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。

15、热质交换设备按照工作原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式、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、冷却塔则属于直接接触式。

16、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、_混合流_式和_叉流_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。

17、_温差_是热量传递的推动力，而_焓差_则是产生质交换的推动力。

18、质量传递有两种基本方式：分子传质和对流传质，分子扩散和对流扩散的总作用称为对流传质19、相对静坐标的扩散通量称为以绝对速度表示的质量通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为以扩散速度表示的质量通量。

20、麦凯尔方程的表达式为：hw （ti –tw）=hmd(i-i i)，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传热系数与焓差驱动力的乘积21、相际间对流传质模型主要有薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。

22、一个完整的干燥循环由___吸湿___过程、___再生___过程和冷却过程构成。

23、用吸收、吸附法处理空气的优点是_独立除湿。

24、蒸发冷却所特有的性质是__蒸发冷却过程中伴随着物质交换，水可以被冷却到比用以冷却它的空气的最初温度还要低的程度_。

25、冷却塔的热工计算原则是____冷却数N = 特性数N ＇______________。

26、吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂，干燥剂的吸湿和放湿的机理是由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差造成，当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿。

27、扩散类型的判别压力越大,密度越大,λ值越小.故高压下的气体和常压下液体密度大, λ很小,因此在多孔固体中扩散时,一般发生Fick 型扩散.压力越小, λ值越大,因此处于低压下气体, λ值较大,在多孔固体中扩散一般发生Kundsen 扩散. 当Kn ＜0.01时,扩散主要为Fick 型扩散.当Kn ＞10时,扩散主要为Kundsen 扩散.当0.01≤Kn ≤10时为过渡区扩散名词解释湿工况下表冷器的析湿系数的定义：_ 总换热量与显热换热量的比值， ，其值的大小直接反映了 表冷器上凝结水析出的多少_.斐克定律：稳态扩散下,当无整体流动时,二元混合物中组分A 和组分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,这就是扩散基本定律—斐克定律热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉） 绝热饱和温度(绝热增湿过程中空气降温的极限) 传质通量（单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量，传质通量=传质速度×浓度） 扩散系数(沿扩散方向在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数、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) 空气调节（利用冷却或者加热设备等装置，对空气的温度和湿度进行处理，使之达到人体舒适度的要求） 露点温度(指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和时的温度) 分子传质(由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象) （扩散传质）、对流传质(是流体流动条件下的质量传输过程) 质量浓度(单位体积混合物中某组分的质量) 浓度边界层（质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层） 速度边界层(质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层) 热边界层（流体流动过程中.在固体壁面附近流体温度发生剧烈变化的薄层） Pr i D a υυμυρ↔==c 运动黏度动力黏度施密特准则数S =普朗特准则数，扩散系数热扩散率mi h l hl D λ↔=（传质系数）（定型尺寸）宣乌特准则数Sh=努谢尔准则数NuR e m p h Sh hScuc uρ=↔=m 斯坦登准则数St =斯坦登准则数St刘易斯准则数D aSc Le ==Pr表示温度分布和浓度分布的相互关系，体现传热和传质之间的联系○1施密特准则数反映了流体动量传递能力和质量传递能力的相对大小。

○2宣乌特准则数是以流体的边界扩散阻力对对流传质阻力之比来标志过程的相似特征，反映了对流传质的强弱。

s kg/m 2⋅-=dyd D j A AB A ρ1、解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系。

显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。

潜热交换是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。

总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。

2、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些？扩散系数是沿扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数，大小主要取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力。

3、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？Ua Ub:绝对速度Um：混合物速度Ua Ub 扩散速度Ua=Um+(Ua-Um)绝对速度（实际速度）=主体速度+扩散速度4、简述“薄膜理论”的基本观点。

当流体靠近物体表面流过，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假定膜内流体与主流不相混合和扰动，在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散作用，而且认为在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性的浓度分布，膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。

5、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。

hw （ti –tw）=hmd(i-ii) 湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱和空气的焓差是热值交换的推动势，其在单位时间内单位面积上的总传热量可近似的用传值系数hmd与焓差动力Δi的乘积来表示。

6、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点？表冷器除湿：优点：冷却和除湿同时完成缺点（1）低温露点除湿，除湿要求较低的冷源温度（低于露点温度），降低了制冷机的效率，同时由于冷媒温度较低（较低露点的要求），自然低温冷源难以利用（2）除湿后须将空气加热到适宜的温度，浪费了能源，增加污染，易出霉菌（3）设备结构简单，安装运行方便。

独立除湿是对空气的降温和除湿分开处理，除湿不依赖于降温方式实现。

优点（1）不需对空气进行冷却和压缩（2）降温和除湿分开独立处理，冷源只需将空气降低到送风温度即可（3）采用吸附或吸收方法除湿节省能源缺点结构复杂，需再生设备，属新概念空调7、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。

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，则空气只是冷却而不产生凝结水，称干工况。

如果低于空气露点，则空气不被冷却，且其中所含水蒸气部分凝结出来，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，称湿工况，此过程中，水膜周围形成饱和空气边界层，被处理与表冷器之间不但发生显热交换还发生质交换和由此引起的潜热交换。

8、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。

当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。

动量、热量、质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。

动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。

9、间壁式换热器可分为哪几种类型？如何提高其换热系数？解:间壁式换热器从构造上可分为：管壳式、胶片管式、板式、板翘式、螺旋板式等。

提高其换热系数措施：⑴在空气侧加装各种形式的肋片，即增加空气与换热面的接触面积。

⑵增加气流的扰动性。

⑶采用小管径。

10、在湿工况下，为什么一台表冷器，在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度越高则换热能力越大？解：空气的湿球温度越高所具有的焓值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交换的动力是焓差，焓差越大，则换热能力就愈大。

11.热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么？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。