热质交换原理与设备 第2章
《热质交换原理与设备》课后答案
末状态为35℃时 =129 kJ/kg(干空气) =36.5g/kg(干空气)
△d=36.5-4.3=22.2 g/kg(干空气)所以从被干燥的物体中吸收1 kg水分时所需的干空气量G=1000/32.2=31 kg加热量Q=G △i=31 (129-62)=2077 kJ
4、（1）会有凝结水产生。
（2）由附录4—1可知：当房中漏点温度为9.5℃而冷水管表面温度为8℃ 所以会有凝结水产生。
（3）若想管道表面不产生凝结水，则可以对房间内空气进行除湿。
5、由附录4—1可知：湿空气20℃ =50%时，i=39kJ/kg(干空气)；
湿空气15℃， =90%时，i=39kJ/kg(干空气)； 所以空气的焓值没有发生变化。
潜热交换量以空气初状态的露点温度T2为界，由T1=30℃ ，水蒸汽的分压力为2000Pa得Ts=21.4℃T2=17.5℃
水温t 50℃30℃18℃10℃
传热方向气←水 气←水气→水 气→水
传质方向 气←水 气←水气←水 气→水
18、解：（a）常压下气温为30℃，湿球温度为28℃，由附录4—1得 =23g/kg(干空气)
（b） ， 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。
18、解；
19、解：
20、解：氨---空气
氢—空气
22、解、
质量损失
23、解： 扩散系数
25、解、该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程
整理得
分离变量，并积分得 得
27、解：
查表得当温度为27 时，
28、解：（a）当温度为23 时， =0.021214
热交换器原理与设计第2章 管壳式热交换器
☆挡管是两端堵死的管子，安置在相应于分程隔板槽后面的 位置上，每根挡管占据一根换热管的位置，但不穿过管板， 用点焊的方法固定于折流板上。通常每隔3～4排管子安排一 根挡管，但不应设置在折流板缺口处，也可用带定距管的拉 杆来代替挡管。
优点：结构简单，制造成本低，规格范围广，工程中应用广泛。 缺点：壳侧不便清洗，只能采用化学方法清洗，检修困难，对较脏
或有腐蚀性介质不能走壳程。当壳体与换热管温差很大时， 可设置单波或多波膨胀节减小温差应力。
管壳式换热器结构名称
单程管壳式换热器
1 —外壳，2—管束，3、4—接管，5—封头 6—管板，7—折流板
图2.25 折流板的几何关系
2.2.4 进出口连接管直径的计算
进出口连接管直径的计算仍用连续性方程， 经简化后计算公式为：
D 4M1.13M
πρw
ρw
2.3 管壳式热交换器的传热计算
1) 选用经验数据：根据经验或参考资料选用工艺条 件相仿、设备类型类似的传热系数作为设计依据。 如附录 A。 2) 实验测定：实验测定传热系数比较可靠，不但可 为设计提供依据，而且可以了解设备的性能。但实 验数值一般只能在与使用条件相同的情况下应用。
焊在换热管上）。
图2.23 防冲板的形式
a) 内导流筒 图2.24 导流筒的结构
b) 外导流筒
★导流筒
❖ 在立式换热器壳程中，为使气、液介质更均匀地流入管间， 防止流体对进口处管束段的冲刷，而采用导流筒结构。
热质交换原理与设备(第2章 热质交换过程)
2.4.2渗透理论
求解结果
高斯误差函数 erf (x) 2 x eu2 du
0
所以 erf (
x
) 2
x
2 D eu 2 du
2 D 0
令
2
x
2 D eu 2 du F
0
[erf ( x )]
所以
2 D F u 2 eu2 1
x
u x
2 D
因为 u x
2 D
所以 x 0 时 u 0
在充分发展的湍流中，湍流传递系数往往比分子传递系
数大得多，因而有
eff t
2.5.2三传方程(对流、传热、传质同时存在)
ux uy 0 x y
边界条件为：
三个方程及相对应的边界条件在形式上是完全类似 的，它们统称为边界层传递方程。
采用传热学中所叙述的方法，结合边界条件进行分 析求解，可获得质交换的准则关系式。
质量交换传递的量是扩散物质每单位容积所具有的 质量。
这些量的传递速率都分别与各量的梯度成正比。系 数D、a、 均具有扩散的性质，他们的单位均为
“m2／s”
2.5.1.2湍流传递性质
在湍流流动中，除分子传递现象外，宏观流体
微团的不规则混接运动也引起动量、热量和质量的 传递，其结果从表象上看起来，相当于在流体中产 生了附加的“湍流切应力”，“湍流热传导”和“ 湍流质量扩散”。由于流体微团的质量比分子的质 量大得多，所以湍流传递的强度自然要比分子传递 的强度大得多。
三个方程的扩散系数相等时，且边界条件的数学表 达式又完全相同，则它们的解也应当是一致的，即 边界层中的无困次速度、温度分布和浓度分布曲线 完全重合，因而其相应的无量纲准则数相等。
这是类比原理的基础。
热质交换原理与设备第二章课件1
2.1.3 质量传递的基本方式
2.对流传质
对流传质：单纯对流扩散不存在，在流体与流体或 固体的两相交界面上完成。
例如：空气掠过水表面时水的蒸发
紊流传质：凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质 的现象。
在湍流流体中，紊流扩散与分子扩散同时存在，一般，分 子扩散可略。
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2.2扩散传质
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2.2.1斐克定律（Fick’s
热传导 Fourier’s law
law ）
质量传递 Fick’s law
dt q = −λ dx
j A = − D AB
dρ A dz
