热质交换原理与设备复习题(题库)

简要回答问题

4、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。

6、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。

8、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=主体速度+扩散速度

10、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。

14、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。

15、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点？

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。节约传统除湿中的缺点，节约能源，减少环境污染。

16、表冷器处理空气的工作特点是什么？

与空气进行热质交换的介质不和空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进行的。空气与水的流动方式主要为逆交叉流。

17、吸附（包括吸收）除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么？

吸附除湿是利用吸附材料降低空气中的含湿量。吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩，且噪声低并可以得到很低的露点温度。

表冷器缺点：仅为降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿必须较低，

pp250的练习题1至9题

计算题

3、某空气冷却式冷凝器，以R134a 为制冷剂，冷凝温度为t s =50℃，蒸发温度t 0=5℃，时的制冷量Q 0=5500W ，压缩机的功耗是1500W ，冷凝器空气进口温度为35℃，出口温度为43℃。

（1）制冷剂与空气的对数平均温差是多少？（2）已知在空气平均温度39℃下，空气的比热为1013J/kg.K ，密度为1.1kg/m 3,所需空气流量是多少？

解：（1）△t ‘=50-35=15℃,△t ’’=50-43=7℃ '

'''''t t In t t m ∆∆∆-∆=θ=10.5℃ (2)冷凝总负荷021W Q Q +==5500+1500=7000W

ρ

t c Q q v ∆=1=7000/（1.1×1013×8）=0.79m 3/s

4、一个直径为3cm 的萘球悬挂于空气管道中，求下述条件的瞬时传质系数；（1）萘球周围的空气静止，温度为259K ，压力为101.325kPa ，萘在空气中的扩散率为5.14×10-6m 2/s ；（2）空气以0.15m/s 的速度流过萘球，温度为259K ，压力为101.325kPa ，1=⋅Sc Gr 。

解：（1）Sh=2.0（2分）

d

D sh h AB c ⨯==2.0×5.14×10-6/0.03=3.43×10-4m/s （2）υud

=Re =0.15×0.03/1.0×105=4.5×102，（1分）AB D Sc υ

==1.95

+=0.2Sh 0.569（Sc Gr ⋅）0.25=2.569

d

D sh h AB c ⨯==2.569×5.14×10-6/0.03=4.4×10-4m/s 5、一管式逆流空气加热器，空气由15℃加热到30℃，水在80℃下进入换热器管内，40℃时离开，总换热量位30kW ，传热系数为40W/(m 2.℃),求：（1）平均换热温差；（2）换热器面积。

解：（1）△t ‘=80-30=50℃,△t ’’=40-15=25℃ '

'''''t t In t t t m ∆∆∆-∆=∆=35.7℃ （2）m

t k Q A ∆==30000/（40×35.7）=21m 2 7、含少量碘的压力为1.013×105Pa 、温度为25℃的空气，以5.18m/s 的速度流过直径为3.05×10-2m 的圆管。设在空气中碘蒸汽的平均摩尔浓度为nm ，管壁表面碘蒸汽的浓度可视为0，空气－碘的质扩散系数D=0.826×10-5㎡/s ，试求从气流到管壁的对流传质系数以及碘蒸汽在管子表面上的沉积率。（空气的动量扩散系数ν=15.15×10-6m 2/s ）

管内受迫层流：333.0333.0Re 86.1Sc Sh =，管内受迫紊流：44.083.0Re 023.0Sc Sh = 解：88.110826.01053.1556

=⨯⨯==--D v Sc

1017310

53.151005.318.5Re 62

=⨯⨯⨯==--v ud ()()35.6488.110173023.0Re 023.044.083.044.083.0=⨯⨯==Sc Sh

s m d Sh D h m 017.01005.310826.035.6425

=⨯⨯⨯=⋅=--

()s m kmol n n h N m m m A ⋅=-=2017.00

9、氢气和空气在总压强为1.013×105Pa ，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为0.6㎝2/s ，在垂直于扩散方向距离为10㎜的两个平面上氢气的分压强分别为16000Pa 和5300Pa 。试求这两种气体的摩尔扩散通量。

解：用A 和B 分别代表氢气和空气

由于等摩尔互扩散，根据菲克定律

()

s m mol y p p T R D N N A A m B A ⋅⨯=-⋅⨯⨯=∆-⋅=-=--22421/1059.201.05300160002988314106.0 负号表示两种气体组分扩散方向相反。

综述题

2、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。

12、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点？

1 优点

1) 平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。

2) 制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。

3) 利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。

4) 电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。

5) 冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。

6) 相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。

7) 具有应急冷〔热〕源，空调可靠性提高。

8) 冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。

2 缺点

1) 通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大

2) 蓄能装置要占用一定的建筑空间。

3) 制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。

4) 设计与调试相对复杂。

1.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