热质交换原理与设备
热质交换原理与设备实验
热质交换原理与设备实验
热质交换是指通过热电材料之间的热电效应实现的能量转移，可
以作为一种高效的能量转换方式。
其基本原理是当两种不同材料的连
接处有温度差时，由于热电效应的存在，将产生电势差和电流。
根据
洛仑兹力的作用，电流在材料内部生成电热效应，从而产生能量转移。
因为热质交换原理需要温差才能发挥作用，所以在实际应用中需要进
行恰当的热管理和优化设计。
热质交换设备包括热电发生器和热电制冷器两类。
热电发生器的
作用是将热能转换成电能，常用于废热利用、能源回收等领域。
热电
制冷器则是将电能转换为制冷效果，常用于航空、汽车、电子设备等
领域。
为了获得良好的热电性能，需要选择合适的热电材料、设计合
理的结构和优化热管理措施。
为了研究热质交换原理，可以进行实验来验证其基本原理和性能。
一般实验设备包括热电材料、热源、温度计、电表和恒流源等。
通过
在不同温度下测量电压和电流，可以计算出热电系数和热导率等关键
指标，进一步优化材料和结构。
热质交换原理与设备
质量通量用绝对速度表示A A A u m ρ=用扩散速度表示()u uA A JA -=ρ摩尔通量用绝对速度表示A A A u C N =用扩散速度表示)(M A A A u u C J -=传质通量是单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量，传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
)(/1B B A A u u u ρρρ+=质量传质：分子传质又称为分子扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
对流传质：指避免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。
分子扩散和对流扩散的总作用成为对流传质交换斐克定律（扩散基本定律）—在浓度场不随时间变化的情况下，组分A 向组分B 的扩散通量与组分A 的浓度梯度成正比，表达式：质量扩散通量dzB d D BA jB dz A d D AB ja ρρ-=-=,摩尔扩散通量dZdCB D BA JB dZ dCA D AB JA -=-=,两组分扩散系统有：JB JA jb jA -=-=,所以扩散系数D D BA D AB ==注：菲克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度为扩散速度，一般表达式：)(B A A z A A m m a d d D m ++-=ρ M M a A A = )(B A A Z CA A N N x d d D N ++-= nn x A A =组分的实际传质通量=分子扩散通量+主题流动通量。
扩散系数：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，定义：扩散系数是沿扩散方向，在单位时间浓度降得条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，单位㎡/s 。
浓度边界层决定了对流传质，如果在表面处流体中的某种组分A 的浓度S A C ,和自由流体的∞,A C 不同，就将产生浓度边界层，它是存在浓的梯度的流体区域，并且它的厚度c δ被定义为[][]99.0/,=--∞AS A S A C C C C 时的y 值，在表面和自由流的流体之间的对流造成的组分的传递是由这个边界层中的条件决定的。
热质交换原理与设备
填空：1、 当流体中存在速度、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。
2、 动量、热量和质量的传递，既可以是分子的微观运动引起的分子扩散，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。
3、 绝对速度＝主体流动速度+扩散速度4、 组分的实际传质通量＝分子扩散通量+主体流动通量5、 按扩散物质分子运动的平均自由程λ与孔道直径d 的关系，常将多孔固体中的扩散分为斐克型扩散、克努森扩散及过渡区扩散等类型。
6、 质交换的两种基本形式分子扩散、对流扩散。
7、 麦凯尔方程: aAdz i i h dQ m d )(-''=dA i i h dQ b md z )(-=。
8、 常用的固体吸附剂有极性的 硅胶、多孔活性铝和沸石 及非极性的活性炭 等。
9、 吸收液除湿的最大特征：只要吸收液浓度保持一定，入口温度对空气出口相对湿度 几乎没有影响。
10、按照用途的不同，可将混合式热交换器分为 冷却塔 、气体洗涤塔 、 喷射式热交换器 、和 混合式热交换器 。
11、冷却塔淋水装置点滴式 、 薄膜式、点滴－薄膜式。
12、热质交换设备按工作原理可分为间壁式 、直接接触式/混合式 、蓄热式 、和 热管式 。
13、刘易斯关系式的表达形式 。