文字描述：在浓度场不随时间变化的稳态扩散条 件下，当无整体流动时，组分A向组分B的扩散 通量与组分A的浓度梯度成正比。
2.1.2传质的速度和扩散通量
2.1.2.1传质的速度 uA－um u（um） uB－um 绝对速度:相对于固定坐标 主体流速:混合物平均流速 扩散速度:相对于主体流速 uB 静止平面
8
uA
混合物 绝对速度＝主体速度+扩散速度
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2.1.2.2传质的通量
传质通量：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=传质速度×浓度 1.以绝对速度表示的质量通量和摩尔通量（相对 于固定坐标系，考虑主体流速）
1 D = (D1 + D2 ) ρ2 ⎞ 1 ⎛ ρ1 ⎛ ρ ⎞ 2 Cav = ⎜ * ⎟ = ⎜ * + * ⎟ ⎜M ⎟ ⎝ M ⎠ av 2 ⎝ 1 M 2 ⎠
热质交换原理与设备课后习题答案
7.04 10 5 m / s
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。
Re uod v
4 0.08 15.53 10 6
20605
v 15.53 10 6 Sc D 0.25 10 4 0.62
用式子（ 2-153）进行计算
shm
0.023
R 0.83 e
S 0.44 c
0.023 206050.83 0.620.44
4
hm shmD 70.95 0.25 10 0.0222m / s
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。
第二章 传质的理论基础
3
D DO P0 T 2 0.2 10 4 P T0
3
350 2
273
0.29 10 4m2 / s
氢— 空气
DO 0.511 10 4m2 / s
3
D DO P0 T 2 0.511 10 4 P T0
3
350 2
273
0.742 10 4m2 / s
2-14 溶解度 s 需先转化成摩尔浓度：
CA1 sPA1 5 10 3 0.03 1.5 10 4 kmol / m3
《热质交换原理与设备》习题答案(第3版)
第二章 传质的理论基础3、从分子运动论的观点可知：D ∽312p 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：410D -=若在压强5001.01310,273PPa 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32000P T D D P T ⎛⎫= ⎪⎝⎭（1）氧气和氮气：2233025.610/()32o V m kg kmol μ-=⨯⋅=223331.110/()28N N V m kg kmol μ-=⨯⋅=52115233 1.5410/1.013210(25.6)D m s -==⨯⨯⨯+（2）氨气和空气：51.013210P Pa =⨯ 25273298T K =+=50 1.013210P Pa =⨯ 0273T K =3221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s=⨯⨯=2-4、解：气体等摩尔互扩散问题124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯错误！未找到引用源。
m 2sR 0通用气体常数单位：J/kmol ﹒K5、解：250C 时空气的物性：351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯32420006640.2510/40.08Re 2060515.531015.53100.620.2510o c P T D D m s P T u d v v S D ----⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭⨯===⨯⨯===⨯用式子（2-153）进行计算0.830.440.830.4440.0230.023206050.6270.9570.950.25100.0222/0.08m e c m m sh R S sh D h m sd -==⨯⨯=⨯⨯===设传质速率为A G ，则211220000()()()44ln4A A A m A s A A lA m A s AA s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρππρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D 需修正）353352244200505541.205/, 1.8110,1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205Re 99901.81101.81100.6261.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u dv S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯（1）用式0.830.440.023m e c sh R S =计算m h0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===（2）用式13340.0395e c sh R S =计算m h134340.