《热质交换原理与设备》第三版重点总复习.pdf

一、填空题（共30 分）1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性 _通称为流体的分子传递性质。2、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的_质量扩散 _；描述这三种分子传递性质的定律分别是_牛顿粘性定律 _、傅立叶定律_、_菲克定律 _。3、热质交换设备按照工作原理不同可分为_间壁式、 _混合式 _、_蓄热式 _和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于 _间壁 _式，而喷淋室、冷却塔则属于_混合式。3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为_顺流 _式、 _逆流 _式、 _叉流 _式和 _混合 _式。工程计算中当管束曲折的次数超过_4_次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。5、_温度差 _是热量传递的推动力，而_浓度差 _则是产生质交换的推动力。6、质量传递有两种基本方式：分子扩散和对流扩散，两者的共同作用称为_对流质交换 _。7、相对静坐标的扩散通量称为绝对扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。8、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，组成二元混合物中的组分A和组分 B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量mA与组分 A的_浓度梯度成正比，其表达式为smkgdydCDmAABA2；当混合物以某一质平均速度V移动时，该表达式的坐标应取_随整体移动的动坐标_。9、麦凯尔方程的表达式为：dAiihdQdmdz，它表明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的焓差。1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2 个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1.40510-5 m2/s。3、喷雾室是以实现雾和 空气在直接接触条件下的热湿交换。4、当表冷器的表面温度低于空气的露点湿度时，就会产生减湿冷却过程。5、某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的扩散速度。6 刘伊斯关系式是h/hmad=Cp。2、冷凝器的类型可以分为水冷式,空气冷却式( 或称风冷式) 和蒸发式三种类型. 3、冷却塔填料的作用是延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量.。均匀布水。将进塔的热水尽量细化，增加水和空气的接触面，延长接触时间，增进水汽之间的热值交换4、冰蓄冷空调可以实现电力负荷的调峰填谷(均衡 ) 。6、刘伊斯关系式文中叙述为h/hmad=Cp 刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一水系统的热质交换过程中，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需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地发生同样的变化。7、一套管换热器、谁有200被冷却到120，油从100都被加热到120，则换热器效能是25% 。8、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。9、吸收式制冷机可以“以热制冷”，其向热源放热Q1，从冷热吸热Q2，消耗热能Q0，则其性能系数COP= Q1-Q2/Qo 。10、冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有电除霜、四通阀换相除霜、排气温度除霜1、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生动量、热量和 质量的传递现象。2、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。3、大空间沸腾可以分为自然对流沸腾区、核态沸腾区、过度沸腾区和膜态沸腾区四个区域。8、潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）空气中的水蒸气凝结（或蒸发）而放出（或吸收）汽化潜热的结果。10、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3 个标准大气压，温度为0，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。12、 一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40，总换热量位40kW， 传热系数为40W/(m2. )则换热器面积为25 m2。1、流体的粘性、热传导性和质量扩散通称为流体的分子传递性质。2、 当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力； 温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的质量扩散；描述这三种分子传递性质的定律分别是牛顿粘性定律、 傅里叶定律、 菲克定律。