14、固体除湿其按工作方式可分为固定式 和 旋转/回转式 。
15、常用的吸收液 氯化锂 、 三甘醇 。
16、喷淋室有卧式和立式、单级和双级、低速和高速 之分。
此外工程上还使用带旁通和带填料层的喷淋室。
17、常用水冷式冷凝器有壳管冷凝器 ， 壳－盘管，套管式， 板式冷凝器。
18、满液式蒸发器，若制冷剂为氨，充液高度约为筒径的70～80％，而氟利昂为制冷剂时，其充液高度为筒径的 55～65％。
19、在直接蒸发式空气冷却器中，分液器 和毛细管保证液态制冷剂能够均匀分配给各路肋管的主要部件。
20、制冷剂在管内蒸发时，其流速或质量流速越大，管内沸腾放热系数就越高，而流速的增大又将引起管内制冷剂压力降的增加，故存在最佳质量流速。
热质交换原理与设备
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。
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，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度。
物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的物质的量称为该组分的物质的量浓度，符号C。
绝对速度= 主体流动速度+ 扩散速度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。
传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
质量传递的方式分为分子传质和对流传质。
分子传质又称为分子扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
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。
在湍流流体中，由于存在大大小小的漩涡运动，而引起各部位流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下，物质便朝着浓度降低的方向进行传递，这种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。
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。
斐克定律只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。
组分的实际传质通量= 分子扩散通量+ 主体流动通量在气体扩散过程中，分子扩散有两种形式，双向扩散和单向扩散。
等分子反方向扩散（双向扩散）：设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则成为等分子反方向扩散。
组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）：设组分A、B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，组分A通过停滞组分B进行扩散。
液体中的等分子反方向扩散发生在摩尔潜热相等的二元混合物蒸馏时的液相中，此时，易挥发组分A向气液相界面方向扩散，而难挥发组分B则向液相主体的方向扩散。
热质交换原理与设备概述
热质交换原理与设备概述在热质交换过程中，热量的传递通过传热表面进行，介质之间不直接接触。
根据传热方式的不同，热质交换可以分为对流换热和辐射换热两种。
对流换热是通过流体的流动来实现热量传递，常见的设备有管壳式换热器、板式换热器等；辐射换热是通过辐射作用来实现热量传递，常见的设备有塔式冷却器、蒸发器等。
换热器是热质交换中应用最广泛的设备之一，其原理是通过传热表面将热量从一个介质传递到另一个介质。
常见的换热器有管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器等，其结构形式和换热原理各有不同，可以根据具体的工艺需求进行选择。
冷凝器和蒸发器是热质交换中另外两种重要的设备。
冷凝器主要用于将蒸汽冷凝成液体，蒸发器则用于将液体蒸发成蒸汽。
它们在化工生产过程中起着非常重要的作用，可以有效地实现能源的利用和介质的循环利用。
吸收器是一种特殊的热质交换设备，主要用于吸收剂对溶质的吸收作用。
它在化工领域中应用广泛，可以用于气体的干燥、溶液的浓缩、气液的分离等工艺。
总的来说，热质交换原理与设备是化工、能源、环保等行业中不可或缺的重要内容，它们的应用可以有效地提高能源利用率和生产效率，降低生产成本，保护环境并推动工业发展。
随着技术的不断发展和进步，热质交换原理与设备也将不断完善和改进，为人类社会带来更多的福祉。
热质交换原理与设备作为化工、能源和环保等行业的重要环节，在现代工业生产中发挥着关键作用。
热质交换过程是将两种物质之间的热量转移交换，通常在不同温度的条件下进行。