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m sd -⨯⨯===第3章传热传质问题的分析和计算5、解：040,C 时空气的物性ρυ⨯23-6=1.128kg/m ,=16.9610m /s60e 210R 1.1810u lυ⨯===⨯⨯-616.9610转折点出现在56e 510101.1810e R , 4.24R c x l m μν⨯⨯⨯=== 因此，对此层流---湍流混合问题，应用式（2-157）30.8(0.037870)e c LR S Sh γ=-查表2—4得，定性温度为350C 时，324000.26410O D P T D P T -⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭2m /s40.264100.64c DS υ-⨯⨯===-616.9610360.8[0.037(1.1810)870]0.641548.9LSh γ=⨯⨯-⨯=430.288101548.9 4.4610/10mLL D h Sh m sL --⨯⎛⎫==⨯=⨯ ⎪⎝⎭每2m 池水的蒸发速率为()m A A S A n h ρρ⋅∞=-300C 时，3030.03037/;40,0.05116/A S A S kg m C kg m ρρ⋅⋅'==时()354.4610(0.030370.50.05116) 2.1410m A A S A S n h ρϕρ--⋅⋅'=-=⨯⨯-⨯=⨯6、解：在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换热，即可得以下能量守衡方程式2()s fg H O h T T h n ∞-=其中fg h 为水的蒸发潜热222()H O H O H O m S n h ρρ⋅⋅∞=-22()H O H O ms fgS h T T h h ρρ∞⋅⋅∞=+-又23r P 1m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⋅⎝⎭ 查附录2—1，当s T =035C 时，水蒸汽的饱和蒸汽压力5808S P=于是 325808180.0408/8314308H OS S sP M kg mRT ρ⨯===⨯0ρ∞=第四章 空气的热湿处理1、（1）大气是由干空气和一定量的水蒸汽混合而成的。
热质交换原理与设备课程第2章5动量、热量和质量传递类比
质量交换传递的量是扩散物质每单位容积所具有的质 量也就是浓度;
这些量的传递速率都分别与各量的梯度成正比;
系数 、 、 均具有扩散的性质，单位
;
为分a子扩D散或质扩散系数， 为热扩散m2系/ s数， 为动量
扩D散系数
a
（2）湍流传递性质
在湍流运动中，除分子传递现象外，宏观流体微团的不规则
混掺运动也引起动量、热量和质量的传递，相当于在流体中产 生了附加的“湍流切应力”，“湍流热传导”和“湍流质量 扩散”。
说明当空气掠过水面时，边界层中的温度分布和浓度分布曲线 近乎相似。
阐述动量、热量和质量三种传递现象的类比关系，然后给出这三种传 递过程的典型的微分方程，最后再将传热学中的动量传递和热量传递类 比的方法应用到质量传递的过程中。
（1）分子传递（传输）性质
动量交换、能量交换、质量交换的规律可以类比。
动量交换传递的量是运动流体单位容积所具有的动量；
能量交换传递的量是物质每单位容积所具有的焓；
t
t
du dy
（1）
qt
t
dt dy
（2）
（3） mAt
DABt
dA
dy
因为在流体中同时存在湍流传递性质和分子传递性质，所以
总的切应力 S 、总的热量通量密度q S 和组分A的总的质量通量密 度 m S分别为： St (t)d duy efd d fu（y 4）
qS
(t)d dtyef
dt fdy
三个表示物性的无量纲数普朗克准则施密特准则刘伊斯准则prsc表示速度分布与温度分布的关系表示速度分布与浓度分布的关系表示温度分布与浓度分布的关系对流质交换系数的求解用sh与scre等准则的关联式表示函数的具体形式由实验确定prre传热传质由于传热过程与传质过程的类似性在实际应用上对流质交换的准则关联式常套用相应的对流换热的准则关联式
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名词解释及课后第二章习题
名词解释热舒适性（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）、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、)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）、新风（从室外引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中）、回风（从室内引出的空气，经过热质交换设备的处理再送回室内的环境中）、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)、机器露点(空气在机器上结露产生凝结水的温度值)、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、雷诺类比（对流传热和摩擦阻力间的联系）、宣乌特准则数(流体传质系数hm和定型尺寸的乘积与物体的互扩散系数（Di）的比值)、施密特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）的比值)、普朗特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的导温系数a的比值)简要回答问题1、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些？冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量2、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪几类？试说明他们各自的特点？水冷和风冷冷凝器水冷，空冷，水—空气冷却以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。
