热质交换原理与设备(chapter5 new)
《热质交换原理与设备》习题答案
《热质交换原理与设备》习题答案《热质交换原理与设备》习题答案《热质交换原理与设备》习题答案.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。
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》课程教学大纲(本科)
热质交换原理与设备(Principle and Equipment of Heat and Mass Transfer)课程代码：02410040学分：2.0学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：热质交换原理与设备，连之伟，北京：中国建筑工业出版社，第四版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热质交换原理与设备》是具有承上启下意义，同时起到连接相关专业基础课与专业课桥梁作用的专业基础课。
它是在《传热学》、《流体力学》和《工程热力学》的基础上，将专业中《冷热源工程》、《暖通空调》、《热泵原理与应用》等专业课中涉及流体热质交换原理及相应设备的共性内容抽出，经综合、充实和系统整理而形成的一门专业基础课程。
此课程兼顾理论知识和设备知识，培养学生较全面掌握动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论的基础知识，掌握本专业中的典型热质交换设备的热工计算方法，为进一步学习本专业的专业课程打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:掌握传质的理论基础，包括传质的基本概念，扩散传质、对流传质的过程及分析, 相际间的热质传递模型。
课程目标2：理解传热传质的分析和计算知识，包括动量、热量和质量的传递类比，对流传质的准则关联式，热量和质量同时进行时的热质传递；学会运用所学知识分析实际问题。
课程目标3：熟悉空气热质处理方法，包括空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换过程及主要影响因素，吸附和吸收处理空气的原理与方法，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的原理与方法；学会理论联系实际，分析环境控制领域常用的空气热质处理原理。
课程目标4：掌握热质交换设备的热工计算方法，包括间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，能够针对具体需求对常见热质交换设备进行设计计算和校核计算。
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。
(完整word版)热质交换原理与设备整理版
一当物系中存在速度、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。
二单位体积混合物中某成分的质量称为该组分的质量浓度，以符号ρ表示。
组分的实际速度，称为绝对速度。
相对主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。
绝对速度=主体流动速度+扩散速度与热量传递中的导热和对流传热类似，质量传递的方式亦分为分子传质和对流传质。
分子传质又称为分子扩散，简称为扩散，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。
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，这就是扩散基本定律——斐克定律：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u A -u （或u A -u m ）在气体扩散过程中，分子扩散有两种形式，即双向扩散（反方向扩散）和单项扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）。
等分子反方向扩散：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。
液体中的稳态扩散过程：液体中的分子扩散速率远远低于气体中的分子扩散速率，其原因是由于液体分子之间的距离较近，扩散物质A 的分子运动容易与邻近液体B 的分子相碰撞，使本身的扩散速率减慢。
常见有两种情况：即组分A 与组分B 的等分子反方向扩散 及 组分A 通过停滞组分B 的扩散。
固体中的稳态扩散过程：固体中的扩散，包括气体、液体、1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。
du dyτμ=- 表示两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直运动方向的速度变化率。
不同的流体有不同的传递动量的能力，这种性质用流体的动力黏性系数μ来反映，其物理意义可以理解为，它表征了单位速度梯度作用的切应力，反映了流体黏性滞性的动力性质，因此称它为“动力”黏性系数。
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 第5章 热质交换设备