这需要通过热质交换设备，将热能从一个介质传递到另一个介质，以满足工业生产过程中的热能需求。
在热质交换过程中，介质的传热方式有对流、辐射和传热。
对流换热是指介质之间的热量通过传导和对流进行传递；辐射换热是指介质通过辐射方式进行热量传递；传热是指介质之间的热量通过固体传热表面进行传递。
这些传热方式的不同会影响热质交换设备的选择和设计。
换热器是热质交换中应用最广泛的设备之一，主要用于热能的传递。
热质交换原理与设备
热质交换原理与设备
热质交换原理与设备
一、热质交换原理
1.热质交换是指在不混合或接触的情况下，在相邻的两种介质中转移热量的过程，其主要原理是热传导、热对流和热辐射。
2.热传导是指因成品和物体内部的结构不同，当存在温差时，相邻一端会传播热量到另一端，从而在多种介质中流动，将热量进行散布。
3.热对流是指液体和气体之间由于温度差引发物质在彼此之间转移的过程，从而实现热量的传播。
4.热辐射是由于热对象放出热量，因而形成热浪在空气或真空中的传播，从而实现热的辐射传播。
二、热质交换设备
1.常见的热交换器：螺旋管式热交换器、盘管式热交换器、栅格片式热交换器、夹套式热交换器、管束式热交换器等。
2.特殊的热质交换设备：热电偶、波纹管式热交换器、热网式热交换器、双重流热交换器、孔板式热交换器等。
3.蒸汽热质交换器：真空换热器、冷凝器、蒸发器、再返回比噲器等。
4.储热式热质交换设备：由储热介质（水、水蒸气、黏土器、水泥等）围绕在热交换管中，把热量储藏起来，通过分离式壳和管道系统，将
储热介质和非储热介质分离，实现固定或可控制的温度传递。
三、安全注意事项
1.不使用与热质交换器容量不符的膨胀罐和其他附件，否则会导致热质交换器出现问题。
2.确保安装热交换器之后介质充足，以确保热质交换器正常工作。
3.定期检查介质管道是否有漏损，以确保热质交换器的安全和正常运行。
4.定期检查热交换器空气过滤器，防止蒸发器堵塞。
5.定期检查热交换器的进出口水压，确保有足够的供压。
6.避免热质交换器表面的氧化，以防止局部热传导性能的下降。
热质交换原理与设备要点总结
<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。
热质交换原理与设备
热质交换原理与设备热质交换是指在工业生产和生活中，利用热量传递的原理，将热能从一个物体传递到另一个物体的过程。
热质交换原理与设备是热力学领域的重要内容，它在化工、能源、环保等领域有着广泛的应用。
本文将从热质交换的基本原理、热质交换设备的分类和工作原理等方面进行介绍。
热质交换的基本原理是热量传递。
热能是物质内部分子振动、转动和运动的能量，当两个物体温度不同时，热能会从高温物体传递到低温物体，直到两者达到热平衡。
热质交换的过程包括传热、传质和传动三个方面。
传热是指热能通过热传导、对流或辐射等方式传递的过程；传质是指物质内部的热量传递；传动是指通过泵、风机等设备将热能传递到需要的地方。
热质交换设备根据传热方式的不同可以分为换热器、冷凝器、蒸发器等。
换热器是最常见的热质交换设备，它是利用传热原理将两种不同温度的流体进行热量交换的设备。
常见的换热器有管壳式换热器、板式换热器、螺旋板式换热器等。
冷凝器是将气体冷却成液体的设备，常见的有空气冷凝器、水冷凝器等。
蒸发器则是将液体转化为气体的设备，常见的有单效蒸发器、多效蒸发器等。
换热器的工作原理是通过换热面积的增加来提高换热效果。
换热器内部有大量的传热表面，通过增加传热表面积可以提高换热效率。
此外，换热器的设计也会影响换热效果，包括流体的流动方式、换热器的结构等。
冷凝器的工作原理是通过降低气体温度来使气体凝结成液体，从而释放热量。
蒸发器的工作原理是通过加热液体使其蒸发成气体，从而吸收热量。
总的来说，热质交换原理与设备是工业生产和生活中不可或缺的重要组成部分。
它的应用范围广泛，涉及到能源利用、化工生产、环境保护等多个领域。
通过对热质交换原理和设备的深入了解，可以更好地应用于实际工程中，提高能源利用效率，降低生产成本，保护环境，促进工业生产的可持续发展。
热质交换原理与设备课件(PPT 83页)
20 2．87 2．90 2．97 2．98
25 3．06 3．08 3．14 3．18
28 3．21 3．23 3．28 3．31
41
图7-13 喷水室热平衡图 42
4.喷水室设计性计算步骤和例题
1)用空气的参数计算接触系数 2)选用喷水室结构，喷嘴形式、喷嘴直径、喷嘴密度，取空气质 量流速。 3)查接触系数的实验公式 4)求喷水量 5)查热交换效率系数的实验公式，求出热交换效率系数 6)用空气和水的参数计算热交换效率系数 7)列出热平衡方程式 8)联立求解以上两个方程，求水的初温和终温。 9)冷源方式的选择。 10)阻力计算。
46
7.2.2 冷却塔的热工计算
1.冷却塔内的传热过程 2.冷却塔的热工计算公式和参数 3.冷却塔通风阻力计算 4.计算类型
47
2.冷却塔的热工计算公式和参数
