热质交换原理与设备-连之伟

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《热质交换原理与设备》课程

(a)
(b)
冷凝器中的温度变化蒸发器中的温度变化
图1.5 发生相变时,冷热流体的温度变化
(3)按用途分类:9类
表冷器:用于把流体冷却到所需温度,被冷却流体在冷却过程中不发生相变,但其内部某种成分 (水蒸气)可能出现冷凝现象.
加热器:用于把流体加热到所需要的温度,被加热流体在加热过程中不发生相变.
蓄热式(回热式,再热式)换热器:借助固体构件(填充物)组成的蓄热体作中间载体传递热量.冷热流体先后交替流过蓄热体流道,属不稳定传热过程.炼铁长的热风炉,锅炉的中间热式空气预热器及全热回收式空气调节器.
热管换热器:以热管为换热元件的换热器.若干支换热管与中隔板置于壳体内,形成冷热流体通道,实现传热.主要用于各种余热的回收利用.
在均匀的、各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式
传递的热量通量密度：
q dt
(1-3)
dy
对恒定热容量的流体：
q
c p
d (cpt) d (cpt)
dy
dy
(1-4)
式中：
d (cpt)
dy
导热系数， w /(moC)
热扩散系数，导温系数m2/s 焓浓度变化率，热量浓度变化率J/(m3m)
蒸汽凝结管内外强迫流动时的相变换热固液相变热质交换的基本原理。
空气热质处理方法：空气处理的途径，空气与水/固体表面之间的热质交换，吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的机理与方法。
其他形式的热质交换：经过处理的空气送入房间时与室内空气发生热质交换，几种典型燃烧方式下发生的热质交换。
热质交换设备：主要介绍常见热质交换设备的型式与结构、基本性能参数；间壁式、混合式、相变热质交换设备的热工计算；典型燃烧装置主要尺寸和运行参数的计算；热质交换设备的性能评价及优化设计。

热质交换原理与设备答案(连之伟第二版)

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 C O +=，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 GJ 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 h h L e e φ-=⋅5：答：斯密特准则c i vS 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rP c vS D a Le v Da ===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--=⨯=⨯32420006640.2510/40.08R e 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 cm m sh R S sh D h m sd-==⨯⨯=⨯⨯===设传质速率为A G ，则211220000()()()44ln4AA A m A s A A l Am A s AA s A mA s AdG 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 1.205R e 99901.81101.81100.6261.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u dvS Dρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯（1）用式0.830.440.023m e csh 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-⨯⨯===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,P r 0.708, 1.00510/()1.721010727.741.293 1.2410p c kg m P a s c J kg k S D ρμμρ----==⨯⋅==⨯⋅⨯===⨯⨯由热质交换类比律可得231Pr mp c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭223351Pr 560.7087.0410/1.293100110727.74m p c h m s hc S ρ-⎛⎫⎛⎫==⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭11、解：定性温度为252022.5,2g 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 sdπρ===⨯⨯⨯⨯⨯0e 9.480.025R 15488u dυ⨯===⨯-615.2951040.25100.61c DS υ-⨯⨯===-615.29510用式（2--153）计算0.830.440.830.440.0230.023154880.6155.66,m ecsh R S ==⨯⨯=4255.660.24105.56610/0.025m 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⋅=-=21004AA l AmA s A du d dx h ρρρρρ⋅=-⎰⎰ 124exp()A s A A A s m h du ρρρρ⋅⋅-=-20C 时，饱和水蒸汽的浓度30.0179/A s kg m ρ⋅=11AAdρρρ=-1330.003 1.195 3.5710/110.003A d kg mdρρ-⋅⨯∴===⨯++∴ 代入上面的式子得：230.01193/A kg mρ=112.23/AAd 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 mμν⨯⨯⨯===因此，对此层流---湍流混合问题，应用式（2-157）30.8(0.037870)ecLR 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 4.4610/10m L L 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，330.03037/;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()HOHOH O m Sn h ρρ⋅⋅∞=-22()HOHOm s fgSh T T h hρρ∞⋅⋅∞=+-又23r P 1mp 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 s P M kg mRT ρ⨯===⨯0ρ∞=14、解：2()()s H O m S h T T r n r h ρρ∞∞-=⋅=⋅-其中026,20S t C t C ∞== 查表2—1，当020S t C =时水蒸汽的饱和蒸汽压力2330S a P P = 于是22338180.017278314293H OS S sP MkgRT ρ⨯===⨯2454.3/r kJ kg =1V d d ρρρ∞⋅==+ 当026t C ∞=，时定性温度为23,2st 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 1.0050.6mp c h h c S ρ-⎛⎫⎛⎫===⨯ ⎪ ⎪⋅⨯⎝⎭⎝⎭()1S s mh d T T drh ρρ∞⋅=--+ 41.19326200.0172712454700905910d d-⨯-=-+⨯⨯ d=12.5g/kg15、解：325100.04036/8314(27325)i C O P C km ol mRT===+22N C O C C =222220.5N N CO N CO C x x C C ===+322544101.776/8314298CO i CO M P kg mRTρ⨯⨯===⨯322528101.13/8314298N iN M P kg mRTρ⨯⨯===⨯22220.611COCO CO Na ρρρ==+20.389N a =16、解：（a ）已知A M ，B M ，A x ，B xAA AA AA AB A AB B A AB B M n M x M a M M n M n M x M x M ===+++BB BB BB ABA AB BA AB B M n M x M a MM n Mn M x Mx M ===+++已知B a ，A a ，A M ，B MAAA AAA AB A B A BABAB m a n M M x m m a a n n MM MM ===+++BBB B B B A B A B A BABAB m a n M M x m m a a n n MM MM ===+++（b ）222222222320.3077322844O O O O O N N CO CO x M a x M x M x M ===++++20.2692N a =20.4231C O a =若质量分数相等，则2222222221320.3484111322844O O O O N C O O N C O a M x a a a M MM ===++++20.3982N x =20.2534C O 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》课程教学大纲(本科)