采用水冷式冷凝器可以得到比较低的温度，这对制冷系的制冷能力和运行经济性均比较有利。
热质交换原理与设备答案
第一章 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）。
第二章 热质交换过程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 AB B A A B e u e e u e u a m m e ⎡⎤=+=+⎢⎥⎣⎦()B B A B e u a m m =+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、答：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，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递）动量传递、能量传递和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都是类似的。
4、答：将雷诺类比律和柯尔本类比律推广应用于对流质交换可知，传递因子等于传质因子①2233r P 2m H D t t c G J J S S S ===⋅=⋅② 且可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质，只要将对流传热计算式中的有关物理参数及准则数用对流传质中相对应的代换即可，如：r ,,,P ,,mc u h t t t c a D D S N S S S λ↔↔↔↔↔↔③当流体通过一物体表面，并与表面之间既有质量又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h 计算传质系数m h 23m hh Le e φ-=⋅5：答：斯密特准则c i v S D =表示物性对对流传质的影响，速度边界层和浓度边界层的相对关系刘伊斯准则r P c v S D a Le v D a ===表示热量传递与质量传递能力相对大小 热边界层于浓度边界层厚度关系6、从分子运动论的观点可知：D ∽312p 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：410D -=若在压强5001.01310,273P 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32000P T D D P T ⎛⎫= ⎪⎝⎭（1）氧气和氮气：2233025.610/()32o V m kg kmol μ-=⨯⋅=223331.110/()28N N V m kg kmol μ-=⨯⋅=525233 1.5410/1.013210(25.631.1)D m s -==⨯⨯⨯+（2）氨气和空气：51.013210P Pa =⨯ 25273298T K =+= 50 1.013210P Pa =⨯ 0273T K =3221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s=⨯⨯=7、解：124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯8、解：250C 时空气的物性：351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯32420006640.2510/40.08Re 2060515.531015.53100.620.2510o c P T D D m s P T u d v v S D ----⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭⨯===⨯⨯===⨯用式子（2-153）进行计算0.830.440.830.4440.0230.023206050.6270.9570.950.25100.0222/0.08m e c m m sh R S sh D h m sd -==⨯⨯=⨯⨯===设传质速率为A G ，则211220000()()()44ln4A A A m A s A A lA m A s AA s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρππρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰9、解：200C 时的空气的物性：353352244200505541.205/, 1.8110,1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205Re 99901.81101.81100.6261.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u dv S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯（1）用式0.830.440.023m e c sh R S =计算m h 0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===（2）用式13340.0395e c sh R S =计算m h134340.