3、热质交换设备按照工作原理不同可分为间壁式、 直接接触式、 蓄热式、 热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式，而喷淋室、冷却塔则属于直接接触式。3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为_顺流 _式、逆流 _式、 _混合流 _式和 _叉流 _式。工程计算中当管束曲折的次数超过_4_次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。5、_温差_是热量传递的推动力，而_焓差_则是产生质交换的推动力。6、质量传递有两种基本方式：分子传质和对流传质，两者的共同作用称为_ _。7、 相对静坐标的扩散通量称为以绝对速度表示的质量通量， 而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为以扩散速度表示的质量通量。8、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，组成二元混合物中的组分A 和组分 B 发生互扩散，其中组分 A 向组分 B 的质扩散通量mA与组分 A 的 浓度梯度成正比。9、麦凯尔方程的表达式为：hw （ti tw）=hmd(i-ii) ，它表明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的传热系数与焓差驱动力的乘积10、相际间对流传质模型主要有薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。1.当流体中存在着速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生 _动量 _传递、_热量 _传递和 _质量 _传递现象。2.质量传递的基本方式可分为_分子传质 _与_对流传质 _。3.冰蓄冷系统中的制冰方式主要有两种：_动态 _制冰方式和 _静态 _制冰方式。4. 一个完整的干燥循环由_吸湿 _过程、 _再生 _过程和冷却过程构成。5. 用吸收、吸附法处理空气的优点是_独立除湿 _ 。6. 热质交换设备按不同的工作原理分类，可分为_间壁式 _、_直接接触式 _、_蓄热式 _、_热管式 _。7. 蒸发冷却所特有的性质是_蒸发冷却过程中伴随着物质交换，水可以被冷却到比用以冷却它的空气的最初温度还要低的程度_。8. 冷却塔的热工计算原则是_冷却数N = 特性数N _当流体流过一物体表面，并与表面之间又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h 计算传质系数hm。由式（ 13）联系式（ 9）和（ 10）可以得到：即得到（上述方框表示乘号点）对于气体或液体，上式成立的条件是0.6Sc2500,0.6Pr100 2 溴化锂水溶液的表面蒸气压1 不同浓度下压力和饱和温度的关系。由于溶液沸腾时只有水蒸气气化，所以图中纵坐标所示的压力即是溶液表面上水蒸气的饱和分压力。2 在一定的温度下，溶液表面上的水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和压力。溶液的浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越低。(浓溶液吸收水蒸气的能力强）3.在一定浓度下，溶液温度越低，液面上的水蒸气分压力越低。（低温溶液吸收水蒸气的能力强）4 结晶线表明了不同温度下溶液的饱和浓度。温度越低则饱和浓度越小。这又说明了溶液的温度过低或浓度过高时都容易产生结晶，这是溴化锂制冷机应该避免的现象。(同热质交换）3 湿空气在冷表面上的冷却降湿空调工程中，常用表面式空气冷却器来冷却、干燥空气。湿空气进入冷却器内，当冷却器表面温度低于湿空气的露点温度，水蒸气就要凝结，从而在冷却器表面形成一层流动的水膜。紧靠水膜处为湿空气的边界层，这是可认为与水膜相邻的饱和空气层的温度与冷凝器表面上的水膜温度近似相等。因此，空气的主体部分与冷凝器表面的热交换是由空气的主流与凝结水膜之间的温差（t-ti）而产生的，质交换则是由于空气主流与凝结水膜相邻的饱和空气层中的水蒸气的分压力差，即含湿量差（d-di）而引起的。在冷却表面的两侧，分别存在湿空气的水膜和边界层以及冷却剂侧的边界层，所有的热质交换都需要克服冷却表面两侧的两层膜所带来的阻力。4 干燥循环 （简答或判断对错） （干燥剂表面的水蒸气分压与其吸湿量的关系、干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系）吸附空气中水蒸气的吸附剂被称为干燥剂。干燥剂的吸湿和放湿是由于干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压造成的：当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时，达到平衡，既不吸湿，也不放湿。吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加。当表面蒸汽压超过周围空气的蒸汽压时，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差。冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之课重新吸湿。