第9讲习题

2
质量传递的方向是主流向边界传递，传
质量按下式计算：
m hmd d d b 0.01(16 14 .6) 10 1.4 10 kg / m s
2 5 3
【例6】 温度为t，焓值为i的空气流过一水池 水面，水温为tb，tb<t，水池尺寸为abc，空 气与水表面间的对流换热系数为h，求空气与 水之间的热交换量，换热扩大系数和水温变 化。
m A hmd d d b） 14 .93 10 3 16 14 .7 10 3 （ 0 .0194 10 3 k g / m 2 .s
3、总热交换量
q t h md (i i b ) 14 .93 10 3 ( 71 57 ) 10 3 209 w / m 2
1、总热交换量用麦凯尔方程计算：
Qz hmd i ib A
2、换热扩大系数
Q x h t t b a b
3、水温变化
Wc pw t Q z h c pa
i ib ab


Qz Qx

h i ib ab c pa h t t b ab
t

查30℃，相对湿度60％的空气的焓值和含湿量， 20℃，相对湿度100％的空气的焓值和含湿量。
h 71k J / k g, d 16 g / k g hb 57 k J / k g, d 14 .6 g / k g
总热交换量用麦凯尔方程计算：
q Z hmd ( h hb ) 0 .01( 71 57 ) 0 .14 k J / m s
二、计算题
【例1】氢气与氧气在总压强为1个标准大气压、温 度为20℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数 为0.6cm2/s，在垂直于扩散方向距离为20cm的两个 平面上氢气的分压强分别为16000Pa和6000Pa，求 氢气和空气的质扩散通量和摩尔扩散通量？


假定氢气为A组分，氧气为B组分。 根据菲克定律的积分式，氢气的扩散通量为：

[51] 露点温度为空气在含湿量不变的情况下，湿空气 达到饱和时的温度。(V) [52] 等湿冷却过程的热湿比为无穷小。 (V) [54] 液体吸湿剂的浓度越大，溶液表面的水蒸气分压 力越大。 (X) [55] 液体吸湿剂的浓度越大越好，这样除湿效果好。 (X) [56] 液体吸湿剂溶液表面饱和空气层的水蒸气分压力 与同温度下纯水表面饱和空气层的水蒸气分压力之 比是定值，即相对湿度。(V)
[11] 当一个极度光滑的热壁面浸入水中，是不能产生沸腾的。(V) [12] 壁面上的凹穴和裂缝全部可以成为产生气泡的汽化核心。 (X) [13] 不凝结气体的存在对沸腾换热是有利的，对凝结换热是不利 的。(V) [14] 固体吸湿剂对空气进行减湿处理与表冷器的过程相同。(X) [15] 喷蒸气加湿可以实现等温加湿过程。(V) [16] 通过调节水温，喷淋室能够实现多种过程。(V) [17] 喷淋室不能够对空气进行等温加湿。 (X) [18] 饱和空气与不同温度的水直接接触时，只有显热交换。(X) [19] 未饱和空气与冷水接触时，热交换和质交换同时发生，所以 既有显热交换，也有潜热交换。 (V) [20] 未饱和空气与热水接触，温度升高，湿度减小，焓增加。(X)
1
1
20排管束的换热系数： h20
h20 h1

1 4 nd
1
1
1 4 d 0.473
1 4 1 4 n 20
1
1
【例5】已知湿空气温度30℃，相对湿度为60 ％，流过水面，水温为20℃，空气与水表面 之间的传质系数为0.01kg/m2.s，求水面在单 位时间内单位面积上的蒸发水量和散热量？
h i ib ab c pa Wc pw
c pa t t b
i ib
h i ib ab c pw c pa abc w
【例7】30℃的空气，相对湿度为60％，流过 20℃的水面，空气与水表面间的对流换热系 数为15w/m2.K，求空气与单位面积水面之间 的显热交换量、质交换量、潜热交换量和总 热交换量。
Q W
Hale Waihona Puke Baidu
10000 2
5000
t=20℃
t=28℃ φ=60％ φ=100％
过A点作与等值线
A点
5000
2、此为状态变化的方向。与等温线28℃相交点即为 空气的终状态B。查焓湿图得出：
51 %，d 12 g / kg干空气， i 59 kJ / kg
【例10】已知空气以3m/s的速度掠过长0.4m的 水面，空气温度为20℃，压力为1个标准大 气压，水温为10℃，空气在20℃时Pr＝ 0.703，求空气与水之间的质交换系数和传 质系数？
0.678
3600 0 .2 0 .01495 m / s
3、计算质扩散通量
m hm (c w c f ) Pw Pf 0 .01495 RT RT
701 1704 0 .01495 461 288 461 293 1 .129 10 4 k g / m 2 s
4、潜热交换量
q q qt q x 209 150 59 w / m
2
【例8】 已知湿空气中水蒸气的分压力为 700Pa，当地大气压为101325Pa，则空气的 含湿量为多少？
d 622 622 Pq B Pq 700
101325 700 4 .33 g / k g干空气
Re Sc ul
2、计算hm

D

4 0 .2 1 .506 10 5 1 .506 10
1 2 5
53120 10 5 0 .678
1 3
sh hm
hm l
0 .08 / 3600
D 134 .45 0 .08
134 .45
sh 0 .664 53129 134 .45
【例3】压力为1个标准大气压的水蒸气在水 平圆管上凝结。圆管外径为40厘米，壁温为 96℃，汽化潜热为2257kj/kg，在98℃时，水 的运动粘度为2.75 ×10 -4 kg/m.s，密度为 956kg/m3,导热系数为0.7w/m.k。求每米长管 的换热量和凝结蒸汽量。

