3.3热量和质量同时进行时的热质传递

3.3热量和质量同时进行时的热质传递3.3.1同时进行传热与传质的过程3.3.2同一表面上传质过程对传热过程的影响3.3.3刘伊斯关系式3.3.4湿球温度的理论基础3.3.5自然环境中的传热传质3.3.1同时进行传热与传质的过程在等温过程中，由于组分的质量传递，单位时间、单位面积上所传递的热量为：如果传递系统中还有温差存在，则传递的热量为；)(01ttcMNqipinii，)(0,1ttcMNdydtqipinii薄膜理论传质速率就可以分子扩散方程式来计算在热量传递中也有膜传热系数lmBABmppDh,00ABmDh0h3.3.2同一表面上传质过程对传热过程影响有一股温度为t2的流体流经温度为t1的壁面。传递过程中，组分A、B从壁面向流体主流方向进行传递，传递速率分别为NA、NB。可以认为在靠近壁面处有一层滞留薄层，假定其厚度为，现求壁面与流体之间的热交换量。在y层内取一厚度为dy的微元体，在x、z方向上为单位长度,那么进人微元体的热流由两部分组成。0由温度梯度产生的导热热流为由于分子扩散，进入微元体的传递组分A、B本身具有的焓为：进入微元体的热流量等于流出微元体的热流量dydtq1))((0,,2ttcMNcMNqBPBBAPAA0)(,,22dydtcMNcMNdytdBPBBAPAA两边除以膜传热系数h，得因为再令：传质阿克曼修正系数(AckermanCorrection)边界条件为：0)(,,22dydthcMNcMNdytdhBPBBAPAA0h0,,)ChcMNcMNBPBBAPAA00220dydtCdytd0y1tt0y2tt解上述二阶齐次常微分方程壁面上的导热热流为yceCCt00211)exp(1)exp()()(000121CyCtttyt0ycdydtq00210()exp()cttc1)exp()(01200CttC1)exp()(0021CCtth))((21,,ttcMNcMNqqBPBBAPAAct)(1)exp()(2100021tthCCCtth)exp(1)(0021CCtth由图可知，当C0为正值时，壁面上的导热量明显减少，当C0值接近4时，壁面上的导热量几乎等于零。因此由上式可知，因传质的存在，传质速率的大小与方向影响了壁面上的温度梯度，从而影响了壁面上的传热量。)0()()()('210210210,ttttthdydttthqqqyccc传质冷却技术1薄膜冷却2发散冷却3薄膜蒸发冷却4烧蚀冷却当传质方向从流体主流到壁面，的值为负，此时壁面上的传热量就大为增加，冷凝器就是这种情况冷凝器表面的总传热量为：根据契尔顿-柯本尔类似律AAAtKrMNqQAAsmsrMCCAhCCtthA)()exp(1)(00pmchLeh320C)()exp(1)(320012CCrMALechCCtthAQsAApK)(1)exp(1)(320012CCrMLecCCtthAsAAp)(''wsKtthQ)()exp(1)(3200CCrMcLeCCtthASAApS3.3.3刘伊斯关系式空调计算中，常用到刘伊斯(Lewis)关系式，这能使问题大能简化。这个关系式是路易斯在1927年对空气绝热冷却加湿过程中根据实验的结果得出的，后来考虑到在热质交换过程中存在着类比关系，这个关系式才由理论推导得出。根据契尔顿-柯本尔热质交换的类似律pmcLehh32pmdchh考虑到空调计算中，用含湿量来计算传质速率较为方便因为在空调温度范围内，干空气的质量密度变化不大)(,,ASAmACChm)(,,ASAmh,,TST)(,,,ASAMAmAddhm)(,,ASAmdddhMAmmdhh,AMA，pmdceLhh32pmcLehh32对于水-空气系统，刘伊斯关系式*刘伊斯关系式成立的条件10.6Pr60,0.6Sc30002Le=132LepmdchhABDa/1)(21ttVcqpt)()(2121ttVctthp)()(2121ddhddVmmdtpmdchh湍流热质交换过程3.3.4湿球温度的理论基础热质交换的理论的最简单应用:湿球温度计湿球温度计头部被尾端进入水中的吸液蕊包裹。