热质交换原理与设备复习重点

三种传递现象：动量传递τ=﹣μdu／dy，热量传递q=﹣λdt／dy,质量传递m A=﹣D AB dC A／dy。

统一公式：FDφ’=﹣Cdφ／dy。

传质的通量：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，等于传质速度与浓度的乘积。

质量传递的基本方式：分子传质和对流传质。

分子扩散可以因浓度梯度、温度梯度或压力梯度而产生，或者是因对混合物施加一个有向的外加电势或其他电势而产生。

分子扩散有两种形式：双向扩散（反方向扩散）和单向扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）。

等分子反方向扩散：设由AB两种组分组成的二元混合物中，组分AB进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等。

组分A通过停滞组分B进行扩散：设组分AB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（停滞组分）。

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，分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。

液体中的分子扩散速率远低于液体中分子扩散速率原因：由于液体分子之间的距离较近，扩散物质A的分子运动容易与邻近液体B的分子相碰撞，使本身的扩散速率减慢。

固体扩散现象：固体物料的干燥、固体吸附、固体除湿。

固体中的扩散包括气体，液体和固体在在固体内的分子扩散
固体扩散的分类：①与固体内部结构基本无关的扩散②与固体内部结构基本有关的多孔介质中的扩散。

当扩散物质在多孔管道内进行扩散时，其扩散通量与扩散物质本身的性质和孔道尺寸密切相关。

物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，是物质的物理性质之一。

扩散系数的大小主要取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力。

与气体的浓度无关，并随气体温度的升高和总压力的下降而加大，原因：随着气体温度的升高，气体分子的平均运动动能增大故扩散加快，而随着气体压强的升高，分子间的平均自由行程减小，故扩散就减弱。

液相质扩散扩散系数D比气相质扩散的D低一个数量级以上，是由于液体中分子间的作用力强烈地束缚了分子活动的自由程，分子移动的自由度缩小的缘故。

在其他p、T状态下的扩散系数的换算式：D=D0p0／p(T／T0) 3/2。

固体壁面与流体之间的对流传质速率：N A=h m(C As-C A∞), h m与流体的性质、壁面的几何形状和粗糙度、流体速度等因素有关。

速度边界层的范围是δ（x），是以存在速度梯度和较大切应力为特征的；热边界层的范围是δt(x),是以存在温度梯度和传热为特征；浓度边界层的范围是δ
c(x),是以存在浓度梯度和组分传递为特征。

三种边界层的主要表现形式：表面摩擦、对流换热、对流传质。

边界层引入后我们可以将整个求解区域划分为主流区和边界层区。

湍流边界层的组成：靠近壁面处为层流内层，壁面稍远处为缓冲层，最外层为
湍流主体。

边界层分析的主要目的：通过求解守恒方程，来确定速度、温度和浓度分布。

边界层理论引入的重要意义在于把描述主流区和边界区的控制方程简化至较易
求解的形式。

普朗特准则：Pr= ν/a 努谢尔特准则：Nu= hl/λ 斯坦登准则：St=Nu/Re*Pr 斯
密特准则：Sc=ν/D 宣乌特准则：Sh=hm l/D, 斯坦登准则：Stm=Sh/Re*Sc=hm/u
类比原理的基础：ν=a=D。