计算平均表面传 热系数：
1、显热量
q x ht 150 w 15 30 20
2、质扩散通量为：
传质系数为 hmd h cp 15 1005 14 .93 10 kg / m.s
3
查焓湿图： 温度30℃，相对湿度60％时，空气的含湿量为 16g/kg干空气，焓为71kJ/kg。 温度20℃，相对湿度100％时，空气的含湿量为 14.7g/kg干空气，焓为57kJ/kg。
gr l2 3 l 0.729 8167 .8W / m 2 .K l d t s t w
Re 4 d t s t w 264 .5 1600
1 4

计算膜层雷诺数： 层流状态
lr

计算换热量 计算凝结水量
Q At s t w 4.104 10 4 W

[43] 机械露点指空气经喷淋室处理后达到的状态。(V) [44] 单级喷淋室处理后的空气相对湿度可达到95％，双级喷淋 室处理后的空气相对湿度可达到100％。 (X) [45] 空调冰蓄冷系统属于潜热蓄冷，可节约电耗，因为它可以 把夜间的冷量储存起来供白天使用。(X) [46] 二元混合物中组分1和2等质量互扩散，则两种组分的质扩 散通量与摩尔扩散通量相等。 (X) [47] 二元混合物中组分1和2互扩散，则1向2和2向1的扩散系数 相等。 (X) [48] 湿空气的含湿量和水蒸气分压力是一一对应关系。 (V) [49] 湿空气的密度与干空气的密度相等。 (X) [50] 绝热加湿过程的热湿比精确等于零。 (X)
第9讲 习 题 课
一、判断题 [1] 单独的分子扩散是不存在的。（X） [2] 对流扩散形式在流体中不能单独存在，它总是伴随 着分子扩散。 (V) [3] 水－空气系统不能使用刘伊斯关系式来计算。(X) [4] 空气的湿球温度就是绝热饱和温度。p47 (X) [5] 空气的湿球温度大于该空气的干球温度。(X) [6] 湿球温度是空气的实际温度。(X) [7] 饱和空气的干球温度等于湿球温度。(V) [8] 空气的相对湿度就是含湿量。 (X) [9] 当壁面的温度大于水的温度，水就可以汽化。(X) [10] 过冷水中浸入一块温度为150℃的热金属壁面， 水会产生沸腾。 (V)
mv Q r 0.018 kg / s

【例4】水平放置的顺排冷凝器，垂直列上有 20排管，求管束的平均换热系数与第一排管 的换热系数之比？
第一排的换热系数为：
g 2 3 r 4 h1 0.725 t s t w d
g 2 3 r 4 0.725 t s t w nd
2 0 .0123 10 4 kmol / m 2 s
3、计算空气质和摩尔扩散通量
n A n B 0.0123 10 4 kmol / m 2 s m B n B B 0.0123 10 4 29 0.3567 10 4 kg / m 2 s
【例9】已知空气的压力为1个标准大气压，湿 空气的初参数为温度20℃，相对湿度为60％， 当加入10000kJ/h的热量和2kg/h的湿量后， 温度为28℃，求空气达到的含湿量、相对湿 度和焓值？
1、根据温度20℃，相对湿度60％，在焓湿图上找到空气状 态点A。热湿比为：
B点
5000

[21] 要对空气进行除湿处理，必须同时降温。 (X) [22] 在空气进行除湿的同时，空气的温度不可能升高。(X) [23] 干燥剂的吸湿量越大，表面蒸气压越大。(V) [24] 干燥剂的温度越高，干燥剂表面蒸气压越大，吸湿能力越 差。 (V) [25] 在满足舒适度和工艺要求的前提下，应尽量减小送风温差。 (X) [26] 送风高度越大，送风温差可以取得越大。 (V) [29] 空气与水表面进行质交换，实际上是空气与水表面的饱和 空气层之间进行质交换。 (V) [30] 表冷器的干工况是指空气与空气进行热质交换，没有水存 在。 (X)
[31] 表冷器的湿工况是指空气中的水蒸气在表冷器金属表面上 产生凝结。 (V) [32] 表冷器在湿工况下，其外表面的换热系数比干工况增大了 几倍。(V) [33] 表冷器外表面是否产生凝结水，其换热系数不变。(X) [34] 喷水系数是指喷水量与空气量的比值。 (V) [35] 未饱和空气空气在进入喷淋室处理后，可达到饱和状态。 (X) [36] 蒸发器的蒸发温度越低越好。(X) [37] 水喷射器中压力最高点在喷管入口，此处速度也是最小的。 （V） [38] 在喷水室中，通常要使用一部分循环水和冷冻水混合，喷 水温度越高，所需冷冻水量越小。 (V) [39] 喷水室中喷管排水越多，热交换效果越好。(X)
【例2】 求对流质交换系数和质扩散通量。已知空气 的流速为u=4m/s，沿气流方向水面长度l=0.2m， 水面温度为15℃，空气温度为20℃，空气压力为 1个标准大气压。水蒸气分压力为701Pa， D=0.08m2/h。水温为15℃时的饱和水蒸气分压力 为1704Pa。
1、流体沿平板层流流动，计算sh
2、计算氢气摩尔扩散通量
D PA1 PA 2 R AT y
1、计算氢气质扩散通量
mA
nA
mA
0 .6 10 4 16000 6000 8314 0 .2 293 2 0 .0246 10 4 k g / m 2 s

0 .0246 10 4