5 表面器热工计算的主要原则1) 该冷却器能达到的1应该等于空气处理过程需要的12/ 3mphhLec uu2/3mphhLec2) 该冷却器能达到的2应该等于空气处理过程需要的2 3) 该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量6 空气与水直接接触的状态变化过程A-1：tw露点温度， tw t1 tA，Pq1露点温度，但PqA, 冷却和加湿。A-4： tw=湿球温度， 等湿球温度线与等焓线相近，空气状态沿等焓线变化而被加湿。总热交换量近似为零，而且tw tA 和 Pq4PqA, 空气的显热量减少、潜热量增加，二者近似相等。水蒸发所需热量取自空气本身。A-5：tw 湿球温度而 PqA, 冷却和加湿。水蒸发所需热量部分来自空气，部分来自水。A-6: tw= 干球温度 , twtA 和 Pq6PqA,不发生显热交换，等温加湿。水蒸发所需热量来自水本身。A-7: tw 干球温度， twtA 和 Pq7PqA, 加热和加湿。蒸发所需热量及加热空气的热量均来自水本身。以冷却水为目的的湿空气冷却塔内发生的便是这种过程。过程线水温特点t 或 Qx D 或 Qx I 或 Qx 过程名称A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 twt1 tw=t1 t1twts tw=ts tstwtA 减减减减减不变减减不变增增增增增减减减不变增增增减湿冷却等湿冷却减焓加湿等焓加湿增焓加湿等温加湿增温加湿7 菲克定律 在浓度场不随时间而变化的稳态扩散的条件下，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。8 传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在C。大于 0 时，随着 C。的增大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热量是逐渐增大的；在C。小于0 时，随着C。的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小的。由图可知，当C。为正值时，壁面上的导热量明显减少，当C。值接近4 时，壁面上的导热量几乎等于零。9 干燥剂表面水蒸气分压与其吸湿量的关系：吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加；干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系：当表面蒸汽压超过了周围空气的蒸汽压事，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差，冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之可重新吸湿。10 溴化锂水溶液的表面蒸汽压：表面分析：溴化锂溶液的蒸汽压，远低于同温下水的饱和蒸汽压，这表明溴化锂溶液有较强的吸收水的能力。在一定温度下溶液面上水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和分压力；溶液的温度越低，液面上的水蒸气饱和分压力越低；溶液质量分数越高，液面上水蒸气饱和分压力越低；溴化锂水溶液的质量分数过高或过低均形成结晶。11 箭头向右等温加湿，喷水蒸气；箭头向下等湿冷却，表冷器；箭头向上等湿加热，表面式空气加热；箭头斜向下等焓加湿，固体吸附12 影响混合式热质交换的主要因素：空气的质量流量：Vp=G/Ac 喷嘴系数： u=W/G 。空气与水之间的焓差；空气的流动状况；水滴大小；水气比；设备的结构特性喷嘴排数、喷嘴密度13 喷淋室计算的主要原则：该喷淋室能达到的应该等于空气处理过程需要的;该喷淋室能达到的应该等于空气处理过程需要的；高喷淋塔喷出的水能吸收（或放出）的热量应该等于空气失去（获得到）的热量14 喷淋式的结构特性对空气处理的影响1) 空气质量流速2) 喷水系数3) 喷嘴排数4)喷嘴密度5) 喷水方向6) 排管间距7) 喷嘴孔径8)空气与水的初参数15. 三传方程：当 v=D或者 v/D=1 时，速度分布和浓度分布曲线相重合，或速度边界层和浓度边界层厚度相等。当 a=D或 a/D=1 时，温度分布和浓度分布曲线形重合，或温度边界层和浓度浓度边界层厚度相等。16.qt(-C0)=qc(C0) 公式可得：上式表明，传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在C00,时随着 C0的增大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热是逐渐增大的，在C00 时，随着C0 的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小的。17 表冷器处理空气时发生热质交换的特点：当冷凝器表面温度低于被处理空气的干球温度，但高于其露点温度时，则空气只被冷却而并不产生凝结水。这种过程称为等湿冷却过程或干冷过程( 干工况 ) 。如果冷凝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被部分地凝结出来，并在冷却器的肋片管表面上形成水膜。这种过程称为减湿冷却过程或湿冷过程(湿工况 )。在这个过程中，在水膜周围将形成一个饱和空气边界层，被处理空气与表冷器之间不但发生显热交换，而且也发生质交换和由此引起的潜热交换。