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m sd -⨯⨯===10、解：氨在水中的扩散系数921.2410/D m s -=⨯，空气在标准状态下的物性为；353591.293/, 1.7210,Pr 0.708, 1.00510/()1.721010727.741.293 1.2410p c kg m Pa s c J kg k S D ρμμρ----==⨯⋅==⨯⋅⨯===⨯⨯ 由热质交换类比律可得231Pr m pc h h c S ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭223351Pr 560.7087.0410/1.293100110727.74m p c h m s h c S ρ-⎛⎫⎛⎫==⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭11、解：定性温度为0252022.5,2g t C +==此时空气的 物性ρυ⨯23-6=1.195kg/m ,=15.29510m /s查表得：⨯-42o D =0.2210m /s,0C 25饱和水蒸汽的浓度30.02383/v kg m ρ=33224400 1.0132980.22100.2510/1.0132273O D P T D m sP T --⎛⎫⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭02220209.48/3.140.0253600 1.195360044u m s d πρ===⨯⨯⨯⨯⨯0e 9.480.025R 15488u d υ⨯===⨯-615.2951040.25100.61c D S υ-⨯⨯===-615.29510用式（2--153）计算0.830.440.830.440.0230.023154880.6155.66,m e c sh R S ==⨯⨯=4255.660.2410 5.56610/0.025m m sh D h m sd --⨯⨯===⨯设传质速率为A G ，则 20()()()4A m A s A A dG d dx h d u d ππρρρ⋅=-=21004A A lAm A s A du d dx h ρρρρρ⋅=-⎰⎰1204exp()A s A A A s m h du ρρρρ⋅⋅-=-020C 时，饱和水蒸汽的浓度30.0179/A s kg m ρ⋅=11AAdρρρ=-1330.003 1.1953.5710/110.003A d kg m d ρρ-⋅⨯∴===⨯++∴ 代入上面的式子得：230.01193/A kg m ρ=112.23/A Ad g kgρρρ==-12、解：040,C 时空气的物性ρυ⨯23-6=1.128kg/m ,=16.9610m /s60e 210R 1.1810u lυ⨯===⨯⨯-616.9610转折点出现在56e 510101.1810e R , 4.24R c x l m μν⨯⨯⨯=== 因此，对此层流---湍流混合问题，应用式（2-157）30.8(0.037870)e c LR S Sh γ=-查表2—4得，定性温度为350C 时，324000.26410O D P T D P T -⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭2m /s40.264100.64c DS υ-⨯⨯===-616.9610360.8[0.037(1.1810)870]0.641548.9LSh γ=⨯⨯-⨯=430.288101548.9 4.4610/10mL L D h Sh m sL --⨯⎛⎫==⨯=⨯ ⎪⎝⎭每2m 池水的蒸发速率为()m AA S A n h ρρ⋅∞=- 300C 时，3030.03037/;40,0.05116/A S A S kg m C kg m ρρ⋅⋅'==时 ()354.4610(0.030370.50.05116) 2.1410m A A S A S n h ρϕρ--⋅⋅'=-=⨯⨯-⨯=⨯13、解：在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换热，即可得以下能量守衡方程式2()s fg H Oh T T h n ∞-=其中fgh 为水的蒸发潜热222()H O H O H O m S n h ρρ⋅⋅∞=-22()H O H O ms fgS h T T h h ρρ∞⋅⋅∞=+-又23r P 1m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⋅⎝⎭ 查附录2—1，当s T =035C 时，水蒸汽的饱和蒸汽压力5808SP =于是325808180.0408/8314308H OS S sP M kg mRT ρ⨯===⨯0ρ∞=14、解：2()()s H O m S h T T r n r h ρρ∞∞-=⋅=⋅-其中0026,20S t C t C ∞== 查表2—1，当20S t C =时水蒸汽的饱和蒸汽压力2330S a P P = 于是22338180.017278314293H OS S s P M kgRT ρ⨯===⨯2454.3/r kJ kg =1V d d ρρρ∞⋅==+当026t C ∞=，时定性温度为023,2st t t C ∞+==31.193/ 1.005/()p kg m c kJ kg k ρ=⋅=⋅由奇科比拟知22334r P 110.749.59101.197 1.0050.6m p c h h c S ρ-⎛⎫⎛⎫===⨯ ⎪ ⎪⋅⨯⎝⎭⎝⎭()1S s m h d T T d rh ρρ∞⋅=--+ 