边界层的因次速度，温度分布，浓度分布曲线完全
重合。

冰蓄冷中的制冰方式主要有两种：静态制冰方式，动态制冰方式。

融冰的方法：制冷机优先供给，蓄冰优先供给和限定需求量。

空调系统采用蓄冰和低温送风后要注意以下三个问题：（1）凝结（2）空气量不足(3空气倒灌。

空调系统中新风主要用途：①满足室内人员的卫生要求②补充室内排风和保持室内正压。

热交换的动力是温差，质交换的动力是含湿量，热质交换的动力是焓差。

影响热质交换系数hml的主要因素：①空气与水的初参数 ②热质交换的结构特性③空气质量流速vρ④水气比u。

常用的固体吸附剂可分为，极性吸附剂，非极性吸附剂
空气除湿一般有两种形式：空气静态吸附处湿——是指吸附剂和密闭空间内的静止空气接触时，吸附空气中水蒸气的方法。

空气动态吸附除湿——是让湿空气流经吸附剂的方法。

一个完整的干燥循环过程构成：吸附过程，脱附过程（再生过程）及冷却过程。

除湿的方式：冷却除湿和绝热除湿
常用的液体除湿剂：溴化锂溶液， 氯化锂溶液，氯化钙溶液，乙二醇，三甘醇 注意：① 60％~70％浓度范围的溴化锂溶液在常温就结晶，因而溴化锂溶液的溶液范围不超过70％②当氯化锂溶液浓度大于40％，氯化锂溶液在常温下即发生结晶现象，因此在除湿应用中，其浓度％应小于40％。

吸附剂再生方式：①加热再生方式②减压再生方式③使用清洗气体的再生过程 ④置换脱附再生过程
热质交换设备按原理分：间壁式 ，直接接触式 ，蓄热式 和热管式。

热质交换
设备按其内热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式，逆流式，叉流式和混合式。

热质交换设备按用途来分：表冷器，预热器，加热器，喷淋室 ，过热器，冷凝器 ，蒸发器，加湿器，暖风机等。

混合式热交换按用途分：冷却塔 ，气体洗涤塔 ，喷射式热交换器、混合式冷凝器
冷却塔的构造：①淋水装置 ② 配水系统 ③ 通风管
影响混合式设备热质交换的主要因素：① 喷淋室的结构特性② 空气质量流速③ 喷水系数 ④空气与水的初参数
空气的加湿处理方法：①等温加湿② 等焓加湿 ③升温加湿 ④冷却加湿 冷却塔的构造：①淋水装置 ② 配水系统 ③ 通风管
喷淋室的结构特性对空气处理的影响： ①喷嘴排数②喷嘴密度③喷水方向④排管间距⑤空气与水的初参数⑥喷嘴孔径
喷淋室的主要阻力由：前后挡水板的阻力，喷嘴排管阻力，水的阻力
质量浓度ρ：单位体积混合物中某组分的质量称为该组分的质量浓度，ρA=M A／V。

物质的量浓度C：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，C A=n A／V。

质量分数：混合物中某组分的质量与混合物总质量之比，a A=M A／M。

摩尔分数：混合物中某组分的物质的量与混合物的总物质的量之比，x A=n A／n。

热扩散（索瑞特效应）：在没有浓度差的二元体系中如果各处存在温度差而产生的扩散。

压力扩散：在没有浓度差的二元体系中如果各处存在总压力差而产生的扩散。

扩散热（杜菲尔效应）：由于传质引起的热传递的现象。

对流质交换：流体做对流运动，当流体中存在浓度差时，对流扩散亦必同时伴随分子扩散，分子扩散与对流扩散的共同作用。

菲克定律：在浓度场不随时间变化的稳态扩散条件下，无整体流动时组成二元混合物中组分A和组分B将发生扩散，其中组分A和组分B的扩散通量与组分A 的浓度梯度成正比，其表达式为：j A=-D AB*dρA/dz
紊流扩散：在湍流流体中，由于存在大大小小的旋窝运动而引起各部位的剧烈混合，在有浓度差存在的条件下，工质便朝着浓度降低的方向进行传递，这种凭着流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象。

扩散系数：沿着扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数。

浓度边界层：当流体流过壁面进行质量传递时，由于溶质组分在流体主体中与壁面的浓度不同，故壁面附近的流体将建立组分A的浓度梯度，离壁面一定距离的流体组分A的浓度是均匀的，故此可以认为质量传递的全部力集中在固体表面上一层具有浓度梯度的流体层中，该流体层称为浓度边界层（扩散边界层或传质边界层）。