(1)计算公式 焓差法是利用麦凯尔方程和水空气的热平衡方程， 求解水温t和比焓h的方法。 (2)冷却数的确定 冷却数的定义式是很难求解的，一般采用近似 求解法求出。 (3)特性数的确定 (4)表面传热系数与传质系数 (5)气水比的确定 气水比是指冷却单位质量的水所需的空气的质 量，用λ表示。
48
图7-15 塑料斜波55×12.5×60°—1000型容积传质系数 49
图7-16
—1000型容积传质系数
50
图7-17 两种填料的特性曲线 51
图7-18 气水比及冷却数的确定 52
3.冷却塔通风阻力计算
53
7.2.3 喷射泵的热工计算
1.喷射泵的类型 2.水喷射泵的结构 3.水喷射泵的热工计算公式和方法
25
图7-9 空气冷却器热交换效率系数的线算图 26
图7-10 空气冷却器处理空气的状态变化 27
热质交换原理与设备
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。
2、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。
3、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。
4、冷却塔填料的作用是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延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量，均匀布水。
5、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=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。
6、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% 。
7、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。
8、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。
9、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。
10、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。
11、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。
13、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。
14、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。
热质交换原理与设备完整版 修订版
JH JD
cf 2
2 可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质， 只要 St pr 3 Stm Sc 3 ○
2
2
将对流 传热 计算式 中的 有关 物理参 数及 准则 数用于 对流 传质 中相应 的代 换即 可，如
3 同样可以用类比关系由传热系数 h 计算传质系 t↔c,a↔D, λ ↔D,pr↔Sc,Nu↔Sh,St↔ Stm ○
2 干燥循环的过程： ○ 干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差造 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， 即既不吸湿也不放湿；
完整的干燥循环由吸附过程，脱附过程和冷却过程构成 3 影响吸收效果的因素：A 除湿剂的结构 B 除湿剂的选择 ○ 第六章
4. 喷淋室的热交换效率系数： 1 （第一热交换效率或全热交换效率） 1 1
ts 2 tw 2 热湿 ts1 tw1
交换越不完善，1 越小（ t s1 、 t s 2 空气始终态的湿球温度， t w1 、t w 2 水的始终态的湿球温度） 喷淋室的接触系数 2 （第二热交换效率或通用热交换效率） 2 1 变化完善程度。 5. 喷淋式计算的主要原则： 该喷淋室能达到的1 应等于空气处理过程所需要的1 ， 该喷淋室 能达到的 2 应等于空气处理过程需要的 2 ，该喷淋室喷出的水能吸收（或放出）的热量应 等于空气失去（或得到）的热量。
数 hm 3、对流传质过程的准则数：施密特准则数： Sc
v ，运动黏度与物体扩散系数之比；表 Di
示物性对对流传质的影响，速度与浓度边界层的相对宣乌特数 Sh
hml ；斯坦顿数： Di
St
a hm ；刘伊斯准则： Le , 表示温度分布和浓度分布关系的相互关系，体现传热和传 D u
热质交换原理与设备概述
