《热质交换原理与设备》第三版习题答案
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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。
第二章 传质的理论基础
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 A
B 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 ∽31
2
p 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:
4
10D -=
若在压强5
001.01310,273P 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32
00
0P 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-=⨯⋅=
52
52
33 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 =
3
221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s
=⨯⨯=
2-4、解:气体等摩尔互扩散问题
12423
0.610(160005300)
()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯
m 2s R 0通用气体常数单位:J/kmol ﹒K
5、解:250
C 时空气的物性:
35
1.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ 6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯
32
42
00066
4
0.2510/40.08
Re 2060515.531015.53100.620.2510
o c P T D D m s P T u d v v S D ----⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭
⨯=
==⨯⨯===⨯
用式子(2-153)进行计算
0.830.440.830.444
0.0230.023206050.6270.95
70.950.25100.0222/0.08
m e c m m sh R S sh D h m s
d -==⨯⨯=⨯⨯===
设传质速率为A G ,则
211
2
2000
0()()()
4
4ln
4A A A m A s A A l
A m A s A
A s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρπ
πρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-=
=
--=
-⎰
⎰
2-6、解:20℃时的空气的物性:(注:状态不同,D 需修正)
353
35
2
2
442
005
05
5
4
1.205/, 1.8110,
1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205
Re 99901.81101.81100.626
1.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u d
v S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯=
=
=⨯⨯===⨯⨯
(1)用式0.830.44
0.023m e c sh R S =计算m h 0.830.444
0.02399900.6260.24100.01875
0.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===
(2)用式
13
3
4
0.0395e c sh R S =计算m h
13
4
3
40.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m s
d -⨯⨯===
2-7、错解:氨在水中的扩散系数92
1.2410/D m s -=⨯,空气在标准状态下的物性为;