浓度边界层厚度：浓度边界层厚度δc，其定义通常为（C A-C AS）/C A∞-C A=0.99
薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假定膜内流体与主流不相混合和扰动。

在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散作用，且在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性的浓度分布。

膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。

渗透理论：当流体流过表面时，有流体质点不断的穿过流体的附壁薄层向表面迁移并与之接触，流体质点在与表面接触之际则进行质量的转移过程，此后流
体质点又回到主流核心中去。

刘伊斯关系式（热质交换类比率）：
由刘伊斯关系式得：在空气—水系统的交换中，当空气温度及含湿量在实用范围内变化很小时，换热系数与传质系数之间要保持一定的量值关系，条件的变化可使这两个系数中的某一个系数增大或减小，从而导致另一系数也相应的发生同样的变化。

刘伊斯关系式成立的条件：①0.6<Pr<60,0.6<Sc<3000;Le=a/Dab≈1。

在湍流时不论a/D AB是否等于1，刘伊斯关系式总是成立的，这说明在湍流传递过程中，流体之间的湍流缓和在传递过程中起主要作用，对于层流或湍流紧靠固体表面的层流底层来说，刘伊斯关系式仅适用于a/D AB=1的情况。

湿空气焓湿图：把描述湿空气状态参数及其变化过程的特性，描述在以焓值为纵坐标，以含湿量为横坐标的图线称为焓湿图。

主要的线条有等焓线，等含湿量线，等温线，等相对湿度线以及水蒸气分压力线等。

麦凯尔方程式h w（t i-tw）=h md（i-i i）表明湿空气在冷却表面进行冷却降温过程中，湿空气主流与紧靠水膜饱和空气的焓差是热，质交换的推动势（符合刘伊斯关系式的条件存在）。

湿球温度：湿球温度计头部被尾端侵入水中的吸液蕊包裹，当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布，湿布表面的水分就会蒸发，并扩散到空气中去，同时空气的热量也传递到湿布表面，达到稳定状态后水银温度计所指示的温度即为湿球温度。

绝热饱和温度是指有限量的空气和水接触，接触面积较大，接触时间足够充分，空气和水总会达到平衡。

在绝热的情况下，水向空气中蒸发，水分蒸发所需的热量全部由湿空气供给，故湿空气的温度将降低。

另一方面，由于水分的蒸发，
湿空气的含湿量将增大。

当湿空气达到饱和状态时，温度不再降低，此时的温度称为绝热饱和温度。

空气调节：就是利用冷却或者加热设备等装置，对空气的温度和湿度进行处理，使之达到人体舒适度的要求。

热舒适性：就是人体对周围空气环境的舒适热感觉，在人的活动量和衣着一定的前提下，这主要取决于室内环境参数，如温度、湿度等。

新风：就是从室外引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中。

回风：就是从室内引出的空气，经过热质交换设备的处理再送回室内的环境中。

回风量应该等于系统总送风量减去系统的新风量。

空调系统需要的新风主要有两个用途：1满足室内人员的卫生要求2补充室内排风和保持室内正压
送风状态点：指的是为了消除室内的余热余湿，以保持室内空气环境要求，送入房间的空气状态点。

夏季室内设计工况：舒适性空调室内计算参数为：温度24~28℃;相对湿度：40%~65%；风速不应大于0.3m/s。

冬季室内设计工况：舒适性空调室内计算参数为：温度18~22℃；相对湿度：40%~60%；风速不应大于0.2m/s。

换热扩大系数ξ（析湿系数）：通常把总热交换量与显热交换量只比称为换热扩大系数ξ=dQz/dQx
稳定工况：指在换热过程中，换热设备内任何一点的热力学状态参数都不随时间变化的工况。