热质交换原理与设备概述1. 引言热质交换是一种常见的热传递过程，在许多工业领域和日常生活中都有广泛的应用。
热质交换设备通过有效地传递热量，实现了能源的高效利用。
本文将介绍热质交换的基本原理和常见的热质交换设备。
2. 热质交换原理热质交换是指通过热传递介质的流动，将热量从一个物体或介质传递到另一个物体或介质的过程。
热质交换的原理可以概括为以下几点：•热传导：热质交换中最常见的传热方式是热传导。
热传导是指热量通过物质颗粒之间的碰撞和振动传递的过程。
热传导的速率受到物体间温度差异以及物质的导热性能的影响。
•对流传热：对流是在流体中传递热量的一种方式。
通过流体的流动，热量可从高温物体传递到低温物体。
对流传热的速率取决于流体的性质、流速以及物体之间的温差。
•辐射传热：辐射是一种通过电磁波传递热量的方式。
热辐射不需要介质的存在，因此可以在真空中传播热量。
辐射传热的速率取决于物体的温度以及表面的发射率。
3. 热质交换设备概述热质交换设备是用来实现热质交换过程的工具或设备。
下面将介绍几种常见的热质交换设备：3.1 管壳式换热器管壳式换热器是一种常见的热质交换设备，它由一个外壳和多根内管组成。
热质通过内管和外壳之间的传热界面进行传递。
管壳式换热器具有结构简单、换热效率高等优点，在工业领域得到了广泛的应用。
3.2 板式换热器板式换热器是由一系列平行的金属板组成的。
热质在板间流动，通过板间的热传导和对流传热来实现热质交换。
板式换热器具有紧凑、换热效率高、清洁方便等特点，广泛应用于化工、制药等领域。
3.3 冷凝器和蒸发器冷凝器和蒸发器是常见的热质交换设备，常用于制冷空调系统中。
冷凝器用于将气体或蒸汽冷却成液体，而蒸发器则用于将液体蒸发成气体。
冷凝器和蒸发器通过热量的吸收和释放来实现热质交换。
3.4 换热管换热管是一种用于实现热质交换的管状设备。
换热管可根据需要采用不同的结构和材料，例如螺旋管、管束等。
换热管广泛应用于化工、石油、电力等行业，用于实现高效的热质交换过程。
热质交换原理与设备及应用
热质交换原理与设备及应用热质交换是指通过传递热量和质量（物质的传递）来实现能量转换或物质转化的过程。
热质交换的原理是基于热力学的第一、第二定律以及物质的传质现象。
实际上，热质交换在许多领域都有重要的应用，例如化工过程中的反应器、蒸馏柱、吸附剂、干燥器等。
热质交换设备主要有以下几种：1. 热交换器：热交换器是将两种流体通过不同的通道流动，并在壁面进行热质交换的设备。
它通常由两个流体分别在不同的通道中流动，通过壁面的传热传质而实现热质交换。
热交换器不仅可以实现两种流体之间热量的传递，还可以实现质量的传递，例如脱氧剂热交换器可以除去氧气并传递给其他气体。
2. 蒸馏塔：蒸馏塔是一种广泛应用于化工工艺中的热质交换设备，主要用于分离液体复合物的纯度。
在蒸馏塔中，将混合物加热至汽化温度，然后进入蒸馏塔。
混合物经过不同的塔层后，根据其组分的挥发性和密度差异，部分组分会汽化，然后在不同的塔层中凝结，最终分离出纯度高的组分。
3. 吸附剂：吸附剂是一种将气体或液体中的物质吸附到其表面的材料。
吸附剂在化工领域中广泛应用于气体分离、脱湿和去除污染物等过程中。
当气体通过吸附剂时，其组分会通过物质的吸附和脱附过程，与吸附剂表面进行热质交换，从而实现气体的分离和纯化。
4. 干燥器：干燥器是一种将湿物质中的水分去除的设备。
在干燥过程中，湿物质与干燥介质接触，水分被吸附或蒸发，然后通过热质交换将水分从物质中卸载出来。
热质交换在许多领域都有广泛的应用，如能源工程、环境工程和化工工艺等。
在能源工程中，热质交换被广泛应用于热电厂中的汽轮机、锅炉和换热器等设备中。
通过热质交换，能量可以从燃烧过程中的热量转化为电能。
在环境工程中，热质交换被应用于污水处理、空气净化和废气处理等过程中。
例如，在污水处理过程中，通过生物反应器进行热质交换，可以将有机物质分解为水和二氧化碳。
在化工工艺中，热质交换被广泛应用于反应器、热交换器和分离器等设备中。
通过热质交换，可以实现反应物的预热、产物的冷却，以及对组分的分离和纯化。
热质交换原理与设备的应用
热质交换原理与设备的应用1. 什么是热质交换热质交换是指通过传导、传热方式将热量从一个物体传递到另一个物体的过程。
它是热力学中的一项重要内容，广泛应用于各个领域，包括工业制造、能源生产以及环境保护等。
2. 热质交换的原理热质交换的原理基于热传导、对流和辐射三种传热方式。
在热质交换中，热量从高温区流向低温区，以达到热平衡。
热质交换的原理可以概括为以下几点：•热传导：指通过物质内部的分子振动和碰撞将热量从高温区传递到低温区。
热传导的效果受物体的导热性能和温度差的影响。
•对流：指通过流体介质（如气体或液体）的运动将热量从高温区传递到低温区。
对流的效果受流体的流动速度、流动方式和温度差的影响。
•辐射：指通过电磁波辐射将热量从高温区传递到低温区。
辐射的效果受物体的温度、表面特性和距离的影响。
3. 热质交换设备的应用热质交换设备是用于实现热质交换的工具和设备。
