热质交换原理与设备期末复习总结

热质交换原理与设备

1.三种传递现象的联系: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。

牛顿黏性定律dy du -µτ=；热传导方式传递的热量通量密度dy

dt λ-q =；通过分子扩散传递的组分A 的质量通量密度dy

D D A AB A ρ-j =；这些表达式说明动量交换、热量交换、质量交换的规律可以类比。其可以用一个公式表示dy C

FD Φ

−=Φd '详见P7表1-1。

2.传质的理论基础：流体中各组分的浓度不均匀，物系中的某组分存在浓度梯度，将发生该组分由高浓度区向低浓度区的迁移过程，就会有质量传递或质交换发生。传质过程又常和传热过程复合在一起，例如空调工程中的表冷器在冷却去湿工况下和在吸收式制冷装置的吸收器中发生的吸收过程等，均是既有热交换又有质交换的现象。

3.分子传质又称为分子扩散，简称扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。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势而产生。

4.对流传质是具有一定浓度的混合物流体流过不同浓度的壁面时，或两个有限互溶的流体层发生运动时的质量传递。分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。在层流流动中，对流传质主要依靠层与层之间的分子扩散来实现的。在湍流流体中，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。

5.斐克定律表达式)N (N x -N B A ++=A A A dz

dC D 即组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量（气体、固体、液体哪个扩散比较容易？）

判断准则：①斐克型扩散：固体内部孔道的直径d 远大于流体分子运动自由程λ，λ100d ≥。

②克努森扩散：100d >λ。

③过渡区扩散：λ与d 相差不大。

6.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。

7.对流传质：固体壁面与流体之间的对流传质速率可定义为)

C -(C A As ∞=m A h N

8.（必考（必考）

）浓度边界层：质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流体层中，该流体层即称为浓度边界层。当流体流过壁面进行传质时，在无温差情况下，在壁面上会形成两种边界层，即速度边界层与浓度边界层。

边界层的重要意义：对于流过任意表面的流动，总存在速度边界层，因而存在表面摩擦（速度边界层摩擦系数f C ）。但只有当表面与自由流的温度不相同时，才会存在热边界层，从而存在对流换热（热边界层对流换热系数h ）。只有当表面的组分浓度和它的自由流浓度不同时才会存在浓度边界层，从而存在对流传质（浓度边界层对流传质系数m h ）。扩散系数越大边界层厚度δ越大。

9.紊流传质的机理：当流体湍流流过壁面时，速度边界层最终发展成为湍流边界层。湍流边界层由三部分组成：靠近壁面处为层流内层，离壁面稍远处为缓冲层，最外层为湍流主体。在层流内层中，壁面与流体之间的质量传递是通过分子扩散进行的，可以用斐克定律描述；在缓冲层中，在接近层流内层的边缘处主要发生分子扩散，而接近湍流主体的边缘处则主要发生紊流扩散；在湍流主体中，主要发生紊流传质。

10.（必考）对流传质过程的相关准则数：

①施密特准则数Sc 对应普朗特准则数r P a P ν=r i

D Sc ν=②宣乌特准则数h S 对应于怒谢尔特准则数u N λhl Nu =

i m

D l h Sh •=③传质的斯坦登准则数m St 对应于对流传热中的斯坦登准则数St u c h Nu St p ρ=•=Pr Re u

h Sc R Sh St m

m =•=e 11.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，而且认为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。根据

斐克定律可确定稳态传质通量为)C -(C Af Aw m A h m =其中δ

D m =h 。12.根据刘伊斯准则Pr

Sc D a Le ==，当v=D 时，速度分布和浓度分布曲线重合，即速度边界层厚度δ=浓度边界层厚度c δ；当a=D 时，温度分布和浓度分布曲线相重合，即温度边界层厚度t δ=浓度边界层厚度c δ。

13.传质冷却过程在工业上的应用：火箭发动机的尾喷管，受高温气体作用的燃气涡轮叶片。过程：(a)一般普通的对流冷却：热流在壁的一边而冷却剂在壁的另一边；(b)薄膜冷却过程：冷却剂通过一系列与薄面相切的小孔喷入，形成一个把壁面与热流体隔开的冷却层；(c)发汗冷却过程：冷却剂是通过小孔喷入；(d)当热流体是气体，冷却剂为液体时采用蒸发薄膜冷却过程。║烧蚀冷却：在导弹等飞行器进入大气层时，由于表面与大气中的空气高速摩擦，表面产生很高的温度，为了冷却表面，在飞行器上涂一层材料，当温度升高时涂层材料就升华融化或分解，通过这些化学过程吸收热量达到冷却壁面的目的。

14.刘伊斯关系式md

p h h C =成立条件：(1)0.6

15.紧靠近湿布表面的饱和空气的焓就等于远离湿布来流的空气的焓（wb i i =）。即在湿布表面进行热、质交换过程中，焓值不变（凯利亚于1911年提出）。

16.绝热饱和温度和湿球温度区别：绝热饱和温度s t 完全取决于进口湿空气及水的状态与总量，不受其他任何因素影响，所以s t 是湿空气的一个状态参数。而湿球温度受传递过程中各种因素的影响，它不完全取决于湿空气的状态，所以不是湿空气的状态参数。

17.空气的热湿处理包括去湿和加湿、加热和冷却等。按照空气和液体表面之间的接触形式，可以分为直接接触[喷淋室（用水处理空气）、冷却塔（用空气处理水）]和间接接触（表冷器）两种类型，直接接触又分为填料式和无填料式。

18.空气调节：利用冷却、加热或者加湿设备等装置，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：在人的活动量和衣着一定的前提下人体对周围空气环境的舒适热感觉，主要取决于室内环境参数。

新风：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：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。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，绘制以焓值为纵坐标、以含湿量为横坐标的图线。

送风状态点：为了消除室内的余热余湿，以保持室内空气环境要求，送入房间的空气的状态。