热质交换原理与设备(Principle and Equipment of Heat and Mass Transfer)课程代码：02410040学分：2.0学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：热质交换原理与设备，连之伟，北京：中国建筑工业出版社，第四版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热质交换原理与设备》是具有承上启下意义，同时起到连接相关专业基础课与专业课桥梁作用的专业基础课。

它是在《传热学》、《流体力学》和《工程热力学》的基础上，将专业中《冷热源工程》、《暖通空调》、《热泵原理与应用》等专业课中涉及流体热质交换原理及相应设备的共性内容抽出，经综合、充实和系统整理而形成的一门专业基础课程。

此课程兼顾理论知识和设备知识，培养学生较全面掌握动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论的基础知识，掌握本专业中的典型热质交换设备的热工计算方法，为进一步学习本专业的专业课程打下坚实的基础。

（二）课程目标课程目标1:掌握传质的理论基础，包括传质的基本概念，扩散传质、对流传质的过程及分析, 相际间的热质传递模型。

课程目标2：理解传热传质的分析和计算知识，包括动量、热量和质量的传递类比，对流传质的准则关联式，热量和质量同时进行时的热质传递；学会运用所学知识分析实际问题。

课程目标3：熟悉空气热质处理方法，包括空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换过程及主要影响因素，吸附和吸收处理空气的原理与方法，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的原理与方法；学会理论联系实际，分析环境控制领域常用的空气热质处理原理。

课程目标4：掌握热质交换设备的热工计算方法，包括间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，能够针对具体需求对常见热质交换设备进行设计计算和校核计算。

热质交换原理与设备教学大纲

“热质交换原理与设备”课程教学大纲课程名称：热质交换原理与设备英文名称：Principle and Equipment Heat-Mass Exchanging课程编码：CJX0540学时：48 学分：3适用对象：建筑环境与设备工程专业本科生先修课程：传热学，工程热力学，流体力学使用教材：《热质交换原理与设备》，连之伟编著，中国建筑工业出版社，2011主要参考书：[1]《建筑环境传质学》，张寅平、张立志、刘晓华编，中国建筑工业出版社，2006[2]《热质交换原理与设备》，许为全编，清华大学出版社，1999一、课程介绍本课程为建筑环境与设备工程专业主要的专业基础课之一。