不同的设备在不同领域有着各自的应用，下面是一些常见的热质交换设备及其应用：3.1. 管壳式换热器管壳式换热器是一种常见的热交换设备，它由一个管网和一个外壳组成。
热量通过管网传递到外壳，再通过冷却介质将热量带走。
管壳式换热器广泛应用于化工、制药、电力等领域。
3.2. 翅片换热器翅片换热器是一种通过翅片增加换热面积来提高换热效率的设备。
它常用于空调系统、冷却塔等场合，能够有效地实现热质交换。
3.3. 换热管换热管是一种特殊的管道，它在管道内部设置有丝翅片或螺旋翅片，能够增大换热面积，提高换热效率。
换热管广泛应用于石油、化工、冶金等行业。
3.4. 蒸汽凝结器蒸汽凝结器是一种用于将蒸汽冷凝成液体的设备。
它通常应用于蒸汽发电厂、炼油厂等场合，能够回收蒸汽中的热量。
3.5. 换向器换向器是一种用于改变流体流动方向的设备。
它常用于石油化工、电力等领域，能够实现流体的逆向流动，从而实现热质交换。
4. 总结热质交换是热力学中的一项重要内容，通过传导、对流和辐射等方式将热量从高温区传递到低温区。
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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_、_斐克定律_。
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：()dAiihdQdm dz-=，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。
四、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。
（10分）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）；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。
五、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到如图所示的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种（10分）答：质量传递的推动力是浓度梯度。
传质有两种基本方式：分子扩散与对流扩散。
在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体及固体中的扩散，本质上由微观分子的不规则运动引起，称为分子扩散，机理类似于热传导；流体作宏观对流运动时由于存在浓度差引起的质量传递称为对流扩散，机理类似于热对流。
二、简述斐克定律，并写出其数学表达式以及各项的意义；当混合物以整体平均速度v 运动时，斐克定律又该如何表示？（20分）答：斐克定律克：在浓度场不随时间而变的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A 和B 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，其表达式为：s m kg dy dC D m A ABA ⋅-=2或s m kmol dy dnD N A AB A ⋅-=2A m ，A N －分别为组分A 的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；dy dn dy dC AA ,——分别为组分A 的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；AB D ——组分A 向组分B 中的质扩散系数，单位s m /2；当混合物以整体平均速度v 运动时A c AABA V s m kg dy dC D m ,2+⋅-=三、简述“薄膜理论”的基本观点。
（15分）答：当流体流经固体或液体表面时，存在一层附壁薄膜，靠近壁面一侧膜内流体的浓度分布为线性，而在流体一侧，薄膜与浓度分布均匀的主流连续接触，且薄膜内流体与主流不发生混和与扰动。
在此条件下，整个传质过程相当于集中在薄膜内的稳态分子扩散传质过程。
四、在什么条件下，描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由。
（10分）答：如果组分浓度比较低，界面上的质扩散通量比较小，则界面法向速度与主流速度相比很小可以忽略不计时，描述对流换热系数和对流传质的准则关联式具有完全类似的形式。
此时，对流换热与对流传质的边界层微分方程不仅控制方程的形式类似，而且具有完全相同的边界条件，此时对流换热和对流传质问题的解具有完全类似的形式。
五、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。
（5分） 答：()dA i i h dQ d m d z -=麦凯尔方程表明，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。