41.19326200.0172712454700905910d d-⨯-=-+⨯⨯ d=12.5g/kg15、解：325100.04036/8314(27325)i CO P C kmol m RT ===+22N CO C C =222220.5N N CO N CO C x x C C ===+322544101.776/8314298CO iCO M P kg m RT ρ⨯⨯===⨯32252810 1.13/8314298N i N M P kg mRT ρ⨯⨯===⨯22220.611COCO CO Na ρρρ==+20.389N a =16、解：（a ）已知A M ，B M ，A x ，B xA A A A AA AB A A B B A A B B M n M x M a M M n M n M x M x M ===+++ B B B B BB A B A A B B A A B B M n M x M a M M n M n M x M x M ===+++ 已知B a ，A a ，A M ，B MA A AAAA AB A B A B A B A Bm a n M M x m m a a n n M M M M ===+++B B BBBB AB A B A B A B A B m a n M M x m m a a n n M M M M ===+++（b ）222222222320.3077322844O O O O O N N CO CO x M a x M x M x M ===++++20.2692N a =20.4231CO a =若质量分数相等，则2222222221320.3484111322844O O O O N CO O N CO a M x a a a M M M ===++++20.3982N x =20.2534CO x =17、解；（a ）2O ，2N 的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动： （b ）2O ，2N 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。
热质交换原理与设备-第二章
可以看出，质量扩散系数D和动量扩散系数v及热量扩散系数a 具有相同的单位(m2/s)或(cm2/s)，扩散系数的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。质扩散系数一般要由实验 测定。某些气体与气体之间和气体在液体中扩散系数的典型值如表 2-1所示。 2
气-气质扩散系数和气体在液体中的质扩散系数D(m /s) 表2-1
或
2.2.1.2 斐克定律的其它表达形式
斐克定律亦可用质量份额或摩尔份额来表示，当混合物的浓度 ρ或摩尔数n不随扩散方向y而变化时，将式(2-5)和(2-6)代入式(2-7) 和(2-8a)，可得
对混合气体已知其组分的分压变化时，则斐克定律还相应可表达 为：
或
当混合物整体以质量平均速度v移动时，对静坐标而言，则组分A mA 的净质扩散通量 应为因移动而传递的质量与因浓度差而扩散的质量之 和，即为
两种气体A与B之间的分子扩散系数可用吉利兰 (Gitliland)提出的半经验公式估算
扩散系数D与气体的浓度无直接关系，它随气体温度 的升高及总压强的下降而加大。这可以用气体的分子运动 论来解释、随着气体温度升高，气体分子的平均运动动能 增大，故扩散加快，而随着气体压强的升高，分子间的平 均自由行程减小，故扩散就减弱。
对于混合气体，应用理想气体状态方程式，可 得
2.1.3质扩散通量 扩散通量是指单位时间内垂直通过单位面积的某一组 分的物质数量。随着采用的浓度单位不同，扩散通量可表 示为质扩散通量m(kg/m2· s)和摩尔扩散通量N(kmol/m3)等。 所谓质扩散通量，就是单位时间内垂直通过单位面积 的某一组分的质量；面摩尔扩散通量则指通过单位面积的 某一组分的千摩尔数。
气体在空气中的分子扩散系数D0cm3/s 表2-2
热质交换原理_第二章
质量扩散系数和动量扩散系数及热量扩散系数具有相同的单 位。 扩散系数的大小取决于扩散物质和扩散介质的种类以及环境 温度和环境压力。 扩散系数一般由实验测定。分为自扩散系数与互扩散系数。
自扩散系数
DAA K 3T 3 2 2/3 2 3 d p M
AL
* nB ,m
zt2 zt2 0 2
M A nt (n* ,1 n* ,2 ) A A
水蒸气通过空气扩散时扩散系数 试验装置如图所示。该装置放于 温度为328.15K的恒温槽内，压 强为1atm，在管顶端流过的是经 过干燥的空气，空气中蒸汽浓度 为0。经测定z的距离由0.125m降 为0.150m需要290h，求该条件 下的水-空气系统的扩散系数。
pB,m
NA
n* ,1 n* ,2 nD A A h n
* B,m
* * nB ,2 nB ,1 nD
h
n
* B ,m
nB ,m
* * nB ,2 nB ,1 * * ln(nB ,2 / nB ,1 )
当水蒸气的分压强及其变化与总压强比为很小时，可 以忽略质量平均速度，斯蒂芬定律转化为斐克定律。
整体质量平均速度 v 0
* * dC A dCB * * C A CB 1 dy dy DAB DBA D
这表明二元混合物的分子互扩散系数相等。
等摩尔扩散条件
绝对摩尔扩散通量
同理
N A N A nAV nDAB
dn* A nAV dy
绝对质量浓度表达式 绝对摩尔浓度表达式
《热质交换原理与设备》习题答案(第2章)