主要用于增强学生的专业理论水平，开阔学生的科学视野，从动量、热量和质量传递的统一的传递过程理论的高度上学习和研究本专业工程实践中遇到的诸如：热质交换设备的设计、加工、运行管理方面遇到的一些问题。

起到联系本专业基础课与技术课的桥梁作用，培养学生理论联系实际的能力。

掌握传输过程的基本理论及三种传输过程的类比；掌握空气热质交换理论方法和常用热质交换设备的热工计算方法，具备初步的优化设计和性能评价能力。

二、教学基本要求掌握质传递的基本规律和热质传递的类比，了解制冷剂为主的沸腾、凝结的基本规律；掌握强迫流的相变传热及固液相变热质交换基本原理，熟悉空气处理的各种途径；掌握空气与水/固表面之间的热质交换，熟悉用吸收剂的吸附材料处理空气的机理，熟悉被处理空气与室内空气发生的热质交换，了解常用热质交换设备的形式与结构、基本性能参数；掌握间壁式、混合式，有相变热质交换设备的热工计算，了解热质交换设备的评价的优化设计。

三、课程内容第一章绪论：建筑环境与设备专业涉及的热质交换现象及其设备分类，本门课程在专业中的地位与作用，本门课程的主要研究内容与方法。

第二章传质的理论基础：传质概论，扩散传质，对流传质，相际间的对流传质模型。

基本要求:理解浓度，扩散通量等基本概念，传质的两大基本方式和常见的8种形式，掌握Fick定律，Stefan定律，扩散系数概念，薄膜理论，三传的传递方程，传热传质同时传递模型的建立，雷诺类似律；了解柯尔本类似律，动量交换与热交换的类比在质交换中的应用；掌握对流传质的准则关联式，刘易斯关系式。

《热质交换原理与设备》教学大纲

《热质交换原理与设备》教学大纲大纲说明课程代码：5125042总学时：40学时（讲课40学时）总学分：2.5课程类别：必修适用专业：建筑环境与设备工程预修要求：传热学、工程热力学、流体力学一、课程的性质、目的、任务：热质交换原理与设备是以动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论为基础，重点研究发生在建筑环境与设备中的热质交换原理、热工计算方法及相应的设备的一门课程。

通过本课程的学习，使学生初步了热质交换过程、原理以及热质交换设备等方面的知识，为学生毕业后从事暖通空调、燃气供应、建筑给排水等公共设施系统和建筑热能供应系统的设计、安装、调试、运行等工作打好理论基础。

二、课程教学的基本要求：在学习传热学、工程热力学、流体力学、供暖工程、空调技术、锅炉及锅炉房设备、燃料燃烧等专业课的基础上，使学生获得热质交换原理有关的理论知识，了解热质交换设备，初步具备应用热质交换原理进行研究和设计建筑环自动化系统方案的能力。

三、大纲的使用说明：本大纲适用于建筑环境与设备工程专业本科教学。

大纲正文第一章绪论学时：2学时（讲课2学时）本章讲授要点：分子传递（传输）性质，湍流传递性质。

重点：分子传递（传输）性质，湍流传递性质。

第一节：三种传递现象的类比1、分子传递（传输）性质2、湍流传递性质第二节：热质交换设备的分类第三节：本门课程在专业中的地位于作用第四节：本门课程的主要研究内容第二章热质交换过程学时：8学时（讲课8学时）本章讲授要点：传质的基本方式，浓度的概念，扩散通量，斐克定律，斯蒂芬定律，扩散系数，对流传质的基本特点，浓度边界层，对流传质简化模型，对流传质系数的模型理论，对流传质过程的相关准则数，三传方程及传质相关准则数，动量交换与热交换的类比在质交换中的应用，对流质交换的准则关联式，同时进行传热与传质的过程和薄膜理论，同一表面上传质过程对传热过程的影响，刘伊斯关系式，湿球温度的理论基础。

重点：对流传质的基本特点，浓度边界层，对流传质简化模型，对流传质系数的模型理论，对流传质过程的相关准则数，三传方程及传质相关准则数，动量交换与热交换的类比在质交换中的应用，对流质交换的准则关联式。

热质交换原理与设备教学探索与思考

热质交换原理与设备教学探索与思考作者：吕留根罗义英来源：《中国教育技术装备》2018年第12期摘要“热质交换原理与设备”是建筑环境与能源应用工程专业的一门专业平台课程。