等湿冷却过程或干冷过程（干工况），当冷却器表面的湿度低于被处理空气的干球温度，但尚高于其露点温度时，则空气只被冷却而并不产生
凝结水。

减湿冷却过程或湿冷过程（湿工况）：如果冷却器的表面温度低于空气的露点温度则空气不但被冷却，而且其中所含水蒸气也将部分的凝结出来，并在冷却器的肋片管表面上形成水膜。

水汽比μ：代表水量与气量的比值【kg(水）/kg（气）】，它的大小对热质交换的推动力有重要影响。

对于气水逆向流动，水汽比μ应该较大；对于气水同向流动，μ较小。

气水比：是指冷却每千克水所需的空气千克数，气水比越大，冷却塔能力越大。

吸附现象是相异二相界面上的一种分子聚集现象。

吸附就是把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配列程度较高的固相中。

使气体浓缩的物体叫做吸附剂，被浓缩的物质叫做吸附质。

进行表面式冷却器热工计算的主要目的是要使所选择的表面冷却器能满足下列要求：1该冷却器能达到的ε1应该等于空气处理过程需要的ε1。

2该冷却器能达到的ε2应该等于空气处理过程需要的ε2。

3该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量。

表冷器长时间使用后，因表面积灰，内表面结垢等因素影响，其传热系数会有所降低。

为了保证这种情况下表冷器的使用仍然安全可靠，在计算时应考虑一定的安全系数，具体地说可以加大传热面积。

增大传热面积的做法有两种，一是在保证V y的情况下增加排数，二是减少V y增加A y保持排数。

也可考虑在保持传热面积不变的情况下，用降低水初温t w1的办法来满足安全系数的要求。

简答题
斐克定律：在浓度场不随时间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将发生相互扩散，其中组分A和组分B的扩散通量（质量通量或摩尔通量）与组分A的浓度梯度称正比。

表达式：Ja= -Dab d
ρa/dz Jb= - Dba dρb/dz
Ja, Jb 组分A,B的质量扩散通量，㎏／﹙㎡·S﹚
dρa/dz, dρb/dz 组分A,B在扩散方向的质量浓度梯度（㎏／m3）
Dab 组分A在组分B中的扩散系数。

（㎡／S﹚
上式表示在总质量浓度ρ不变的情况下，由于组分A,B的浓度梯度，所引起的分子传质通量，负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反，即分子扩散朝浓度梯度降低的方向进行。

按扩散物质分子运动的平均自由程λ与孔道直径d的关系，将多孔扩散分为三类。

①斐克型扩散：当固体内部孔道的直径d远大于流体分子运动自由程λ时，一般d≧100λ，则扩散时扩散分子间的碰撞机会大于分子与壁面之间的碰撞，扩散仍遵循斐克定律，故称为多孔固体中的扩散为斐克扩散。

②克努森扩散：当固体内部孔道的直径d小于流体分子运动自由程λ时，一般d＞100λ，.则气体分子与孔壁面之间的碰撞机会将多余将多于分子与分子之间的碰撞，在此情况下，扩散物质A通过孔道的扩散阻力要取决于分子与壁面的碰撞阻力.③过渡区扩散：当固体内部孔道直径d与流体分子流动的平均自由程λ相差不大时，则气体分子间的碰撞和分子与孔道壁面之间的碰撞同时存在，此时即有斐克型扩散，也有克努森扩散，两种扩散影响同等重要。

边界层引入的重要意义：
把描述主流区和边界区的控制方程简化至较易求解的形式。

当流体与它所流过的固体表面之间，因浓度差而发生质量传递时，在固体表面附近形成具有浓度梯度的薄层，这是对流传质过程阻力所在区域传质边界层之外，浓度梯度可以忽视，视为浓度均匀，不存在传质阻力，浓度边界层是流动的，边界层概念在流体组成非均匀情况下的推广，运用边界层的特性，可简化对流扩散方程，确
立浓度分布求的传质系数，以方便对流传质的计算，边界层概念是研究对流传质的理论基础。