减湿冷却过程热交换的推动：由于空气的主流与凝结 水膜之间的温差而产生；质交换的推动力：由于空气主流 与凝结水膜相邻的饱和空气层中的水蒸汽分压力差(即含 湿量差)而引起的。 在空调工程应用的表冷器中，热质交换规律符合刘伊 斯关系式。 5.2.4.2 表冷器的传热系数 1 既定结构： K= (5-56)
16
2. 顺流时推导过程：
1 − exp[ − NTU (1 + C r )] ε= 1 + Cr
(5-43)
同理，逆流：
ε=
1 − exp[ − NTU (1 − C r )] 1 − C r exp[ − NTU (1 − C r )]
(C r
< 1) (5-44)
3.各种形式换热器的ε见T5-1. ε－NTU和Cr曲线，见F5-29～5-34。 4. 传热效能ε也称为传热有效度，表示换热器中的实际换 热量与可能有的最大换热量的比值。 5.2.3.4 对数平均温差法与效能 传热单元数法的比较 对数平均温差法与效能-传热单元数法的比较 相同点：均可用于换热器的设计计算和校核计算。
1 1 ho di d o
(5-4) (5-5)
内表面： 内表面：
Ki =
di d + ⋅ ln o 2λ d i
对污染表面， 对污染表面，平壁
1 1 δ 1 Rt = = + + Rf + K h1 λ h2
(5-6)
10
外表面： 外表面： 内表面： 内表面：
5.2.4.1 表冷器处理空气时发生热质交换的特点 等湿冷却(or干冷)过程(干工况)：对表面式冷却器，如 其表面温度低于空气的干球温度，但高于露点温度，空气 被冷却而不产生凝结水。 减湿冷却(or湿冷)(湿工况)：如果其表面温度低于被冷 却空气的露点温度，空气不但被冷却，而且其中所含水蒸 汽也部分被凝结出来。
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。
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
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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。
热质交换原理与设备
热质交换原理与设备2.1 空气的热湿处理实验2.2.1 实验目的1) 掌握空气混合过程中空气状态点的变化规律。
2) 通过在表冷器中对空气和水的热湿交换过程测试，使学生加深对空气和水间接接触时传热传质过程的理解，并测定表冷器的热工性能；3) 熟悉和掌握有关热工测试的方法。
2.2.2 实验原理1) 表冷器传热过程分析及热工计算方法表冷器上发生的热质交换过程如下图所示。
热质交换过程包括空气与表冷器的显热交换、水蒸汽的凝结质交换、以及凝结伴随的潜热交换。
其中，t 为主流空气的干球温度；t b 为湿空气与凝结水膜之间边界层的温度；t i 为凝结水膜的温度；t w 为表冷器冷表面的温度；G 为湿空气的流量；W 为冷却剂的流量。
显热交换量的计算式为：dF t t h dQ b x )(-=凝结水膜湿空气W冷表面式中，h 为显热交换系数，d F 为表冷器的热交换面积。
湿空气的凝结量为：dF d d h dW b md )(-=式中，h md 为传质系数，d 为主流湿空气的含湿量，d b 为湿空气与凝结水膜之间边界层的含湿量。
凝结过程释放的潜热量为：dF d d rh rdW dQ b md q )(-==式中，r 为水蒸汽凝结的潜热释放量。
表冷器空气处理过程的总热交换量为：dF i i h dQ dQ dQ b md q x )(-=+=其中，i 为主流湿空气的焓，i b 为湿空气与凝结水膜之间边界层的焓。
上式即为麦凯尔方程。
而显热传热系数与质交换系数的关系可由刘易斯关系式来表示：pmd c h h =其中，c p 为空气的定压比热。
表冷器对湿空气冷却除湿实际过程与理想过程存在一定的偏差，如下图所示，实际发生的湿空气过程为从状态1到状态2而不能达到饱和状态3。
其中热交换效率可表示为：1w 1211t t t t --=ε 其中，ε1为热交换效率，t w1为冷却剂的入口温度。
上式亦称为表冷器的第一热交换效率。
接触系数为：31212t t t t --=ε其中， 2为接触系数，t3为饱和状态温度。
第五章 热质交换设备
•
5.1 热质交换 设备的型式与结构
•5.1.1 热质交换设备的分类 •5.1.2 间壁式换热器的形式与结构 •5.1.3 混合式换热器的形式与结构
5.1.1 热质交换设备的分类
（一）按工作原理分类
间壁式 蓄热式 直接接触式 热管式
（二）按照热流体与冷流体流动方向分类 顺流式 逆流式 叉流式 混合式
5.3.4 喷淋室的校核计算
•喷淋室热工计算必须同时满足三个方程式，而 这样解出来的喷水初温必然是一个定值
* 成本问题 ? 如果水初温偏高一些（不是比计 算值偏高很多)，但是将水量加大一些， 是不是也可达到同样的处理效果呢
' t l1 t w1 ' t l1 t w1
5.3.5 其它混合式热质 交换设备的热工计算
间壁式或蓄热式
直接接触式 间壁式 直接接触式 间壁式 间壁式 直接接触式 直接接触式 间壁式 间壁式
对流—导热—对流
接触传热、传质 凝结—导热—对流 接触传热、传质 凝结—导热—对流 对流—导热—对流 接触传热、传质 接触传热、传质 对流—导热—对流+辐射 对流（或凝结）—导热—对流