结合教学体会，论述“热质交换原理与设备”理论教学中的知识体系树，并讨论增强教学效果的措施。

关键词热质交换原理与设备；建筑环境与能源应用工程专业；实验教学中图分类号：G642 文献标识码：B文章编号：1671-489X（2018）12-0104-031 前言“热质交换原理与设备”是连接建筑环境与能源应用工程专业（以下简称建环专业）基础理论课和专业课的一门专业平台课程[1]。

它以动量传递、热量传递和质量传递共同作用的三传理论及分析计算方法为基础，研究建筑环境中空气的热湿处理、吸附及吸收处理的原理与方法，最终将上述理论与方法应用于建筑环境营造中的相关热质交换设备的设计计算之中，为建环专业学生后续专业课的学习打下坚实的理论基础。

但是，在该门课程教学中，任课教师和学生普遍反映存在下面几个问题。

1）理论公式复杂，符号表达繁多。

传质过程原理本身就相对抽象，其数学描述又建立在大量偏微分方程组推导之上，学生容易产生畏难情绪。

2）后续专业课“冷热源工程”“空调工程”等尚未学习，学生对各种热质交换设备结构和特性认识不足，导致对热质交换原理和分析一知半解。

3）教学方法和考核方式有待改进，但目前教学设计、考核方式可参考的素材相对较少。

2 “热质交换原理与设备”教材及教学研究现状我国高校的“热质交换原理与设备”课程是在1997年国家学科目录调整、建设部高等教育教学内容和课程体系改革的背景下产生和发展起来的。

在本学科专业指导委员会的坚强领导与支持下，国内第一部教材《热质交换原理与设备》由连之伟教授主编，中国建筑工业出版社于2001年出版。

该教材经过逐步调整和改进，先后经历2006年第二版和2011年第三版，受到大多数高校建环专业教学使用。

各个高校在讲授“热质交换原理与设备”课程中，结合各自情况展开教学改革研究，目前检索到相关教学研究论文23篇（详见图1）。

热质交换原理与设备

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，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。

质量浓度：单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度。

物质的量浓度：单位体积混合物中某组分的物质的量称为该组分的物质的量浓度，符号C。

绝对速度= 主体流动速度+ 扩散速度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。

传质通量等于传质速度与浓度的乘积。

质量传递的方式分为分子传质和对流传质。

分子传质又称为分子扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。

对流传质是指壁面和运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。

在湍流流体中，由于存在大大小小的漩涡运动，而引起各部位流体间的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下，物质便朝着浓度降低的方向进行传递，这种凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象，称为紊流扩散。

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，组成二元混合物中组分A和组分B将发生互扩散，其中组分A 向组分B的扩散通量与组分A的浓度梯度成正比。

斐克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度即为扩散速度。

组分的实际传质通量= 分子扩散通量+ 主体流动通量在气体扩散过程中，分子扩散有两种形式，双向扩散和单向扩散。

等分子反方向扩散（双向扩散）：设由A、B两组分组成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则成为等分子反方向扩散。

组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）：设组分A、B两组分组成的混合物中，组分A 为扩散组分，组分B为不扩散组分，组分A通过停滞组分B进行扩散。