18 影响混合式设备热质交换的主要因素1) 空气质量流速2) 喷水系数3) 喷嘴排数4)喷嘴密度5) 喷水方向6) 排管间距7) 喷嘴孔径8)空气与水的初参数19 常见的固体制冷剂：硅胶、沸石、氧化铝、氯化钙常见的液体吸湿剂：溴化锂、氯化锂、乙二醇、三甘醇20 影响混合式设备热质交换的主要因素主要包括五个方面1) 空气与水之间的焓差2) 空气的流动状况3) 水滴大小4) 水气比 5) 设备的结构特性。21. 传质阿克曼修正系数C0值有正有负。当传质方向是从壁面到流体主流方向时，C0为正传，反之为负值。二、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时，对流换热系数h 和对流传质系数hm之间存在什么样的关系？（10 分）答： （1）对流换热的基本计算式：2mWtthqwq流体与壁面之间的对流换热热流通量，2mW；h对流换热系数，KmW2；ttw,壁面温度，K。对流传质的基本计算式：,ASAmAhmAm组分A 的质扩散通量，smkg2；mh对流传质系数，sm；,ASA组分在壁面处和在主流中的质量浓度，3mkg；（2）当热质传递同时存在时，对流换热系数h 和对流传质系数hm之间满足下列关系式：32Lechhpm或32Lechhpm三、下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了类比，请将其补充完整。（20 分）对流换热对流传质控制方程0yvxu22yuyuvxuu22ytaytvxtu0yvxu22yuyuvxuu22yCDyCvxCuAAA微分方程tthytw,AwAmACChyCD边界条件ttuuyttvuyw, 0, 0,0,0,0AAwAAwCCuuyCCvvuy假设条件常物性流体（1）组分 A在空气中浓度很低（2）界面法线方向速度可忽略不计四、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。（10 分）答：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点温度时，空气只被冷却并不产生凝结水，此为等湿冷却过程（干冷） ；当冷却器表面温度低于空气的露点温度时，空气不但被冷却且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焓差，而不是温差。五、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到如图所示的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种过程的特点，然后将给出的表格填写完整。（15 分）过程线水温特点tdi过程名称A-1 lwtt减减减减湿冷却A-2 lwtt减不变减等湿冷却A-3 swlttt减增减减焓加湿A-4 swtt减增不变等焓加湿A-5 Awsttt减增增增焓加湿A-6 Awtt不变增增等温加湿A-7 Awtt增增增增温加湿一、质量传递的推动力是什么？传质有几种基本方式？其机理有什么不同？（10 分）答：质量传递的推动力是浓度梯度。传质有两种基本方式：分子扩散与对流扩散。在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体及固体中的扩散，本质上由微观分子的不规则运动引起，称为分子扩散，机理类似于热传导；流体作宏观对流运动时由于存在浓度差引起的质量传递称为对流扩散，机理类似于热对流。二、简述斐克定律，并写出其数学表达式以及各项的意义；当混合物以整体平均速度v运动时，斐克定律又该如何表示？（ 20 分）答：斐克定律克：在浓度场不随时间而变的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A 和 B 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，其表达式为：smkgdydCDmAABA2或smkmoldydnDNAABA2Am，AN分别为组分A 的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；dydndydCAA,分别为组分A 的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；ABD组分A 向组分 B 中的质扩散系数，单位sm /2；当混合物以整体平均速度v运动时AcAABAVsmkgdydCDm,2四、在什么条件下， 描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由。（10分）答：如果组分浓度比较低，界面上的质扩散通量比较小，则界面法向速度与主流速度相比很小可以忽略不计时，描述对流换热系数和对流传质的准则关联式具有完全类似的形式。此时，对流换热与对流传质的边界层微分方程不仅控制方程的形式类似，而且具有完全相同的边界条件，此时对流换热和对流传质问题的解具有完全类似的形式。五、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5 分）答：dAiihdQdmdz麦凯尔方程表明， 当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的焓差。上式中，zdQ为潜热和显热的代数和；i为主流空气的焓，bi为边界层中饱和湿空气的焓，mdh为湿交换系数或空气与水表面之间按含湿量之差计算的传质系数。_。