热质交换原理与设备重点

1一、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mA与组分A的_浓度梯度成正比，其表达式为smkgdydCDmAABA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1.405×10-5m2/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。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/hmad=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)。6、刘伊斯关系式文中叙述为h/hmad=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。23、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。10、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25m2。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。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、傅里叶定律、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、直接接触式、蓄热式、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、冷却塔则属于直接接触式。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、_混合流_式和_叉流_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、_温差_是热量传递的推动力，而_焓差_则是产生质交换的推动力。6、质量传递有两种基本方式：分子传质和对流传质，两者的共同作用称为____。7、相对静坐标的扩散通量称为以绝对速度表示的质量通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为以扩散速度表示的质量通量。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mA与组分A的浓度梯度成正比。9、麦凯尔方程的表达式为：hw（ti–tw）=hmd(i-ii)，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传热系数与焓差驱动力的乘积10、相际间对流传质模型主要有薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。1.当流体中存在着速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生___动量___传递、__热量____传递和___质量___传递现象。2.质量传递的基本方式可分为_____分子传质______与____对流传质______。3.冰蓄冷系统中的制冰方式主要有两种：_动态_制冰方式和_静态_制冰方式。4.一个完整的干燥循环由___吸湿___过程、___再生___过程和冷却过程构成。5.用吸收、吸附法处理空气的优点是_____独立除湿______________________。6.热质交换设备按不同的工作原理分类，可分为_______间壁式____________、_____直接接触式______、_______蓄热式_________、_______热管式________。7.蒸发冷却所特有的性质是__蒸发冷却过程中伴随着物质交换，水可以被冷却到比用以冷却它的空气的最初温度还要低的程度_______________________。8.冷却塔的热工计算原则是____冷却数N=特性数N＇________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2/3mphhLecuu2/3mphhLec3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0.6Sc2500,0.6Pr1002溴化锂水溶液的表面蒸气压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。干燥剂的吸湿和放湿是由于干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压造成的：当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时，达到平衡，既不吸湿，也不放湿。吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加。当表面蒸汽压超过周围空气的蒸汽压时，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差。冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之课重新吸湿。5表面器热工计算的主要原则1)该冷却器能达到的ε1应该等于空气处理过程需要的ε12)该冷却器能达到的ε2应该等于空气处理过程需要的ε23)该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量6空气与水直接接触的状态变化过程A-1：tw＜露点温度，tw＜t1＜tA，Pq1PqA,冷却和干燥。A-2：tw=露点温度，tw＜tA，Pq1＝PqA,等湿冷却。A-3：tw露点温度，但湿球温度，tw＜tA和Pq3PqA,冷却和加湿。A-4：tw=湿球温度，等湿球温度线与等焓线相近，空气状态沿等焓线变化而被加湿。总热交换量近似为零，而且tw＜tA和Pq4PqA,空气的显热量减少、潜热量增加，二者近似相等。水蒸发所需热量取自空气本身。A-5：tw湿球温度而干球温度，tw＜tA,Pq5PqA,冷却和加湿。水蒸发所需热量部分来自空气，部分来自水。A-6:tw=干球温度,tw＝tA和Pq6PqA,不发生显热交换，4等温加湿。水蒸发所需热量来自水本身。A-7:tw干球温度，twtA和Pq7PqA,加热和加湿。蒸发所需热量及加热空气的热量均来自水本身。以冷却水为目的的湿空气冷却塔内发生的便是这种过程。过程线水温特点t或QxD或QxI或Qx过程名称A-1A-2A-3A-4A-5A-6A-7twt1tw=t1t1twtstw=tststwtAtw=tAtwtA减减减减减不变减减不变增增增增增减减减不变增增增减湿冷却等湿冷却减焓加湿等焓加湿增焓加湿等温加湿增温加湿7菲克定律在浓度场不随时间而变化的稳态扩散的条件下，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。8传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在C。大于0时，随着C。的增大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热量是逐渐增大的；在C。小于0时，随着C。的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小的。由图可知，当C。为正值时，壁面上的导热量明显减少，当C。值接近4时，壁面上的导热量几乎等于零。9干燥剂表面水蒸气分压与其吸湿量的关系：吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加；干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系：当表面蒸汽压超过了周围空气的蒸汽压事，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差，冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之可重新吸湿。10溴化锂水溶液的表面蒸汽压：表面分析：溴化锂溶液的蒸汽压，远低于同温下水的饱和蒸汽压，这表明溴化锂溶液有较强的吸收水的能力。在一定温度下溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力；溶液的温度越低，液面上的水蒸气饱和分压力越低；溶液质量分数越高，液面上水蒸气饱和分压力越低；溴化锂水溶液的质量分数过高或过低均形成结晶。11箭头向右—等温加湿，喷水蒸气；箭头向下—等湿冷却，表冷器；箭头向上—等湿加热，表面式空气加热；箭头斜向下—等焓加湿，固体吸附12影响混合式热质交换的主要因素：空气的质量流量：Vp=G/A