液体中的等分子反方向扩散发生在摩尔潜热相等的二元混合物蒸馏时的液相中，此时，易挥发组分A向气液相界面方向扩散，而难挥发组分B则向液相主体的方向扩散。

热质交换原理与设备-第一章

(1)牛顿粘性定律
两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂宣于运动方向的速度变化率，即
对于均质不可压缩流体，上式可改写为：
(2)傅立叶定律
在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式传递的热量通量密度为：
对于恒定热容量的流体，上式可改写为：
(3)斐克定律
在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数
图1-3 叉流换热器 (a)示意图；(b)两种流体均不混合；(c)一种流体混合，另一种不混合
混流式，两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分，图1-4(a) 及(b)所示就是一例。当冷、热流体交叉次数在四次以上时，可根据两种流体流向的总趋势，将其看成逆流或顺流，如图1-4(c)及(d)。
图1-4 混流式换热器示意图 (a)先顺后逆的平行混流；(b) 先逆后的串联混流；(c)总趋势为逆流的混合流；(d) 总趋势为顺流的混合流
热管换热器是以热管为换热元件的换热器。由若干支热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体内，中隔板与热管加热段、冷却段及相应的壳体内腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道中横掠热管束连续流动实现传热。当前该类换热器多用于各种余热回设备类型中，间壁式的生产经验、分析研究和计算方法比较丰富和完整，它们的某些计算方法对混合式和蓄热式也适用。
(2)按照热流体与冷流体的流动方向分类热质交换设备按照其内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。顺流式或称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同一方向流动，如图1-1(a)所示。冷、热流体同向流动时，可以用平壁隔开，但是更通常的是用同心管(或是双层管)隔开，其布置简图示于图1-1(b)。在这样的顺流布置中，热，冷流体出同一端进入换热器，向着同一方向流动，并由同一端离开换热器。

热质交换原理与设备-连之伟

独立除湿：不依赖降温处理。（吸附或吸收方式）
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5.2 吸收剂处理空气的机理和方法
5.2.1 吸收现象简介气体吸收是用某种液体吸收气体中某种组分。吸收能力与气体分压、温度、吸收液浓度等有关。工作过程：吸收 - 再生（浓缩吸收液）- 吸收。
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60-38
多孔介质比表面积大，所以吸附剂多为多孔介质。多孔介质孔隙越小，比表面积越大，孔隙内吸附能力越强
（5）吸附剂的特性参数 1）多孔吸附剂的外观体积
V堆 V隙 V孔 V真
V隙颗粒间隙体积
V孔颗粒内细孔体积
V真骨架体积
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60-12
2）吸附剂密度堆积密度：
吸附剂：使气相浓缩的物质吸附质：被浓缩的物质
分子力（Van der Waals）:
同相间分子力处于平衡状态，相界处不平衡。
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60-4
表面能物质的总能量
U umM us A
U M
um us
A M
当物质的比表面积比较大时，表面能就会对物质的性能产生很大的影响。
相界上的非平衡力导致物质微粒在界面上的聚集程度的改变就是吸附。
而实现脱附。
置换脱附再生方式：用具有比吸附质更强的选择吸
附性物质来置换而实现脱附。
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除湿方式：冷却除湿（近似等温过程）：除湿的同时通过冷却流
体带走吸附热；绝热除湿（近似等焓过程）：除湿的同时温度升高。
吸附剂的选择阻力小（空气压力损失小）；比表面积大；吸
附容量大；具有较好机械强度、热稳定性及化学稳定性；
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热质交换原理与设备实验报告

实验一强化换热器换热性能一、实验目的1．测试换热器的换热能力；2．了解传热驱动力的概念以及它对传热速率的影响。

二、实验原理换热器工作时，冷、热流体分别处在换热管的两侧，热流体把热量通过管壁传给冷流体，形成热交换。

当若换热器没有保温，存在热损失，则热流体放出的热量大于冷流体获得的热量。

热流体放出的热量为：)(21T T c m Q pt t t -=（3-1）式中：t Q ——单位时间内热流体放出的热量， kW ； t m ——热流体的质量流率，kg/s ；pt c ——热流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数；1T 、2T ——热流体的进出口温度，K 或o C 。

冷流体获得的热量为：)(12t t c m Q ps s s -=（3-2）式中：s Q ——单位时间内冷流体获得的热量，kJ/s=kW ；s m ——冷流体的质量流率，kg/s ；ps c ——冷流体的定压比热，kJ/kg·K ，在实验温度范围内可视为常数；1t 、2t ——冷流体的进出口温度，K 或o C 。

损失的热量为：s t Q Q Q -=∆(3-3)冷热流体间的温差是传热的驱动力，对于逆流传热，平均温差为)/ln(2121t t t t t m ∆∆∆-∆=∆（3-4）式中： 211t T t -=∆、122t T t -=∆。