当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布时，湿布表面的水分就要蒸发，并扩散到空气中去；同时空气的热量也传递到湿布表面，达到稳定状态后，水银温度计所示温度为空气的湿球温度。1892,用湿球温度来测量湿度，当时许多人都在理论上对此现象研究过，但是他们得出的数据往往不一致，因而常引起争论。假定与湿布接触之前空气的温度为t,含湿量为d，焓值为i；稳定后湿球温度计的读数为twb，其对应的含湿量为dwb，焓值为iwb。当空气与湿布表面之间的热量交换达到稳定状态时，空气对湿布表面传递的热量为湿布表面蒸发扩散的水分量为)exp(1)(00CCtthqwbH()Amdwbmhdd根据热平衡根据刘伊斯关系式)()exp(1)(00ddrhCCtthwbmdwb)()exp(1)(00ddrCChtthwbmdwbpmdchh)()exp(1)(00ddrCCttcwbwbp采用级数把上式左边展开，由于湿球表面水分蒸发的量较小，即传质速率对传热过程影响不大，所以级数只取前两项考虑到干、湿球温度相差不大，因此在此温度范围内，所湿空气的定压比热与汽化潜热都变化不大根据湿空气焓的定义，可得)()(ddrttcwbwbprdtcdrtcwbwbppwbiirdtcrdtcwbwbwbptp,热质交换过程中，焓值不变。这个著名的结果首先是凯利亚在1911年提出的，这就是焓-湿图的基础。对于水-空气系统，当未饱和的空气流过一定量的水表面时，尽管空气的温度下降了，湿度增大了，但其单位质量所具有的焓值不变在焓-湿图中，不难看出湿空气的焓是湿球温度的单一函数，因此进行测试时，如何测准湿球温度是极为关键的绝热饱和温度和湿球温度物理概念不同的温度。绝热饱和温度是指有限量的空气和水接触，接触面积较大，接触时间足够充分，空气和水总会达到平衡。在绝热的情况下，水向空气中蒸发，水分蒸发所需的热量全部由湿空气供给，故湿空气的温度将降低。由于水分的蒸发，湿空气的含湿量将增大。当湿空气达到饱和状态时，其温度不再降低，此时的温度称为绝热饱和温度，常用符号ts表示。绝热饱和温度ts完全确定进口湿空气的状态，不受其它任何因素的影响，所以ts是湿空气的一个状态参数。'''III)(vaaHiimI)(''''''''vaaiHimI'''')(iHHmIa''''''''')(vavaiHiiHHHii将上列三式代入能量平衡方程式，同时除以'''''''')()(iiiiHiiHvvaa'''.)(iirHttcHvssapam&rrHttcHssap''.)()()(HHrttcwbwbprrHttcHwbwbp)(rrHttcssap''.)(rrHttcwbwbp)(tts绝热饱和温度和湿球温度实验数据表明，当湿空气的干球温度不是很大，且含湿量变化较小时，其湿球温度two与绝热饱和湿球温度ts数值很接近。例如当湿空气的干球温度为50℃，含湿量为0.0159(或%)，此时℃，如果干球温度减小，差值也相应减小。由此可见，在水-空气系统中，这两种极限温度之间的差值是不大的，特别是在空调温度范围内完全有理由把这两个温度的值视作相等。绝热饱和温度ts指的条件一般是不常见的，实践中所以要重视这个温度，是因为在水-空气系统中，借近似式,就可利用焓湿图上的ts来代替twb。对于甲苯、乙醇等一些有机化合物，其湿球温度与水相反，总是要比绝热饱和温度高。3.3.5自然环境中的传热传质3.3.5.1大气中水面蒸发及其测定水分质流密度“路基盘”)./(2smkmoldzdpTRDNWMW88.0)(25.1181(wsppuE3.3.5.2季节变换和昼夜变化对自然环境水面蒸发的影响季节变换：春夏秋冬昼夜变化：中午夜晚深夜至凌晨早晨