《热质交换原理与设备》 复习重点

热质交换原理与设备 复习重点 （个人总结可能不全，请大家补充指正）

考试时间：2013年5月8日下午1：30 考试地点：

考试题型：问答题、计算题（10~20分） 新军老师 Tel ： E-mail ：

第一章 绪论

1.1.1 三种传递现象的联系

当物质中存在速度、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，也可以是由涡旋混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。

各类系数 总的效应

通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。

两种传递系数的比较

❖ 分子传递系数ν, a , D AB ：

➢ 是物性，与温度、压力有关； ➢ 通常各项同性。

❖ 湍流传递系数νt , a t , D ABt ：

➢ 不是物性，主要与流体流动有关； ➢ 通常各项异性。

1.1.3 热质交换设备的分类

热质交换设备的分类方法很多，可以按工作原理、流体流动方向、设备用途、传热传质表面结构、制造材质等分为各种类型。最基本的是按工作原理分类。

★ （1）按工作原理分类（可参考书后思考题第二题）

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。

dy

u

d dy u d eff

t t S μμμτττ-=+-=+=)

(有效动力粘度系数

:eff μdy

t d dy t d q eff

t S λλλ-=+-=)

(有效导热系数

:eff λdy

d D dy d D D m A

ABeff

A ABt A

B S ρρ-=+-=)

(有效质量扩散系数

:ABeff D

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穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道横掠管束连续流动实现传热。

（2）按热流体与冷流体的流动方向分类（可参考书后思考题第三题）

热质交换设备按照其热流体与冷流体的流动方向，可分为：顺流式、逆流式、叉流式和混合式等类型。

顺流式又称并流式，其冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端进入换热器。

逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。

叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。

混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。

思考题

1、分子传递现象可以分为几类？各自由什么原因引起的？

答：分为三类：动量传递、热量传递和质量传递现象。

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、热质交换设备按照工作原理分为哪几类？他们各自的特点是什么？

答：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穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道横掠管束连续流动实现传热。

3、简述顺流、逆流、叉流和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析。

答：顺流式又称并流式，其冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端进入换热器。

逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。

叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。

混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。

顺流和逆流分析比较：在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温

差最小，顺流时，冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。

第二章 传质的理论基础

7个基本的物理量

物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一（长度、质量、时间、电流强度、发光强度、温度、物质的量），它和“长度”，“质量”等概念一样，是一个物理量的整体名词。单位为摩尔(mol)。物质的量是表示物质所含微粒数(N)与阿伏伽德罗常数(NA)之比,即n=N/NA 。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。

2.1.2.1 传质的速度 多组分的传质过程中，u A 、u B 代表组分A 、B 的实际移动速度，称为绝对速度。u 代表混合物的移动速度，称为主体流动速度或平均速度(以质量为基准)（若以摩尔为基准，用u m 表示）；u A -u 及u B -u 代表相对于主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。

u A =u+(u A -u) u B =u+(u B -u)

u A =u m +(u A -u m ) u B =u m +(u B -u m )

绝对速度＝主体流动速度（平均速度）＋扩散速度 2.1.2.2 传质通量【重点看三种传质通量、表示】

单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。 传质通量＝传质速度×浓度 质量传质通量：m (kg/m 2·s)； 摩尔传质通量：N (kmol/m 2·s)。 （1）以绝对速度表示的质量通量

上式为质量平均速度定义式

（总摩尔通量）N=N A +N B =C A u A +C B u B =Cu m

u m =（C A u A +C B u B ）/C

（2）以扩散速度表示的质量通量 传质通量＝扩散速度×浓度 质量通量： 摩尔通量： 总通量：

（3）以主体流动速度表示的质量通量 传质通量＝主体流动速度×浓度 质量通量： 同理：

摩尔通量： 同理： A A A u m ρ =B

B B u m ρ =u

u u m m m B B A A B A ρρρ=+=+= )(1B B A A u u u ρρρ+=)()(u u j u u j B B B A A A -=-=ρρ)()(m B B B m A A A u u C J u u C J -=-=B

A B A J J J j j j +=+=)()()(1B A A B B A A A B B A A A A m m a u u u u u +=+=⎥

⎦

⎤⎢⎣⎡+=ρρρρρρρρρ)(B A B B m m a u +=ρ)(1B B A A A m A u C u C C

C u C ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+=)(B A B m B N N x u C +=