本实验着重考察传热速率Q 和传热驱动力m t ∆之间的关系。

三、实验步骤1．开启燃油炉，设置温度上限75℃，设置温度下限70℃；2．开启工控机，点击“换热器换热性能实验”图标，进入实验程序界面，单击“清空数据”按钮清空数据库；3．打开阀门V06、V10，V04、V08，其它阀门均关闭，使冷流体走换热器壳程，并经流量调节阀V14流回水箱，热流体走换热器管程流程如图3所示； 4．灌泵：打开自来水阀门V02，旋开冷水泵排气阀放净空气，待放完泵内空气后关闭，保证离心泵中充满水，再关闭自来水阀门V02；5．启动冷水泵：将水泵运行方式开关 “11-7” 旋向 “变频”，选择变频运转方式，然后按下冷水泵启动按钮“11-11”，分别转动压力调节旋钮“11-8”和流量调节旋钮“11-9”，使冷水泵出口压力（11-4表）保持在0.4MPa ，冷水泵出口流量（11-2表）保持在1.0L/s ；6．待燃油炉内水温达到温度上限时，顺时针转动开关“11-12”开循环泵，待热水基本均匀后逆时针转动开关“11-12” 关闭循环泵，再顺时针转动开关“11-13”开启热水泵；7．调节阀门V08，使热流体流量Q2稳定在0.3L/s ；8．待冷流体的进出口温度1t 、2t 及热流体的出口温度2T 稳定后记录数据。

热质交换原理与设备课程教学的新探索

热质交换原理与设备课程教学的新探索【摘要】热质交换原理与设备是建筑环境与能源应用工程专业学生的必修专业基础课。

该课程涉及面广、理论性强，公式较多、符号繁杂，难讲难学。

因此在教学中要用灵活的方式传授知识，并且笔者利用软件技术进行新的教学探索，提高了学生的学习兴趣，取得了较好的教学效果。

【关键词】热质交换原理与设备；教学内容；教学实践前言1998 年教育部把原来的“供热通风与空调工程”专业和“燃气工程”专业合并为“建筑环境与设备工程”专业。

为适应新的专业规划，该专业新增了三门专业基础和专业理论课，“热质交换原理与设备”是其中之一[1]。

教育部关于印发《普通高等学校本科专业目录（2012年）》《普通高等学校本科专业设置管理规定》等文件的通知中，建筑节能技术与工程、建筑设施智能技术（部分）、建筑环境与设备工程合并为建筑环境与能源应用工程。

专业重新调整后，“热质交换原理与设备”仍然是专业必修课程。

该课程是将多门专业基础课和专业课（包括传热学、流体力学、工程热力学、供热工程、工业通风、空气调节、空调用制冷技术、锅炉及锅炉房设备等课程）中涉及到热质交换原理和设备的内容抽出，经综合整理、充实加工形成的一门课程。

它以动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论为基础，重点研究发生在建筑环境与设备中的热质交换原理及相应的设备热工计算方法，为进一步学习建筑室内环境打下基础[2]。

该课程起着联结本专业基础课与技术课的桥梁作用[ 3] 。

由于该课程涉及面广、理论性强，同时公式比较多、符号繁杂，因此学生在学习本课程时，特别是刚开始接触关于传质方面的理论知识时，容易感到内容枯燥乏味，影响对课程的学习。

因此，在授课时教师必须在深入掌握课程内容的基础上，积极研究教学方法，针对不同的教学内容采用相应的教学方法，提高课堂教学效果。

本文结合笔者讲授“热质交换原理与设备”的实践与体会，对该课程的教学方法进行新的尝试并进行总结和探讨，以引导学生更好地学好该课程。

《热质交换原理与设备》课程教学大纲

《热质交换原理与设备》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程目标（一）总体目标：本课程是建筑环境与能源应用工程专业学生的一门专业基础课程，其目的是通过该门课程的学习，增强学生的专业理论水平，为学生的专业学习储备必要的基础知识，同时训练学生在实际工程中理论联系实际的能力。

课程教学中不仅关注学生“当下发展”，更关注学生“未来发展”所需要的正确价值观念、必备品格和关键能力，即把知识、技能和过程、方法提炼为能力，把情感态度、价值观提炼为品格。

（二）课程目标：本课程涉及内容主要是建筑环境与能源应用专业中的热质交换原理及相应设备,它是以动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论为基础,重点研究发生在建筑环境与能源应用中的热质交换原理及相应的设备热工计算方法,为进一步创造良好的建筑内环境打下基础。