第二章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 AB B A A B e u e e u e u a m m e ⎡⎤=+=+⎢⎥⎣⎦()B B A B e u a m m =+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 ∽312p 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：410D -=若在压强5001.01310,273P 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32000P T D D P T ⎛⎫= ⎪⎝⎭（1）氧气和氮气：2233025.610/()32o V m kg kmol μ-=⨯⋅= 223331.110/()28N N V m kg kmol μ-=⨯⋅=525233 1.5410/1.013210(25.631.1)D m s -==⨯⨯⨯+（2）氨气和空气：51.013210P Pa =⨯ 25273298T K =+=50 1.013210P Pa =⨯ 0273T K =3221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s=⨯⨯=2-4、解：气体等摩尔互扩散问题124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯m 2sR 0通用气体常数单位：J/kmol ﹒K5、解：250C 时空气的物性：351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ 6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯32420006640.2510/40.08Re 2060515.531015.53100.620.2510o c P T D D m sP T u d v v S D ----⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭⨯===⨯⨯===⨯用式子（2-153）进行计算0.830.440.830.4440.0230.023206050.6270.9570.950.25100.0222/0.08m e c m m sh R S sh D h m sd -==⨯⨯=⨯⨯===设传质速率为A G ，则211220000()()()44ln4A A A m A s A A lAm A s AA s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρππρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D 需修正）353352244200505541.205/, 1.8110,1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205Re 99901.81101.81100.6261.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u dv S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯（1）用式0.830.440.023me c sh R S =计算m h 0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===（2）用式13340.0395e c sh R S =计算m h134340.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m sd -⨯⨯===2-7、错解：氨在水中的扩散系数921.2410/D m s -=⨯，空气在标准状态下的物性为；353591.293/, 1.7210,Pr 0.708, 1.00510/()1.721010727.741.293 1.2410p c kg m Pa s c J kg k S D ρμμρ----==⨯⋅==⨯⋅⨯===⨯⨯由热质交换类比律可得231Pr m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭223351Pr 560.7087.0410/1.293100110727.74m p c h m s h c S ρ-⎛⎫⎛⎫==⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭✧ 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。
中国矿业大学热质交换原理与设备第2章_(6,7节)
C0 qT C0 q c0 1 e
24
qT q c0
传热与传质同向， 传质强化了传热， 如凝结，蒸发 传热与传质反向， 传质削弱了传热， 发散冷却，烧蚀冷 却
传质对总传热量的影响
25
26
各种对流换热比较
27
6
28
5、热质交换同时进行时的求解方法（2）
问题模型：（图） 流体流过平壁面，壁面和主流流体存在 温差，浓度差。 可作的简化：一维稳态、常物性。
qm mi c pi (T T0 ) M i N i c pi (T T0 )
i 1
i 1
m
m
有温差的过程（两部分组成）
热量传递方程式
qT qm qh
dT qh dy
qh hT
14
2、传递模型
通过静止气层传质系数：
hm ( A,0 A, ) DAB p pB , m
q2 (NAMACpA NBMBCpB )(t t 0 )
q4 (NAMACpA NBMBCpB )(t dt t 0 )
微元体能量守恒：
q1 q 2 q3 q 4
16
d 2t dt 2 (M A N AC pA M B N BC pB ) 0 dy dy
dt 1 分离变量，积分 [hC0 (t t0 ) qt ]dy
