热质交换原理与设备复习题答案(第3版)

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。
3
3
D
D0
P0 P
T
T0
2
0.22 104
1.01310 5 1.013210 5
293 2 273
0.24 104 m2
/s
Re
uod v
0.05 31.205 1.8110 5
9990
Sc
D
1.8110 5 1.205 0.24 104
0.626
（1）用式 shm 0.023Re0.83Sc0.44 计算 hm
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
（2）氨气和空气：
P 1.0132105 Pa T 25 273 298K
P0 1.0132105 Pa T0 273K
D
0.2
1.013
(
298
)
3 2
0.228cm2
/s
1.0132 273
2-4、解：气体等摩尔互扩散问题
NA
D RT z
( PA1
PA2
)
0.6104 (16000 5300) 8.314 29810103
0.0259kmol
/(m2
s)
m2s
R0 通用气体常数单位：J/kmol﹒K
5、解：25 0 C 时空气的物性： 1.185kg / m,3 1.835105 Pa s,
15.53106 m2 / s, D0 0.22 104 m2 / s
3
D
D0
P0 P
T
T0
2
0.25104 m2
/
s
Re
uod v
4 0.08 15.53106
20605
Sc
v D
15.53106 0.25 104
0.62
用式子（2-153）进行计算
shm
0.023Re0.83
S 0.44 c
0.023 206050.83
0.620.44
70.95
hm
shm D d
70.95 0.25104 0.08
0.0222m / s
3
3、从分子运动论的观点可知：D∽ p1T 2
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
D
435.7T 2
1
1
p(VA3 VB3 )
1 1 104 A B
若在压强 P0 1.013105 Pa,T0 273K 时各种气体在空气中的扩散系数 D0 ，在其他 P、T
设传质速率为 GA ，则
dGA
d (dx)hm (As
A)
4
d 2u0 (d A )
l dx du0 A2 d A
0
4hm A1 As A
l du0 ln As A1 4hm As A2
2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D 需修正）
1.205kg / m,3 1.81105 Pa s,
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 AuA, mB BuB , m eAuA eBuB
以扩散速度表示的质量通量： jA A (uA u), jB B (uB u)uB , j jA jB
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
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：
hm
shm D d
0.023 99900.83 0.6260.44 0.24 104 0.05
0.01875
3
1
（2）用式 sh 0.0395Re 4 Sc 3 计算 hm
hm
sh D d
3
1
0.0395(9990) 4 (0.626)3
0.05
0.24 104
wk.baidu.com
0.01621m / s
2-7、错解：氨在水中的扩散系数 D 1.24109 m2 / s ，空气在标准状态下的物性为；
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、 解：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
以主流速度表示的质量通量：
eAu
eA
1 e
(eAuA
eBuB
)
aA (mA
mB
)
eBu aB (mA mB ) 2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为 C O2 CO2 ，即为 1 摩尔的 C 与 1 摩尔的 O2 反
应，生成 1 摩尔的 CO2 ，所以 O2 与 CO2 通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。
3
状态下的扩散系数可用该式计算
D
D0
P0 P
T
T0
2
（1）氧气和氮气：
V02 25.6103m3 /(kg kmol)o2 32
VN2 31.1103m3 /(kg kmol)N2 28
3
435.7 2982
1 1 104
D
32 28
1
1
1.54 105 m2 / s
1.0132 105 (25.63 31.13 )2