也是创造建筑室内环境所用热质交换方法的理论知识与设备知识同时兼顾的一门课程，它是建筑环境与能源应用工程专业的一门主要专业基础课，起着连接本专业理论课与技术课的桥梁作用。

课程目标1：掌握热质交换的原理1．1掌握涉及传质的基本概念、扩散传质、对流传质、热质传递模型及动量、热量和质量的传递类比等知识。

1．2掌握空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的机理与方法。

课程目标2：掌握热质交换的设备结构、热工计算等2．1掌握本专业中常见的热质交换设备的形式与结构，热质交换设备的基本性能参数，间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，同时对热质交换设备的仿真建模方法及其性能评价与优化设计也给予了介绍。

（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表三、教学内容（具体描述各章节教学目标、教学内容等。

实验课程可按实验模块描述）第一章绪论1.教学目标了解：建筑环境与能源应用工程专业涉及的热质交换现象及其设备分类。

热质交换原理与设备教学大纲北工大

热质交换原理与设备教学⼤纲北⼯⼤北京⼯业⼤学“热质交换原理和设备”课程教学⼤纲英⽂名称：Principle and Equipment Heat-Mass Exchanging课程编号：0002075课程类型：学科基础必修课学时：48 学分：3.0适⽤对象：建筑环境与设备⼯程专业本科⽣先修课程：传热学，⼯程热⼒学，流体⼒学使⽤教材及参考书：《热质交换原理与设备》，连之伟编著，中国建筑⼯业出版社，2001年⼀、课程性质、⽬的和任务《热质交换原理和设备》是建筑环境与设备⼯程专业的专业基础必修课之⼀。

它的任务是：a)开阔学⽣的科学视野，从动量、热量和质量传递的统⼀的传递过程理论的⾼度上学习和研究本专业⼯程实践中遇到的诸如：热质交换设备的设计、加⼯、运⾏管理⽅⾯遇到的⼀些问题。