上式中，z dQ 为潜热和显热的代数和；i 为主流空气的焓，b i 为边界层中饱和湿空气的焓，md h 为湿交换系数或空气与水表面之间按含湿量之差计算的传质系数。
六、氢气和空气在总压强为1.013×105Pa ，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为0.6㎝2/s ，在垂直于扩散方向距离为10㎜的两个平面上氢气的分压强分别为16000Pa 和5300Pa 。
试求这两种气体的摩尔扩散通量。
(10分)解：用A 和B 分别代表氢气和空气 由于等摩尔互扩散，根据菲克定律()sm mol y p p T R D N N A A m B A ⋅⨯=-⋅⨯⨯=∆-⋅=-=--22421/1059.201.05300160002988314106.0负号表示两种气体组分扩散方向相反。
七、含少量碘的压力为1.013×105Pa 、温度为25℃的空气，以5.18m/s 的速度流过直径为3.05×10-2m 的圆管。
设在空气中碘蒸汽的平均摩尔浓度为nm ，管壁表面碘蒸汽的浓度可视为0，空气－碘的质扩散系数D=0.826×10-5㎡/s ，试求从气流到管壁的对流传质系数以及碘蒸汽在管子表面上的沉积率。
（空气的动量扩散系数s m 261015.15-⨯=ν）（15分）管内受迫层流：333.0333.0Re86.1Sc Sh = 管内受迫紊流：44.083.0Re 023.0Sc Sh =解：88.110826.01053.1556=⨯⨯==--D v Sc101731053.151005.318.5Re 62=⨯⨯⨯==--v ud ()()35.6488.110173023.0Re 023.044.083.044.083.0=⨯⨯==Sc Sh s m d Sh D h m 017.01005.310826.035.6425=⨯⨯⨯=⋅=-- ()s m kmol n n h N m m m A ⋅=-=2017.00八、已知空调系统送风量G ＝5㎏/s ，空气初状态参数t 1=35℃，t s1=26.9℃， i 1=85kJ/㎏；终状态参数为t 2=19℃，t s2=18.1℃，i 2=51.4kJ/㎏；空气压强101325Pa ，试选用JW 型空气冷却器并求出其中的传热系数范围。
（空气密度ρ=1.2 kg/m 3，定压比热c p =1.005 kJ/( kg ·℃)，水定压比热c p =4.19 kJ/( kg ·℃)，可选表冷器中水流速范围w=0.8-1.6m/s ）。
（15分）已知水冷式表面冷却器作为冷却用之传热系数（W/ ㎡·℃）:4排:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-=6.33217.3911ωξy k V6排:⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-=8.002.152.06.32515.4111ωξy k V⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-=8.00.158.06.35315.3511ωξy k V解：（1）计算需要的接触系数2ε，确定冷却器的排数 889.09.26351.181********=---=---=s s t t t t ε查表可知，在常用的y V 范围内，JW 型6排表冷器能满足889.02=ε的要求，故选用6排。
（2）假定s m V y 5.2='，则 ()2667.15.22.15m V G A y y =⨯='='ρ查表可选用JW20－4型表冷器一台，其迎风面积287.1m A y =故实际迎面风速()s m A G V y y 23.287.12.15=⨯==ρ查2ε表可知，在s m V y 23.2=时，JW 型6排表冷器实际的2ε值可以满足要求，所选JW20－4型表冷器每排散热面积,05.202m A d =通水断面积200407.0m A w =。
（3）求析湿系数()()1.21935005.14.51852121=-⨯-=--=t t c i i p ξ（4）由已知，可选水流速范围s m 6.18.0-=ω代入⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-=8.002.152.06.32515.4111ωξy k V当8.0=ω()Km W y k V 219.898.002.152.06.32515.411==⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-ωξ当8.0=ω()Km W y k V 216.1046.32515.411==⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+-ωξ。