名词解释热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉）、绝热饱和温度(绝热增湿过程中空气降温的极限)、传质通量（单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量）、扩散系数 (沿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、)空气调节（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）、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）、露点温度 (指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和时的温度) 、机器露点 (空气在机器上结露产生凝结水的温度值) 、分子传质 (由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象)（扩散传质）、对流传质 (：是流体流动条件下的质量传输过程 )、质量浓度 (单位体积混合物中某组分的质量)、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层中，该流层即为浓度边界层）、速度边界层 (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层中，该流层即为浓度边界层)、热边界层流体流动过程中.在固体壁面附近流体温度发生剧烈变化的薄层、雷诺类比（对流传热和摩擦阻力间的联系）、宣乌特准则数(流体传质系数hm 和定型尺寸的乘积与物体的互扩散系数（Di）的比值 )、施密特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）的比值)、普朗特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的导温系数a的比值 ) 热质交换原理与设备试卷一、简答（ 45=20 分）二、试写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用（20 分）二、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系（20 分）三、试讨论空气与水直接时的状态变化过程（20 分）三、试推导空调计算中常用的刘伊斯关系式pmdchh（20 分）四、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系（20 分）四、简述换热器热工计算常用的计算方法（20 分）五、分别讨论空气在夏季、冬季热质处理的方案，并加以说明（20 分）一、 简答题，简要说明理由（每题5 分，共 30 分）1.对流传质系数的数学定义与物理意义是什么？2.施密特数的定义与物理意义是什么？3.为什么动量、热量和质量的传递公式可以统一用dydCFD表示？4. 引 入 浓 度 概 念 ， 将 三 传 的 本构 方 程 改 写 成 浓 度的 表 达 式 。 已 知 三传 本 构 方 程dydCDmdydtqdyduAABA*,5.将纸张通过加热蒸汽加热的筒使之干燥，指出纸张的传热传质过程。6.你可能听说过，放到冰箱中的温水要比冷水结冰快，试基于传热和传质角度考虑此事是否有可能？二、填空题（共20 分）1. (2 分 )已经各组份的摩尔质量i和摩尔数ni，则组份i 的质量分数ai表达式为 ( )。2. (2 分 )已知传热因子JH，传质因子JD和摩阻系数Cf,按照柯尔本类比它们满足( )的关系式。3. (4 分 )空气与水直接接触时， ，水温 tw，空气湿球和露点温度ts、tL，当 ( )时，显热和潜热都是由水流向空气。当( )时，显热和潜热都是热流相反，总交换热是方向是( )，当 ( )时，总交换热量为 0，水温不变，4. (2 分)对于管内的层流传质，假设从进口就是充分发展流动，在管内壁面处的传质通量是恒定时，则对流传质的Sh=( ). 5. (2 分 ) 刘易斯准则表示温度分布和( )的相互关系， 施密特准则表示速度分布和( )的相互关系6. (2 分)对流传热规律可用PrRe,fNu表示，按照相似理论，在传质与其相似时，对流传质规律可用( ).表达式表示。7. (2 分 )初温为的t0水放在干、湿球温度分别为ta,ts的环境中，则其稳定温度为( ). 8. (4 分 )组分 A 从平表面蒸发到组分B 中。假定浓度边界层中组分A 的浓度分布为FyEyDyCA2)(，其中 D、E 和 F 是常数，为方向和壁面垂直。用上述常数、自由流中A 的浓度 CA以及质量扩散系数DAB表示的对流传质系数为hm（）. 三、作图题（每题10 分，共 20 分）1 空气与水直接接触时（空气是欠饱和状态），假定与空气接触的水量无限大，接触时间无限长，全部空气都能达到具有水温的饱和状态点，在以下条件下，在i-d 图上划出相应的过程线，分析热质交换过程中空气显热、潜热和总热是增还是减少，将结果填在下表中。1） 水温 tw等于空气露点温度tL2） 水温 tw等于空气湿球温度ts3） 水温 tw等于空气干球温度tA过程线水温特点Qx Qq Qz 过程名称2 下图是除湿型新风空调系统工作原理图，图中1 是蒸发冷却器，2 是热交换器， 3 是家热器， 4 是除湿器，试在空气温度和湿度坐标图上画出响应的空气处理过程，并简单扼要介绍这种系统的优点。四、计算题（每题15 分，共 30 分）1 大家知道，在晴朗的夜晚，空气温度不需要降到0 度以下地上的一层水就会结冰，对于有效天空温度为-30，以及由于风引起的对流传热系数h=25W/(m2.K)的晴朗的夜晚，讨论这样的水层，可假定水的发射率为1，并就热传导而言认为它和大地绝热。 