30
dt 1 [hC0 (t t0 ) qt ]dy
t2
t1
d [hC0 (t t0 ) qt ] hC0 [hC0 (t t0 ) qt ]
dy
0
[hC0 (t2 t0 ) qt ] ln{ } hC0 [hC0 (t1 t0 ) qt ]
热质交换原理与设备考点
热质交换原理与设备考点第二章：热质交换过程2.1 对于三传现象的解析：陈金峰2.2 质交换的基本方式：按机理分：分子扩散、对流扩散。
按推动力分：浓度扩散、热扩散、压力扩散。
同时存在分子扩散和对流扩散时称之为对流质交换。
2.3 关于扩散传质：2.3.1 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，组成二元混合物中的组分A 和B 将发生相互扩散。
表达式：J 规则热运动引起的扩散过程）A= -DABdCA （只适用于分子无dzDp 2.3.2 斯蒂芬定律：m A =RT D zp´(pA1- pA2)（其中：pBM= p B2 - p B1pD z 为距BM ln B2pB1离，其中A 为扩散的组分，通常为水。
B 通常为空气）应用举例：P32 例2-42.3.3 扩散系数：实验测得，气体>液体>固体。
表示其扩散能力。
非标准状况下的扩散系数计算：D = D0p T 3 0 ( ) 2 p T2.4 对流传质与模型：2.4.1 对流传质系数：NA = hm(CAs-CA¥)hm为对流传质系数，CAs和CA¥分别为壁面处和主流的浓度2.4.2 相际间对流传质模型：刘易斯关系式 h = c ´ r ´ Le ，Le 等于 1 2.4.2.1 薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时，存在一层附壁薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假设膜内流体与主流不相混合和扰动。
在此条件下， 整个过传质程中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浓D 度分布，膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。
由薄膜理论，传质系数 h m = d .2.4.2.2 渗透理论：当流体流过表面时，有流体质点不断穿过流体的附壁薄层想表面迁移并与之接触，流体质点在与表面接触之际则进行质量的转移过程，此后质点又回到主流 核心中去。
流体质点在很短的接触时间内，接受表面传递的组分过程表现为不稳态特征。
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2.1 对流质交换过程的相关准则
2.1.1 施密特数Sc 2.1.2 舍伍德数Sh 2.1.3 对流质交换的斯坦顿数Stm
2.1.4 路易斯数Le
2.1.1 施密特数Sc
2.1.2 舍伍德数Sh
2.4.1 同时进行传热与传质的过程和薄膜理论 2.4.2 同一表面上传质过程对传热过程的影响 2.4.3 路易斯关系式
2.4.4 湿球温度的理论基础
图2-3 滞流流体薄膜内实际的浓度、速度分布
图2-4 壁面处滞流层传热传质示意图 a)滞流流体薄层中的温度、浓度分布示意图 b)微元体内热平衡
图2-5 传质对传热的影响关系示意图
2.4.4 湿球温度的理论基础
图2-7 湿球温度计
9.讨论一个封闭圆筒形容器中的空气，此圆筒形容器的轴线是 垂直的，容器的两端保持在不同的温度。 10.在直径100mm及壁厚2mm的钢制球形容器中储存了10×105P
a和27℃的氢气。
11.在从气流中分离氦的过程中利用了一个塑料薄膜。 12.估算在350K和1atm(101.325kPa)下的氨—空气和氢—空气这 两种二元气体混合物的扩散系数值DAB。 参考文献
2.4.3 路易斯关系式
图2-6 紊流热质交换示意图
复习思考题和习题 1.定义施密特数和路易斯数，从动量传递、传热和传质类比的 观点来解释它们的物理意义。
2.在标准状态下空气中的氨气被潮湿的圆管壁面所吸收，含氨
空气是以5m／s的流速横向掠过湿圆管壁，如果查不到这种情 况下的质交换计算式，乃从热交换与质交换的类比律出发，对 相同尺寸的圆管以5m/s的气流作对流换热试验，测得壁面的表 面传热系数α=56W/(m2· ℃)，试计算此湿壁面吸收氨气的对流 质交换系数。 3.空气流进内径为25mm、长1 m的湿壁管时的参数为：压力1.0
2.1.3 对流质交的斯坦顿数Stm
2.1.4 路易斯数Le
2.2 动量、热量、质量传递方程
2.2 动量、热量、质量传递方程
2.3 三传类比规律
2.3.1 雷诺类比律 2.3.2 契尔顿—柯尔本类比律 2.3.3 热量、质量传递同时存在的类比关系
2.3.4 对流质交换的准则关联式
2.3.1 雷诺类比律
2.3.3 热量、质量传递同时存在的类比 关系
2.3.4 对流质交换的准则关联式
1.流体在管内受迫流动时的质交换 2.流体沿平板流动时的质交换
2.3.4 对流质交换的准则关联式
1.流体在管内受迫流动时的质交换
图2-1 Sh=f(Re,Sc)
2.流体沿平板流动时的质交换
图 2-2
2.4 热质传递模型
132×105Pa，温度25℃、含湿量3g/kg干空气。
4.欲测定气流的温度，但现有的温度计惟恐量程不够高，因此 在温度计的头部包了一层湿纱布，然后测得温度计的读数为35 ℃。
5.在总压力为1.0132×105Pa的湿空气中，用一干湿球温度计测
得的温度分别为26℃和20℃。 6.设空气只由O2和N2组成，它们的分压比为0.21：0.79，它们 的质量比是多少? 7.容器中有温度为25℃的CO2和N2的混合物，每种组分的分压 均为1×105Pa。 8.讨论由n种组分组成的理想气体混合物。