确定湍流传递系数μt, λt,Dabt,比起确定分子传递系数μ，λ，Dab困难的原因？
分子传质系数只取决于流体的热力学状态，不受流体宏观运动的影响，因此分子传递系数μ，λ，Dab,均与温度，压力有关的流体固有属性是物性，然而湍流系数主要取决于流体的平均运动，故不是物性；分子传递性质可以由逐点局部平衡的定律来确定，然而对于湍流传递性质来说，应该考虑其松弛效应；分子传递系数μ，λ，Dab,是各向同性的，而大多数湍流传递系数μt, λt,Dabt,是各向异性的。

热湿交换原理：
当空气与敞开水面或飞溅水滴表面接触时，由于水分子的不规则运动，在贴近水表面处存在一个温度等于水表面温度的饱和空气边界层，边界层的水蒸气压力取决于水表面温度如果边界层内空气温度高于主体空气温度，则由边界层向周围空气传热,反之，则由主体空气向边界层传热，如果边界层内水蒸气压力大于主体空气的水蒸气份压力则水蒸气分子将由边界层向主体空气迁移，反之，则水蒸气分子将由主体空气向边界层迁移。

用制冷剂直接蒸发制冰系统原理：如图所示，夜间电力负荷时，开启制冷机，此时利用制冷剂在蓄水池的冰盘管中直接蒸发，管外形成冰层，将冷量储存起来，白天电力负荷高时，先用冰水泵使蓄水池内冰水循环，将冷量通过换热器供给空调系统。

当冷量不足以供给空调系统时，开启制冷机，2下降，1上升，此时制冷剂在并联蒸发器中蒸发制冷，冷却空调系统的水经热交换器再次冷却后共空调系统实用。

间接冷却制冰系统的原理：
如图所示夜间电力负荷低时，开启制冷机，此时调节三通阀，是制冷机从管段流入蒸发器进行蒸发制冷，将冷量储存在蒸发器中，白天电力负荷高时，盐水泵循环系统将储存在蒸发器1中的冷量进行载冷，盐水在通过热交换器将冷量供给空调系统。

当蒸发器制冷量不足以提供空调系统时，开启制冷机，调节三通阀使制冷机进入管2，此时制冷机在管2中蒸发制冷，盐水经蒸发器2制冷，并经过蒸发器1进行再冷，载得冷量后将冷量供给空调系统。

空气与水直接接触时的状态变化过程：
全部空气都能达到具有水温的饱和状态点，与空气接触的水温不同，空气的状态变化过程也不同，以下为7种典型的过程的分析：A-2 过程是空气增湿和减湿的分界线；A―4过程是空气增焓和减焓的分界线；A―6过程是空气升温和降温的分界线；当水温低于空气露点温度时，发生A―1过程，此时空气被冷却干燥。

当水温等于空气露点温度时，发生A―2过程，此时空气被等温冷却；当水温高于空气露点温度时而小于空气湿球温度时，发生A―3过程，空气被冷却加湿；当水温等于空气湿球温度时，发生A―4过程，空气被等焓加湿；当水温大于空气湿球温度时，发生A―5过程，空气被增焓加湿；当水温等于干球温度时，发生A―6过程，空气被等温加湿；当水温大于空气干球温度时，发生A―7过程，空气被增温增湿；
冷却塔热质交换特点：在冷却塔内，可以认为空气的量是很大的，空气温度表面空气温度变化较小，当水温高于空气时，水蒸发向空气散热的同时水温度高于空气，水向空气既有接触传热也有蒸发散热，导致水的温度降低，当水的温度下降到与空气的温度相等时，空气向水传热，同时水蒸发向空气传热，但水蒸发向空气的散热大于空气向水的传热，水的温度继续下降，睡着水蒸发散热
减小，空气向水传热增大，最终水蒸发散热等于空气向水传热量，水温不在下降，此时温度为水的冷却极限温度。