完整版热质交换原理与设备习题答案第版

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，在此类换热器屮，热、冷介质在各自的流道屮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屮，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，屮隔板与热管加热段，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。

3、解：顺流式又称并流式，其内冷、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

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

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: mA 以扩散速度表示的质量通量: jA

eAu 以主流速度表示的质量通量:

B UB , m

(U

A (UA U), j

B B B

e A —(eAUA eBUB )

e

AUA, 1T1B eAUA eB UB

aA ( mA mB )

eB u aB (mA mB)

CO o

2,即为1摩尔的C与1摩尔的2反应, 2、答：碳粒在燃烧过程屮的反应式为C O2

生成1摩尔的,所以°2与CO2通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。

3

i n

3、从分子运动论的观点可知：Dsp 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:

3

435.7T2 D

4 10

P(V A 3 V B 3)

若在压强F 1.013

5

10 Pa,T

273K

时各种气体在空气中的扩散系

数

3

D° ,在其他P、T

状态下的扩散系数可用该式计算(1)

Po T Do 一—P To

氧气和氮气:

Vo

2 V

N2 25.6

31.1

435.7

3 3

10 m /(kg kmol)

10 3 m3 /(kg kmol)

3

2987

02

N2

104

32

28

(2) Po

—1

28

1 _ 1

1.0132 10 5 (25.6 3 31.13 )2 氨气和空气：

1.0132 105 Pa T 25 273 298K

1.0132 105 Pa To 273K

5 2

10 m / s

0.2 1.013(如)戸0.228cm2/s

1.0132 273

解：气体等摩尔互扩散问题

D 0.6 10 4(16000

—厲

N A RT Z •・

x 10 3= 2.S9 x 丄0

5300)

P0 8.314 298 10 10 30.0259 kmol/(m )krn«F/m2s

Ro通用气体常数单位：J/kmol・K s)

5、解：25 ° C 时空气的物性：

1.185kg/m, 1.835 10 Pa s,

15.53

lO 6m 2/s,Do 0.22 10 4 m 2 /s

D Do

-F

3 2

0.25 104m 2/s

p To

Re u 0 d

4 0.08 20605

V 15.53 10 6

Sc

V

D

15.53 0.25

106

104

0.62

用式子(2-153)进行计算

sh m 0.023Re 0 83Sc°.44 0.023 20605°出 O.62044 70.95

shmD hm

d

G

设传质速率为 A ,则

dGA d (dx)hm ( As ] duo A2 d o 女 4h m AI AS

70.95 0.25 10

0.08

0.0222m/ s

7d 2U0 (d A )

1

4hm As A2

2・6、解：20°C 时的空气的物性: 1.205kg/m,3

3

Po T 2 1.81 10

Do P To

0.22

10

Re

u o d 0.05 3 L205

Sc

D

sh

（1）用式 m

1.81 10 5 1.81 IO' 1.205 0.24 104

hm

shm D 0.023Re°'83S 0.023 9990 °'83

(2)

用式sh

hm

shD

d 2-7 ＞错解: （注：状态不同， D 霊修iF ）

a Pa s,

1.013 10 5

1.0132 10 5 9990

0.626

c 0.44

h

计算m

O.626044

0.24

293 7 273

104

0.05

彳■ h

0.0395 Re 4S C 3 计算 m

y -1

0.0395(9990宀0.626)3 0.24 1()4

0.24

0.01875

10 m / s

0.01621m/s

0.05

氨在水中的扩散系数 D 1.24

10 9 m 2/s ，空气在标准状态下的物性为;