《热质交换原理与设备》习题答案 第 版

第一章绪论1、答：分为三类。动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）；热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）；

质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。

2、解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。

●间壁式又称表面式，在此类换热器中，热、冷介质在各自的流道中连续流动完

成热量传递任务，彼此不接触，不掺混。

●直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，

传递热量和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。

●蓄热式又称回热式或再生式换热器，它借助由固体构件（填充物）组成的蓄热

体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体壁温升高，把热量储存于固体蓄热体中，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。

●热管换热器是以热管为换热元件的换热器，由若干热管组成的换热管束通过中

隔板置于壳体中，中隔板与热管加热段，冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。

3、解：顺流式又称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端进入换热器。

●逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、热两种流

体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。

● 叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。

● 混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。 ● 顺流和逆流分析比较：

在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，顺流时，冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。

第二章 传质的理论基础

1、答：单位时间通过垂直与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。

以绝对速度表示的质量通量：,,A A A B B B A A B B m u m u m e u e u ρρ===+ 以扩散速度表示的质量通量：(),(),A A A B B B B A B j u u j u u u j j j ρρ=-=-=+

以主流速度表示的质量通量：1()()

A A A A

B B A A B e u e e u e u a m m e ⎡⎤

=+=+⎢⎥⎣⎦

2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为22C O CO +=，即为1摩尔的C 与1摩尔的2O 反应，生成1摩尔的2CO ，所以2O 与2CO 通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔

互扩散。

3、从分子运动论的观点可知：D ∽3

1

2

p T -

两种气体A 与B 之间的分子扩散系数可用吉利兰提出的半经验公式估算：

若在压强5

001.01310,273P Pa T K =⨯=时各种气体在空气中的扩散系数0D ，在其他P 、

T 状态下的扩散系数可用该式计算32

00

0P T D D P T ⎛⎫= ⎪⎝⎭

（1）氧气和氮气：

（2）氨气和空气：

2-4、解：气体等摩尔互扩散问题 ×10−3=2.59×10−5kmol/m 2s R 0通用气体常数单位：J/kmol ﹒K

5、解：250C 时空气的物性：

351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ 用式子（2-153）进行计算

设传质速率为A G ，则

2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D 需修正）

（1）用式0.830.44

0.023m e c sh R S =计算m h

（2）用式1

3

3

4

0.0395e c sh R S =计算m h

2-7、错解：氨在水中的扩散系数92

1.2410/D m s -=⨯，空气在标准状态下的物性为； 由热质交换类比律可得 ✧ 1）（第3版P25）用水吸收氨的过程，气相中的NH3（组分A ）通过不扩散

的空气（组分B ），扩散至气液相界面，然后溶于水中，所以D 为NH3在空气中的扩散。

✧ 2）刘易斯关系式只对空气——水系统成立，本题为氨——空气系统，计算时类比关系不能简化。 ✧ 3）定压比热的单位是J/kgK

正解：组分A 为NH3，组分B 为空气，空气在0℃时物性参数查附录3-1 ρ=1.293

kg m 3

;c p =1.005kJ/kg?K

8、解：325

100.04036/8314(27325)i CO P C kmol m

RT ===+

9、解：（a ）已知A M ，B M ，A x ，B x

已知B a ，A a ，A M ，B M （b ）

22

2222222

32

0.3077

322844

O O O O O N N CO CO x M a x M x M x M =

=

=++++

若质量分数相等，则

2

2

22222

2

2

1320.3484111322844

O O O O N CO O N CO a M x a a a M M M =

==++++

10、解；（a ）2

O ，2

N 的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动：

（b ）2

O ，2

N 的浓度梯度沿垂直方向空气由下部向上部运动，有传质过程。