5.1.2 间壁式热质交换设备 的形式与结构
传 热 机 理 对流—导热—对流 接触传热、传质 辐射—导热—两相传热 对流—导热—蒸发 辐射+对流—导热—对流 对流(辐射分额少)—导热—对流
热 质 交 换 设 备 一 览 表
表冷器 喷淋室 蒸发器（锅炉） 蒸发器（制冷） 过热器 省煤器
空气预热器
蒸汽喷射泵 冷凝器 冷却塔 蒸汽加热器 热水加热器 除氧器 蒸汽加湿器 散热器 暖风机
第五章 热质交换设备 （含其他形式的热质交换）
本章将讨论各类热质交换设备的构造原 理和热工计算的基本方法，并简要介绍其性 能评价和优化设计等相关内容 。
热质交换原理与设备(chapter5 new)
当求得
后，可以根据它的定义求得传热量
t2 ) Q (Gc)min (t t)max (Gc)min (t1
t2 ) Q (Gc)min (t1
小结： 传热效能 表示实际传热量与可能最大换热量 的比值，已整理成相应的图表，供查询。
P173
P173应用示例
顺流时平均温差的推导
作如下假设： (1)冷热流体的质量流量G2、G1以及比热容c2,c1是常数；
(2)传热系数是常数；
(3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
要计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道局部温
差随换热面积的变化，即 t x f ( Ax ) ，然后再沿整个 换热面积进行平均
本章重点： 1 间壁式换热器设备的构造及热工计算
5.1 热质交换设备的分类(演示) 《换热器原理与设计》－余建祖 《热交换器原理与设计》－史美中
1 按照工作原理(认识实习、生产实习)
1）间壁式（表面式）：相互不接触，表冷器、省
煤器、冷凝器、蒸发器等。
2）直接接触式（混合式）：喷淋室、冷却塔等。
类似的将管子污垢热阻包括进去之后
外表面 d 0
1 Rl A
K
di
5.2.3 换热器热工计算的基本原理 1 传热方程式 讨论？？
t 由于温差不断变化，所以采用平均温差 tm
（2）热平衡方程式（能量平衡原理）
5.2 对数平均温差法
同一位置上 对应的温差
换热器中流体温度沿程变化示意图
t2 t t1 t2 t t1
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(5) 螺旋板式换热器：换热表面由两块金属板卷制而成，
优点：换热效果好；缺点：密封比较困难。
1出
2出
3按照用途分类: 表冷器、加热器、过热器等 4按照制造材料分类 金属材料、非金属材料及稀有金属材料等 类型。
5.2 间壁式热质交换器的热工计算 5.2.1间壁式两侧流体传热过程分析（讨论）
t2 t t1 t2 t t1
)
)
t max t min t m t max ln t min
由于顺流：
t t
顺流时采用类似的表示方法 顺流、逆流统一写成如下形式：
t max t min t m t max ln t min
顺流时平均温差的推导
作如下假设： (1)冷热流体的质量流量G2、G1以及比热容c2,c1是常数；
(2)传热系数是常数；
(3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
要计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道局部温
差随换热面积的变化，即 t x f ( Ax ) ，然后再沿整个 换热面积进行平均
（1）
t1 ) G2c2 (t2 t2 ) G1c1 (t1
G1c1 t2 t1 ) （2） t2 (t1 G2c2
（1）＋（2）
G1c1 t1 ) (t2 t2 ) (t1 t2 ) t1 ) (t1 (t1 G2c2 （3）
当
tmax / t min 2
可以采用算 数平均温差
(tmax t min ) / 2
P169－170应用示例
壳管式换热器的温差？
tm (tm )逆流
(tm )逆流 －将冷热流体进出温度考虑成
逆流对数平均温差
－修正系数
通过下列P、R参数在图中查到
t 2 t2 P t2 t1 t1 t1 R t 2 t2
当求得
后，可以根据它的定义求得传热量
t2 ) Q (Gc)min (t t)max (Gc)mi传热效能 表示实际传热量与可能最大换热量 的比值，已整理成相应的图表，供查询。
P173
P173应用示例
顺流
逆流
(2)壳管式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由
管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外 壳内。 TA,out TB,in (shell side)
TB,out TA,in (tube side)
管程？
增加管程
TB,in (shell side) TA,in (tube side) TA,out
t x ln kAx t
t x
t
Ax dt k dA 0 t
t x texp(kAx )
t x texp(kAx )
讨论？？？ 可见，当地温差随换热面(Ax)呈指数变化，则沿整个换热面 的平均温差为：
1 A 1 A t m t x dA x t exp( kAx )dA x A 0 A 0
