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）mA=-DABdCAdy(1-8)NA=-DABdnAdy(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=mA−dCAdy=NA−dnAdy(1-30)--17页D=D0p0p(TT0)32⁄D=435.7T32⁄p(VA13⁄)2√1μA+1μB×10−4(1-31)--18页6、对流质交换过程的相关准则：P31、P32（1）施密特数Sc是一个无量纲的标量，定义为动黏滞系数和扩散系数的比值，用来描述同时有动量扩散及质量扩散的流体。施密特数和速度边界层和质传边界层的相对厚度有关。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。（3）斯坦顿数Stm：描述强制对流的一个准数。与雷诺数、普朗特常数等类似。公式:St=α/(ρ*u*Cp)或St=Nu/(Re*Pr)式中:α为对流传热系数，W/m2·K;ρ为流体密度，kg/m3;u为流体速度，m/s;Nu为努塞尔特准数，Re为雷诺数，Pr为普朗特准数(皆为无量纲的数值)。在流体的温度和流速等条件相同时，St数愈大，发生于流体与固体壁面之间的对流换热过程就愈强烈。（4）路易斯数Le，无量纲数，为施密特数与普朗特数之比。Le=Sc\Pr=a\D其中，普朗特数Pr=ν/α=Cpμ/λ施密特数Sc=v/D=μ/Dρμ为动力粘度;Cp为等压比热容;λ为热导率;α为导温系数(见热传导)，v为运动粘度;D为扩散系数;ρ为密度7、热量、质量传递同时存在的类比关系，公式hm=αρcpLe−23(2-16)；P368、浓度边界层P22答：浓度边界层：当流体流过固体壁面进行质量传递时，由于溶质组分A在流体主体中与壁面的浓度不同，故壁面附近的流体将建立组分A的浓度梯度，离壁面一定距离的流体中，组分A的浓度是均匀的。因此可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，该流体层即为浓度边界层。流体流过壁面进行传质时，在无温差情况下，在壁面上会形成两种边界层，速度边界层和浓度边界层。9、析湿系数P83析湿系数是指热湿交换中全热量与显热量的比值，即ξ=dQzdQx（4-27），它表示因湿交换而增大了的换热量。10、间壁式热质交换设备；P84答：间壁式热质交换设备是指冷热流体被壁面隔开，两种介质在各自的流道内流动进行换热，彼此不接触、不搀混。间壁式热质交换设备按照构造分为管壳式、肋片式、板式、板翅式、螺旋板式等，按照功能在本专业中主要使用的有散热器、汽水换热器、水水换热器、空气加热器和空气冷却器。11、混合式热质交换设备P97，99页图4-31、4-32；答：混合式热质交换设备是冷热流体直接接触进行热传递或质传递的设备；这种设备的传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要液体间的接触情况良好，就有较大的传热速率。根据用途不同，本专业中常用的混合式热质交换设备主要有喷水室、冷却塔、喷射泵和汽水混合加热器。12、喷水室对空气的处理及影响其效率的因素P99、P222答：（1）喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。喷水室由喷嘴、喷水管路、挡水板、集水池和外壳等组成。喷水室可实现七种空气处理过程：升温加湿过程、等温加湿过程、降温升焓过程、绝热加湿、减焓加湿、等湿冷却、减湿冷却过程等。（2）影响喷水室热质交换效果的主要因素有：a.空气质量流速；b.喷水系数；c.喷水室结构特性；d.空气与水的初参数。13、喷射泵的构造和工作原理；P104答：喷射泵主要由工作喷管、引入室、混合室和扩散管等部件组成，它的工作原理是靠高压工作流体经喷嘴后产生的高速射流来引射被吸流体，与之进行动量交换，以使被引射流体的能量增加，同时将被引射流体吸入引入室，然后入混合室，在其内进行热质交换。14、常用除湿的方法；P109答：常用除湿的方法有五种：冷却法除湿、液体吸收剂除湿、固体吸附剂除湿、转轮除湿以及膜法除湿。15、固体吸附除湿原理及方法；P116;答：固体吸附除湿是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态中的水份，使其中水蒸气在固体吸附剂表面，在分子引力或化学键力的作用下，被吸附在固体表面，从而达到分离的目的。分为静态固体吸附除湿和动态吸附除湿法。16、吸附（干燥）除湿的优点；P116答：吸附除湿既不需要对空气进行冷却，也不需要对空气进行压缩。另外吸附除湿噪声低且可以得到很低的露点温度。17、吸附与吸附等温线；答：吸附现象是产生在相异两相的边界面上的一种分子积聚现象。吸附就是把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配列程度较高的固相中。使气相浓缩的物体叫吸附剂，被浓缩的物质叫吸附质。吸附剂的吸附特性可以用吸附等温线来表示。吸附等温线的表达式由著名的Langmuir、Freundllch、BET等多种表达形式。按照吸附等温线的不同形状，人们将各种吸附等温线划分为Ⅰ型（包括ⅠE和ⅠM）、Ⅱ型（或线性）和Ⅲ型（包括ⅢM和ⅢE）五种，它们所对应的形状因子分别是C=0.01,0.1,1.0,10,100。18、间接式热质交换设备的热工计算；P19519、混合式热质交换设备的热式计算；P22220、水喷射泵的热工计算公式和方法；P23621、热工计算的基本方法：对数平均温差法和效能传热单元数法P198、P199；（1）对数平均温差法：a.求出对数平均温差（先弄清楚是顺流还是逆流）b.找出热质交换的换热面积F和换热设备的传热系数K;c.将温差△tm、换热面积F和换热设备的传热系数K代入公式Q=K×F×△tm即可。22、热交换效率系数；P224热交换效率系数ε1=1-ts2−tw2ts1−tw1若ts2=tw2，即空气的终状态与水终温相同，ε1=1。空气的湿球温度与水终温的差值越大，热质交换越不完善，所以热交换效率系数越小。