黑体的辐射常数428/1067.5KmW。 空气的密度为1.295kg/m3， 定压比热1.005Kj(/kg ，汽化潜热 hfg=2501kJ/kg).1） 忽略蒸发，确定不发生结冰的空气最低温度。2） 对于给定条件，计算水蒸发的传质系数hm。3） 现在考虑蒸发的影响，不发生水结冰的空气最低温度是多少？空气假定是干空气。3.10bar 和 27 度的气态氢放在直径为100mm 的钢制容器中。钢壁内表面的氢的浓度为1.5kmol/m3，外表面氢的浓度可忽略。氢在钢材中的质量扩散系数为sm /103 .0212，求开始时通过钢壁的氢的质量损失速度和压力下降速度。20092010 学年第二学期期末考试热质交换原理与设备试卷（A）一、简答题、推导题1、写出动量、热量和质量的分子扩散的定律及通用表达式10 分发生动量传递。)()(dyuddydudyud)(动量浓度的变化率u动量浓度，单位体积内流动的动量在y 方向上的变化率。传热、傅立叶定律dytCdadytCdCdydtqppp)()(dytCdp)(焓浓度的变化率tCp焓浓度，单位体积内流体的焓在y 方向上的变化率。导热系数a 热扩散系数q 热流通量传质、斐克定律dydCDmAABA*AC质量百分数混合物密度组分密度AAdydDmAABA为常数时dydpA质量浓度的变化率，密度的变化率ABD A 在 B 中的扩散系数Am质流通量这三个表达式从“分子扩散”机理的角度说明了三传的类比性。比例常数传递的量的速率质量焓单位体积流体的动量传递的量,u传递的量的传递速率正比于传递的量的变化率，从而为通过传热来研究物质提供了可能性。2、混合物的质量分数与摩尔分数表示方法及互换关系5 分质量分数：摩尔分数：*BBAAAAAMaMaMax3、推出气体中稳态扩散过程的等分子反向扩散通量方程10 分BAAAANNCCdzdCDN等分子反向扩散BANN得出：dzdCDNAA21AAAppzRTDN4、推导传质微分方程15 分输入流体微元的质量速率+反应生成的质量速率=输出流体微元的质量速率+流体微元内积累的质量速率stAgAdifAconvAmmmm,dVtdVnDnVAAAABVA)()(AAABAAnDt)()(5、写出施密特准则数和宣乌特准则数及他们的物理含义施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr) iDSc: 流体的运动粘度（即动量传输系数）：物体的导温系数（即热量传输系数）Di：物体的扩散系数联系动量和质量传递的相似准则表示速度分布和浓度分布的相互关系。体现了流体的传质物性。舍伍德准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢尔特准则数(Nu) imDlhShdFDCdyAAnxn: 对流传热系数：物体的导热系数l : 定型尺寸系数hm: 对流传质系数Di：物体的扩散系数6、解释析湿系数10 分换热扩大系数xzdQdQqxzdQdQdQdAddrhtthdQbmdbz)(7、冷却塔热质交换的特点10 分?冷却塔内水的降温主要是由于水的蒸发换热和气水之间的接触传热。因为冷却塔多为封闭形式，且水温与周围构件的温度都不很高，故辐射传热量可不予考虑?在冷却塔内，不论水温高于还是低于周围空气温度，总能进行水的蒸发随着水温的降低Q= Q+ QQQQ= Q- QQ= Q- Q=0 5、写出施密特准则数和宣乌特准则数及他们的物理含义施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr) iDSc: 流体的运动粘度（即动量传输系数）：物体的导温系数（即热量传输系数）Di：物体的扩散系数联系动量和质量传递的相似准则表示速度分布和浓度分布的相互关系。体现了流体的传质物性。7、说明喷淋室的热交换效率系数及含义喷淋室的热交换效率系数1 1 的值越小，说明热湿交换不完善。二、计算题1、空气处理各种途径的方案说明3、直径为10mm的萘球在空气中进行稳态扩散。空气的压力101.3kPa, 温度 318k，萘球表面温度318k。在此条件下，萘在空气中的扩散系数为6.92 10-6m2/s ，萘的饱和蒸汽压为0.074kPa. 。试计算萘球表面的扩散通量NA.10 分解：该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程BAAAANNydzdCDNNB=0 得出：AAAANydzdCDNdrdPPPRTDPrGAAA24由RTPCAAPPyAA分离变量并积分pppRTDGasAlnPr40得出：drdPPPRTDPNAAA81088. 3ANkmol/(m2.s) 季节空 气 处 理 途 径处 理 方 案 说 明夏季(1)W L O (2)W 1 O (3)W O （1）喷淋室喷冷水(或用表面冷却器) 冷却减湿加热器再热（2）固体吸湿剂减湿 表面冷却器等湿冷却（3）液体吸湿剂减湿冷却冬季(1)W2 L O (2)W 3 L O (3)W 4 O (4)W L O (5)W 5L O （1）加热器预热喷蒸汽加湿加热器再热（2）加热器预热喷淋室绝热加湿加热器再热（3）加热器预热喷蒸汽加湿（4）喷淋室喷热水加热加湿加热器再热（5）加热器预热一部分喷淋室绝热加湿与另一部分未加湿的空气混合过程线水温特点t或Qxd或Qsi或Qx过程名称A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7tw tltw= tltltw tstw= tststwtA减减减减减不变增减不变增增增增增减减减不变增增增减湿冷却等湿冷却减焓加湿等焓加湿增焓加湿等温加湿增温加湿