《热质交换原理与设备》第三版重点、总复习资料

一、填空题（共30分）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smkgdydCDm 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：()dAiihdQdmdz-=，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 m2/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。

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>第一章绪论1．分子传递的三定律3个传递系数、公式、结构上的类似性。

2．紊流传递，分子传递的基本概念基于流态划分的传递现象的两种基本形式。

3．设备的分类以及它们各自的传热机理第二章热质交换过程1．传质定义：分子扩散和对流扩散的概念基于质交换的构因划分的质交换的基本方式对流传质量概念2．5种扩散通量的定义之间的关系扩散通量质扩散通量、摩尔扩散通量、扩散通量向量、绝对扩散通量、相对扩散通量3．斐克定律的其它表示形式质量平均速度与扩散速度4．斯蒂芬定律应用情况；积分形式、微分形式，转化条件（转化为斐克定律）5．扩散系数定义，o D的定义（公式不记），随压强和温度的变化情况6．对流传质的基本公式7．边界层的概念？意义？对流传质简化模型的中心思想。

8．薄膜渗透理论的基本论点、结论（公式、推导不计）9．各准则数的物理意义普朗特，施密特，刘伊斯10．类似律的本质：阐述三传之间的类似关系（建立了…和之间的关系）11．同一表面上传质对传热的影响，对壁面热传导和总传热量影响相反由（2-90）和图2-16来分析影响12．刘伊斯关系式的表达式和意义第三章相变热量交换原理1．什么是沸腾放热的临界热流密度？有何意义？2．汽化核心分析3．影响沸腾换热的因素4．影响凝结现象的因素第四章空气热质处理方法1．麦凯尔方程的意义，热质交换设备的图解方法。

2．空气与水直接接触时热湿交换的原理，显热，潜热推动力，空气状态变化过程，实际过程3．吸收吸附法较之表冷器除湿的优点。

4．干燥循环的3个环节5．吸附剂传质速度的影响因素。

6．吸附原理：表面自由焓7．动态吸附除湿的再生方式8．吸附除湿空调系统9．吸收原理：气液平衡关系第五章 其它形式的热质交换1．空气射流的种类、特点等温自由射流的速度衰减。

非等温射流温度边界层，速度边界层，浓度边界层的特性。

起始段，主体段2．回风口空气衰减规律3．送风温差第六章 热质交换设备1．表冷器的热工计算(1)传热系数与哪些因素有关 迎面风速，析湿系数，水流速(2) 效能—传热单元法 主要原则，几个参量的意义2．喷淋室的热工计算（1）影响喷淋室热交换效果的因素。

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。

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。

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。

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。

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。

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。