(2)(3) 带入(1)
t t t t t t t m - 1 t t t t ln ln ln t t t
t2 t t1
t2 t t1
单位面积 热阻
差异？
单位面积热 阻和总热阻 的关系
？
考虑面积时的 总热阻
总热阻（单位长度的管道）
d i d 0
t Q K A t Rl
讨论？
1 KA Rl
1 K Rl A
K
已知：
外表面 面积 d 0
1 Rl A
内表面 面积 di
对于平壁，考虑其两侧的污垢热阻后， 由于两侧面积相同，可以串连成一个热阻
类似的将管子污垢热阻包括进去之后
1 R f ,i 单位长度 di
内表面单位面积的污垢热阻 R f ,i
外表面单位面积的污垢热阻 Rf ,0
1 1 与 d h i i
单位长度 1 R f ,0
d 0
1 1 类比理解 d0 h0
单位长度：相当于考虑面积后的情况
1 1 R f ,i R f ,0 di d 0
（3）传热效能
t2 t2 t2 t1
t1 t1 t2 t1
G2c2 G1c1
无量纲参数3
G2c2 G1c1
温升较大者的实际温差与换热器中可能存在的最 大温差比值
效能改写为
(t t )max t2 t1
Gc ？？
动画演示
间壁式换热器的主要型式 (1)套管式换热器：最简单的一种间壁式换热器，流体有顺 流和逆流两种，适用于传热量不大或流 体流量不大的情形
Hot fluid Cold fluid
Hot fluid Cold fluid
T Th (Hot)
T
T1
Th Tc x
T2
T1
Tc (cold) x
T2
1－壳侧，2－管侧，
－入口和出口
热媒2实际温差与其可能的 最大理论温差的比值
例：壳侧1程，管侧2程，求温差？
50 t1
45 t1
30 t2
40 t2
5.2.3效能-传热单元数法 三个无因次的定义 （1）热工计算涉及的8个量
t1 t 2
t1 t 2
t2 或 (t t)max t2
t1 (t t)max t1
t2 ) Q (Gc)min (t t)max (Gc)min (t1
对于顺流
如果 G2c2 G1c1
t1 (t1 t2 ) t1
本章重点： 1 间壁式换热器设备的构造及热工计算
5.1 热质交换设备的分类(演示) 《换热器原理与设计》－余建祖 《热交换器原理与设计》－史美中
1 按照工作原理(认识实习、生产实习)
1）间壁式（表面式）：相互不接触，表冷器、省
煤器、冷凝器、蒸发器等。
2）直接接触式（混合式）：喷淋室、冷却塔等。
t x Ax A ln kAx t t exp( kA ) t
1 A t m t exp( kAx )dA x A 0 t exp( kA) - 1 kA
(1)
t ln kA t
(2)
(3)
t t1 t2
1 1 dt dt1 dt2 Gc G c dQ dQ 2 2 11 1 1 dQ kdA t Gc G c 2 2 11
dt kdAt
d t kdA t
模型介绍
平均与主体温度的大小关系？
为什么引入平均?
5.2.2 传热系数与总传热热阻
t 1 q t K t 1 1 R R h1 h2
tf1 tf 2
tf1 tf 2
K
1 R
R
1 K
tf1 tf 2 t Q A K A t 1 1 1 1 1 1 ( ) h1 h2 A h1 h2 KA
KA
Q
G1c1
G2c2
（2）采用无因次方程，组合各个变量，减少求解 方程。
5.2.3效能-传热单元数法 三个无因次的定义
（1）热容比
（2）传热单元数
(Gc)min Cr (Gc)max
NTU KA (Gc) min
无量纲参数1
无量纲参数2
在最后的推导结果中出现，当热 媒确定的情况下，可以视为对 KA的度量
类似的将管子污垢热阻包括进去之后
外表面 d 0
1 Rl A
K
di
5.2.3 换热器热工计算的基本原理 1 传热方程式 讨论？？
t 由于温差不断变化，所以采用平均温差 tm
（2）热平衡方程式（能量平衡原理）
5.2 对数平均温差法
同一位置上 对应的温差
换热器中流体温度沿程变化示意图
示例:
(Gc)1 30
(Gc)2 40
TB,out
TB,in (shell side)
TA,out
TB,out
壳程？ 进一步增加管程和壳程
TA,in (tube side)
(3) 交叉流换热器：间壁式换热器的又一种主要形式。其 主要特点是冷热流体呈交叉状流动。交叉流换热器又分管 束式、管翅式和板翅式三种。
(c) 板翅式交叉流换热器
(4) 板式换热器：由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，冷热流体间隔地在每个通道中流动，其特点是拆卸清 洗方便，故适用于含有易结垢物的流体。
G1c1 t1 ) (t1 G2c2
上节的结论
t exp( kA ) t
1 1 G c G c 2 2 11
1 exp( kA) G1c1 1 G2c2
kA Gc (1 1 1 )] G1c1 G2c2 G1c1 1 G2c2
kA (Gc) min 1 exp[ (1 )] (Gc) min (Gc) max (Gc) min 1 (Gc) max
令
KA NTU (Gc) min
与设备自身相关的量
1 exp[ NTU (1 Cr )] 1 Cr
顺流
1 exp[ NTU (1 Cr )] 逆流 1 C exp[ NTU (1 C )] r r