b)起到联系本专业基础课与技术课的桥梁作⽤，培养学⽣理论联系实际的能⼒。

c)掌握传输过程的基本理论及三种传输过程的类⽐；d)掌握空⽓热质交换理论⽅法和常⽤热质交换设备的热⼯计算⽅法，具备初步的优化设计和性能评价能⼒。

⼆、课程教学内容及要求主要内容：●掌握质传递的基本规律和热质传递的类⽐●了解制冷剂为主的沸腾、凝结的基本规律，掌握强迫流的相变传热及固液相变热质交换基本原理。

●熟悉空⽓处理的各种途径，掌握空⽓与⽔/固表⾯之间的热质交换，熟悉⽤吸收剂的吸附材料处理空⽓的机理，熟悉被处理空⽓与室内空⽓发⽣的热质交换。

●了解常⽤热质交换设备的形式与结构、基本性能参数。

掌握间壁式、混合式，有相变热质交换设备的热⼯计算。

●了解热质交换设备的评价的优化设计。

1. 教学内容、基本要求和学时分配：第⼀章绪论（4学时）1.1本门课程在专业中的地位和作⽤1.2本门课程的主要研究内容第⼆章传热传质过程（12学时）2.1 传质的基本概念（浓度，扩散通量等基本概念，传质的两⼤基本⽅式和常见的8种形式）2.2 扩散传质（Fick定律，Stefan定律，扩散系数概念）2.3 对流传质（浓度边界层，对流传质简化模型，对流传质系数及其模型理论，相应的准则数）2.4 热质传递模型（薄膜理论，三传的传递⽅程，传热传质同时传递模型的建⽴）2.5 动量、热量和质量传递类⽐（雷诺类似律，柯尔本类似律，动量交换与热交换的类⽐在质交换中的应⽤及对流传质的准则关联式，刘易斯关系式）第三章相变热质交换（6学时）3.1 液体沸腾（以制冷剂为主，重点讨论沸腾的形式与机理，⼤空间泡态沸腾的换热系数，影响沸腾的因素）3.2 蒸汽凝结（以制冷剂为主，重点讨论凝结的形式及机理，蒸⽓膜状凝结的换热系数，凝结速率，影响膜状凝结的因素）3.3 管内外强迫流动时的相变（以制冷剂为主，重点讨论管内外凝结换热的特征，影响因素及准则关联式，增强凝结换热的途径，管内沸腾的过程及其影响因素）3.4 固液相变热质交换（⼀维固液相变的基本原理）第四章空⽓热质处理⽅法（6学时）4.1 空⽓处理的途径（处理的各种⽅案介绍，包括空⽓的热湿处理及除臭与施⾹等）4.2 空⽓与⽔/固体表⾯之间的热质交换（结合2.4、2.5重点讨论空⽓与⽔表⾯之间热质交换的主要影响因素，热质交换系数的表达式及分析）4.3 ⽤吸收剂处理空⽓的⽅法和机理（吸收剂的类型与性能，处理的原理，影响吸收的主要因素）4.4 ⽤吸附材料处理空⽓的机理和⽅法（吸附材料的类型与性能，处理的原理，影响吸附的主要因素）第五章其它形式的热质交换（4学时）5.1 空⽓射流的热质交换5.1.1 空⽓射流的种类及其热质交换原理（各种射流的形式及与室内空⽓发⽣的三传现象）5.1.2 送风⼝及房间⽓流分布形式（送风⼝形式与特性，空间⽓流组织形式）5.2 燃烧时的热质交换（⼏种典型燃烧⽅式发⽣的热质交换）第六章热质交换设备（14学时）6.1 热质交换设备的形式与结构（专业常见的热质交换设备型式与结构，以间壁式和混合式换热器为主，简述回热式换热器和典型的燃烧器）6.2 热质交换设备的基本性能参数及其强化（⼀般热质交换设备的 K及R的计算与分析，壁⾯加肋及复合换热时的K及R的计算与分析，强化或削弱换热的途径）6.3 间壁式热质交换设备的热⼯计算6.3.1常⽤的计算⽅法（对数平均温差法及ε-NTU法简单回顾）6.3.2间壁式热质交换设备的热⼯计算（结构简介，重点讲解并掌握表冷器处理空⽓时发⽣的热质交换的特点，影响处理效果的主要因素，设计/校核计算的⽅法。

热质交换原理与设备完整版修订版

JH JD
cf 2
2 可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质，只要 St pr 3 Stm Sc 3 ○
2
2
将对流传热计算式中的有关物理参数及准则数用于对流传质中相应的代换即可，如
3 同样可以用类比关系由传热系数 h 计算传质系 t↔c,a↔D, λ ↔D,pr↔Sc,Nu↔Sh,St↔ Stm ○
2 干燥循环的过程： ○ 干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差造成的，当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时达到平衡，即既不吸湿也不放湿；
完整的干燥循环由吸附过程，脱附过程和冷却过程构成 3 影响吸收效果的因素：A 除湿剂的结构 B 除湿剂的选择 ○ 第六章
4. 喷淋室的热交换效率系数： 1 （第一热交换效率或全热交换效率） 1 1
ts 2 tw 2 热湿 ts1 tw1
交换越不完善，1 越小（ t s1 、 t s 2 空气始终态的湿球温度， t w1 、t w 2 水的始终态的湿球温度）喷淋室的接触系数 2 （第二热交换效率或通用热交换效率） 2 1 变化完善程度。 5. 喷淋式计算的主要原则：该喷淋室能达到的1 应等于空气处理过程所需要的1 ，该喷淋室能达到的 2 应等于空气处理过程需要的 2 ，该喷淋室喷出的水能吸收（或放出）的热量应等于空气失去（或得到）的热量。
数 hm 3、对流传质过程的准则数：施密特准则数： Sc
v ，运动黏度与物体扩散系数之比；表 Di
示物性对对流传质的影响，速度与浓度边界层的相对宣乌特数 Sh
hml ；斯坦顿数： Di
St
a hm ；刘伊斯准则： Le , 表示温度分布和浓度分布关系的相互关系，体现传热和传 D u

热质交换原理与设备-连之伟

《热质交换原理与设备》课程

热质交换原理与设备答案(连之伟第二版)

《热质交换原理与设备》课程教学大纲(本科)

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热质交换原理与设备教学探索与思考

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热质交换原理与设备-第一章

热质交换原理与设备-连之伟

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