度分布和浓度分布的相互关系；刘伊斯准则Le=a/D=SC/Pr表示温度分布和浓度分布的相互关系。
16.刘伊斯关系式及物理意义：关系式：h/hmd=cp。
意义：在空气-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，换热系数和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，从而导致另一个系数也相应的发生同样的变化。
刘伊斯关系式成立的条件：（1）0.6<Pr<60,0.6<Se<3000,；（2）Le=a/DAB≈1。
在湍流时不论a/DAB是否等于1。
，刘伊斯关系式总是成立的。
17.空气调节：利用冷却或者加热设备等装置，对空气的温度和湿度进行处理，使之达到人体舒适度的要求。
18.引入新风的作用：满足室内空气品质，补充室内排风，保证内压，5-10Pa。
19.空气热质处理的方法：夏季：（1）W→L→O，喷淋室冷水冷却减湿→加热器再热；（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。
冬季：（1）W??→2→L→O，加热器预热→喷蒸汽加湿→加热器再热；（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→0，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→5→L、5→O，加热器预热→部分喷淋室绝热加湿→与另一部分未加湿的空气混合。
20.扩散系数：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物质的质量摩尔数。
21.麦凯尔方程及物理意义：hW(ti-tW)=hmd(i-ii)，说明了湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中，湿空气主流与紧靠水膜空气的焓差是热、质交换的推动势，其在单位时间内、单位面积上的总传热量可近似的用传质系数和焓差驱动力的乘积来表示。
22.绝热饱和温度：是指有限量的空气和说接触，接触面积较大，接触面积足够充分，空气和水总会达到平衡，湿空气的温度降低，含湿量增大，当湿空气达到饱和状态时，其温度不再降低，此时温度称为绝热饱和温度。
23.热湿交换原理：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、对流和辐射作用引起的换热结果。
潜热交换是空气中的水蒸气凝结而放出汽化潜热的结果。
总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。
显热交换量：dQx=Gcpdt=h(t-tb)dA,湿交换量：dW=Gd(d)=hmp(P-Pqb)dA=hmd(d-db)dA,潜热交换量：dQq=rdW=r hmd(d-db)dA,总热交换量：dQZ= hmd(d-db)dA+r hmd(d-db)dA，通常把总热交换量和显热交换量之比称为换热扩大系数。
24.影响空气和水表面之间交换的主要因素：焓差是总热交换的推动力，汽液之间的双膜阻力是热质交换的控制因素。
25.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，引起三种传递的原因分别是流场中速度分布不均匀、温度分布不均匀、组分的浓度分布不均匀。
26.空气冷却干燥过程也是减焓过程，随着空气向表冷器深度方向流动，空气的焓值降逐渐降低。
27.多孔介质吸附的孔按空隙大小分为三类：微孔、过渡孔和大孔。
28.热质交换设备的分类：（1）按工作原理：间壁式、直接接触时、蓄热式和热管式；（2）按照热、冷流体的流动方向：顺流式、逆流式、叉流式；按用途：表冷器、预热器、加热器、喷淋室、过热器、冷凝器、蒸发器、加湿器、暖风机；（4）按材料分：金属、非金属、稀有金属材料等类型。
29.混合式热交换其的种类：冷却塔、气体洗涤塔、喷射式热交换器、混合式冷凝器。
30.喷淋室的构造：前水挡板、喷嘴和排管、后水挡板、底池、冷水管、滤水器、循环水管、三通混合阀、水泵、供水管、补水管、浮球阀、溢水器、溢水管、泄水管、防水灯、检查门、外壳。
分类：卧式、立式、单级、双级、低速和高速。
31.冷却塔的类型：根据循环水在塔内是否与空气直接接触，可分为干式、湿式。
冷却塔的构造：淋水装置、配水系统、通风阀。
32.表冷器、冷凝器和喷淋室的传热机理分别是什么？设备各有何特点？答：表冷器的传热机理：对流——导热——对流；冷凝器的传热机理是：凝结——导热——对流；喷淋室的传热机理是：接触传质、传热。
表冷器和冷凝器是间壁式设备，喷淋室是直接接触式设备；间壁式换热器设备的冷、热介质在各自的流道中连续流动完成热量传递，彼此不接触，不渗混；直接接触式换热器设备的两种流体直接接触，并允许相互渗混。
33.强化燃烧过程主要应提高温度和加强气流混合等方面考虑，燃气的强化燃烧应采取的措施：预热燃气和空气、加强紊动、烟气再循环、应用旋转气流。
34.影响薄膜凝结的因素有哪些？并作简要分析：（1）不凝结气体，蒸汽中含有不凝结气体的存在降增大传递过程的阻力，蒸汽分压力降低，是相应的饱和温度下降，减小了凝结的驱动力；（2）蒸汽流速，蒸汽流速高时，蒸汽流对液膜表面会产生明显的粘滞应力，蒸汽的流动方向对凝结也有影响；（3）过热度，过热度越大，凝结换热系数越小；（4）液膜过冷度，液膜过冷度越大，凝结率越高：（5）管子排数；（6）管内凝结，冷凝换热与蒸汽流速有关；（7）凝结表面的几何形状，改变凝结表面结构可以强化凝结换热。
1.传质通量：单位时间内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。
2.质量传递的基本方式：分子传质与对流传质。
3.分子传质：又称为分子扩撒，简称扩散，它是由于分子的无规则运动而形成的物质传递现象。
4.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。
5.菲克定律：当浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整流运动时，组成二元混合物中组分A和组分Ｂ将发生扩散。
其中组分Ａ向组分Ｂ的扩散通与组分Ａ的浓度梯度成正比，这就是扩散基本定律——菲克定律。
表达式：，只用于分子扩散传质。
６.紊流扩撒：凭借物体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象。
７.当物系中存在速度、温度、浓度梯度，分别发生动量、热量和质量的传递现象。
８.傅里叶定律指出，在均匀同性材料的一维温度场中通过热传导方式的热量通量密度为：。
９.气体中的稳态扩散过程，分子扩散有两种形式：双向扩散和单向扩散。
双向扩散（反方向扩散）的扩散通量表达式：NA=JA=D(pA1-pA2)/(RT△z),单向扩散：NA=(Dp/RT△z)ln(p-pA2)/(p-pA1)。
10.浓度边界层：概念：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，该流体层称为浓度边界层。
意义：如果在表面处流体中的某组分Ａ的浓度ＣＡｓ和自由流中的ＣＡｓ不同，就将产生浓度边界层。
浓度边界层厚度为，其定义通常规定为时与壁面的垂直距离，它是存在较大浓度梯度的流体区域。
在表面和自有流的流体之间的对流传质是由这个边界层决定的。
11．薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时，存在一层附壁的薄膜，在薄膜的流动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的扰动。
在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散过程，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。
传质系数：。
12．渗透理论：当流体流过表面时，当流体质点不断地穿过流体的附壁薄层向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，此后流体质点又回到主流核心中去。
