热质交换原理与设备自测试卷(B)参考答案

热质交换原理与设备自测试卷（B卷）

一、填空题（20分，1分/空）

1、直接接触式（或混合式）

2、绝对扩散通量或净扩散通量、相对扩散通量。

3、传热

4、加热再生方式、减压再生方式、使用清洁气体的再生方式、置换脱附在生方式。

5、膜状凝结、珠状凝结。

6、紊流系数、喷嘴直径、提高初速

7、等湿加热、等湿冷却、减湿冷却

8、湿球温度

9、质量流速、喷水系数10、扩散燃烧

二、简答题（36分，每题6分）

1、简述冷却塔设计计算和校核计算的任务是什么？

答：已知冷却任务和外界气象参数，确定冷却塔的构造和参数（3分）

已知冷却塔的构造、外界气象参数、气量、水量，求出水温度（3分）

2、喷淋室热工计算的原则是什么？

答：1）空气处理过程需要的热交换效率应该等于喷淋室能达到的热交换效率（2分）2）空气处理过程需要的接触系数应该等于喷淋室能达到的接触系数（2分）

3）空气失去（或得到）的热量应等于喷水室喷水吸收（或失去）的热量。（2分）3、说出增强凝结换热的四种措施。

答：1）改变表面的几何特征（分）主要手段：开沟槽、挂丝。

2）有效的排出不凝性气体（分）

3）加速凝结液的排出（分）加导流装置、使用离心力、低频振动、静电吸引等

4）促成珠状凝结（分）

4、浓度边界层的意义是什么？（6分）

答：由于浓度边界层的引入，可以将整个求解区域划分为主流区和边界层区。在主流区为等浓度的势流，各种参数视为常数。在边界层内具有较大的浓度梯度，可以用专门的讨论求解边界层内的浓度场，大大简化问题的求解难度。

5、写出舍伍德准则数、传热因子、传质因子的表达式并说明公式中各量的意义？ 答： i D l m

h Sh = 其中 h m ——对流传质系数 l —定型尺寸 i D —物质的互

扩散交换系数（2分）

传热因子3/2p H Pr U c h J ∞ρ= 或=3

2Pr St 其中h 为对流换热系数，ρ——流体的密度，Cp ——流体的比热，U ∞——速度，Pr ——普朗特准则数，St ——对流传热斯坦顿准则数（2分） 传质因子3/2C m D S U h J ∞

= = 32

m Sc St h m ——对流传质系数，U ∞——速度，Sc ——施密特准则数 ，St m ——传质斯坦顿准则数

（2分）

6、已知水的温度低于外界空气的干球温度且大于外界空气的湿球温度，试分析水是否能够通过冷却塔进行冷却并说明原因。（6分）

答：能通过冷却塔进行冷却。水的温度低于外界空气的干球温度，说明在冷却塔内空气和水之间显热交换的方向是空气传向水，但由于水的温度大于外界空气的湿球温度，水表面饱和空气层内的水蒸气分压力大于空气中的水蒸气分压力，水不断的蒸发，空气和水总热交换的方向是从水到空气，所以水能够被冷却，直至水的温度降到外界空气的湿球温度时，水分蒸发需要的热量完全来自空气，水和空气间的总热交换量为零，水不能被继续冷却。

三、计算题（8分）

湿空气和水通过圆管进行热质交换，水在管内流动。圆管的外径为27mm ，内径为23mm 。已知管内壁和水的对流换热系数为×104w/m 2.℃,空气和管外壁的对流换热系数为220w/m 2.℃,空气和水呈逆流流动。空气初参数为t 1=25.6℃ ，i 1=kg , t s1=18℃，空气的终参数为t 2=11℃，i 2=kg,, t s2=10.6℃，求空气和水之间的以外表面积为基

准的传热系数（不计管壁的热阻，空气的空压比热Cp= kg ，℃）

解：1、析湿系数38.1)

116.25(01.17.309.50)t t (Cp i i 2121=-⨯-=--=ξ（3分） 2、传热系数=+⋅=0

00111h h A A k i i ξ22038.11100001.1123271⨯+⨯⨯= w/m 2.℃（5分） 四、计算题（12分）

已知某喷淋室处理的空气量G=35000kJ/h,大气压为101325Pa ,空气初参数为t 1=28℃,

t s1=22.5℃，i 1=kg ,需要处理的空气的终参数为：t 2=16.6℃，i 2=kg,, t s2=15.9℃，喷水的初温8.5℃，喷水的终温为13.5℃， 试计算喷淋室的第一热交换效率和第二热交换效率，空气与水热湿交换过程的换热扩大系数。（空气的比热取 kg.℃） =---

=η1w 1s 2w 2s 1t t t t 15.85.225.139.151---=（4分） =---

=112221s s t t t t η5

.22289.156.161---=（4分） )(2121t t Cp i i --=

ξ=)

6.1628(01.14.448.65-⨯-=（4分） 五、计算题（14分）

水蒸气通过一圆形开口容器向空气进行扩散。该容器放置于温度为的恒温槽中，压强为1atm ，在容器顶端流过的是经过干燥的空气，在水面上方的容器中无对流混合。经测定，从顶端指水面的距离由0.125m 降为0.15m 时，总共需要290小时。求在该温度下的水空气系统的扩散系数。水蒸气在时的饱和压力为，水的密度为985.6m 3

/kg （摩尔气体常数为8314J/）

解：

1）水在时的饱和蒸汽压为P A1==年×101325=16212Pa ，P B1==85113Pa ，又因容器顶端流过的是经过干燥的空气P A2=0，P B2=101325Pa 所以：Pa 57.9298385113101325ln 85113101325P P ln P P P 1B 2B 1B 2B Bm =-=-=（5分）

2）设管顶至水面的距离为z ，由斯蒂芬定律和扩散通量的定义有：

Z

P P P P T R D dt dz 2A 1A Bm A -=ρ=A m ' （5分） 3）分离变量积分（应用定解条件）

3600290)016212(10132557.9298315.328)18/8314(6.985)125.015.0()2/1(t )P P (P TP R )z z (2/1D 222A 1A Bm A 2122⨯⨯-⨯⨯⨯⨯⨯-⨯=-ρ-==×10-5㎡/s （4分）

六、计算题（10分）

在时，萘的蒸气压为，试计算在该温度下，直径12.7mm 的萘球在空气中的蒸发速率。由于萘的蒸发速率很慢，可以假定在蒸发过程中萘球的直径不变，萘球周围可假定为无限厚的空气层，且温度与萘球相同。萘在该温度下在空气中的扩散系数为 ×10-4m 2/s 。（摩尔气体常数为8314J/，以摩尔数表示,可以认为P ≈P Bm ）

解：在离萘球中心r 处，应用斯蒂芬定律有：

分

离变量积分：

r2﹥﹥r1 P ≈P Bm

dr dp P P P RT D r 4N A A 2A --=π)p p p p ln(p RT D )r 1r 1(4N 1A 2A 21A --=-π（4分） （2分）