发布时间 : 星期六 文章热质交换原理与设备重点 - 图文更新完毕开始阅读
因为：当温度为 t 时，湿空气焓为：当温度为 tb 时，湿空气焓为：：
如果忽略水蒸汽从0℃加热到t℃时的焓，即 变化不大，即有：所以从（3）式可以得到： （4）
—— 麦凯尔方程
项，并考虑到 t 和tb 差别不大，所以空气的比热和水的汽化潜热
麦凯尔方程表明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，则总热交换的推动力为空气——主流湿空气与紧靠水面的饱和边界层空气的焓差。（2分）
由于是空气与水之间发生的热质交换，所以不仅空气的状态会发生变化，水的状态也会发生变化。如果在热质交换中，水的温度变化为 dtw ，则根据热平衡： （5）
——水的质量流量，kg/s
——水的定压比热，kJ/(kg.℃)
（2分）
（1）（2）（3）（4）（5）称为空气与水直接接触时的热湿交换基本方程式。 5、简述换热器热工计算常用的计算方法。
6、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系。 7、分别讨论空气在夏季、冬季热质处理的方案，并加以说明。
8、质量传递的推动力是什么？浓度差。传质有几种基本方式？分子传质和对流传质。其机理有什么不同？ 9、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？ NA=-DdCA/dz +xA ( NA+NB)
10、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。
11、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。 12、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点？ 1 优点
1) 平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。
2) 制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。 3) 利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。
4) 电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。
5) 冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。 6) 相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。 7) 具有应急冷〔热〕源，空调可靠性提高。 8) 冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。 2 缺点
1) 通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大 2) 蓄能装置要占用一定的建筑空间。
3) 制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。
9
4) 设计与调试相对复杂。
1.热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么？
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内穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。 2、简述顺流、逆流、汊流、和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析
解：顺流式又称并流式，其内冷 、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷 、热两种流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：
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、间壁式换热器可分为哪几种类型？如何提高其换热系数？
解:间壁式 换热器从构造上可分为：管壳式、胶片管式、板式、板翘式、螺旋板式等。
提高其换热系数措施：⑴在空气侧加装各种形式的肋片，即增加空气与换热面的接触面积。⑵增加气流的扰动性。⑶采用小管径。
4、混合式换热器分为哪几种类型 ？ 各种类型的特点是什么 ？ 解：混合式换热器按用途分为以下几种类型：
⑴冷却塔⑵洗涤塔⑶喷射式热交换器⑷混合式冷凝器
a、冷却塔是用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。
b、洗涤塔是以液体与气体的直接接触来洗涤气体以达到所需要的目的，例液体吸收气体混合物中的某些组分除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。
c、喷射式热交换器是使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
d、混合式冷凝器一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝，最后得到的是水与冷凝液的混合物，或循环使用，或就地排放。
5、湿式冷却塔可分为哪几类？各类型的特点是什么？ 解：湿式冷却塔可分为：（1）开放式冷却塔（2）风筒式自然冷却塔（3）鼓风逆流冷却塔（4）抽风逆流冷却塔、抽风横流冷却塔
a、开放式冷却塔是利用风力和空气的自然对流作用使空气进入冷却塔，其冷却效果要受到风力及风向的影响，水的散失比其它形式的冷却塔大。
b、风筒式自然冷却塔中利用较大高度的风筒，形成空气的自然对流作用，使空气流过塔内与水接触进行传热，冷却效果较稳定。
c、鼓风逆流冷却塔中空气是以鼓风机送入的形式， 而抽风冷却塔中空气是以抽风机吸入的形式，鼓风冷却塔和抽风冷却塔冷却效果好，稳定可靠。
10
6、简述冷却塔的各主要部件及其作用 。 解：冷却塔的主要部件及作用：
（1）淋水装置，又称填料，作用在于将进塔的热水尽可能的形成细小的水滴或水膜，增加水和空气的接触面积，延长接触时间，从而增进水气之间的热质交换。
（2）配水系统，作用在于将热水均匀分配到整个淋水面积上，从而使淋水装置发挥最大的冷却能力。 （3）通风筒：冷却塔的外壳气流的通道。
7、在湿工况下，为什么一台表冷器，在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度越高则换热能力越大 ？
解：空气的湿球温度越高所具有的焓值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交换的动力是焓差，焓差越大，则换热能力就愈大。
8、说明水冷式表面冷却器在以下几种情况其传热系数是否发生变化？如何变化？a , b, c, b , 表冷器的传热系数定义为
Ks随迎风面积Vy的增加而增加：随水流速w的增加而增加。
析水系数ξ与被处理的空气的初状态和 管内水温有关，所以二者改变也会引起传热系数Ks的变化。 9、什么叫析湿系数 ?它的物理意义是什么 ？
解：总热交换量与由温差引起的热交换量的比值为析湿系数，用 表示，定义 为
表示由于存在湿交换而增大了换热量，其值大小直接反映了表冷器上凝结水析出的多少。
52
六、氢气和空气在总压强为1.013×10Pa，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为0.6㎝/s，在垂直于扩散方向距离为10㎜的两个平面上氢气的分压强分别为16000Pa和5300Pa。试求这两种气体的摩尔扩散通量。(10分)
解：用A和B分别代表氢气和空气 由于等摩尔互扩散，根据菲克定律
负号表示两种气体组分扩散方向相反。
七、含少量碘的压力为1.013×105Pa、温度为25℃的空气，以5.18m/s的速度流过直径为3.05×10-2m的圆管。设在空气中碘蒸汽的平均摩尔浓度为nm，管壁表面碘蒸汽的浓度可视为0，空气－碘的质扩散系数D=0.826×10-5㎡/s，
?62??15.15?10ms）试求从气流到管壁的对流传质系数以及碘蒸汽在管子表面上的沉积率。（空气的动量扩散系数
DpA1?pA20.6?10?416000?5300NA??NB?????2.59?10?2mol/m2?sRmT?y8314?2980.01
??（15分）
管内受迫层流：Sh?1.86Re0.333Sc0.333 Sc0.44
管内受迫紊流：Sh?0.023Re
0.83v15.53?10?6Sc???1.88?5D0.826?10解：
ud5.18?3.05?10?2Re???10173?6?0.83??1.88?0.44?64.35 Sh?0.023Re0.83Sc0.44?0.023??10173v15.53?10D?Sh64.35?0.826?10?5hm???0.017msd3.05?10?2
2NA?hm?nm?0??0.017nmkmolm?s
八、已知空调系统送风量G＝5㎏/s，空气初状态参数t1=35℃，ts1=26.9℃，
i1=85kJ/㎏；终状态参数为t2=19℃，ts2=18.1℃，i2=51.4kJ/㎏；空气压强101325Pa，试选用JW型空气冷却器并求
3
出其中的传热系数范围。（空气密度ρ=1.2 kg/m，定压比热cp=1.005 kJ/( kg·℃)，水定压比热cp=4.19 kJ/( kg·℃)，可选表冷器中水流速范围w=0.8-1.6m/s）。（15分）
已知水冷式表面冷却器作为冷却用之传热系数（W/ ㎡·℃）:
11
??11k???0.521.030.8?39.7Vy?332.6????? 4排:
?1
?1??11k???0.521.020.8?41.5Vy?325.6????? 6排:
??11k???0.581.00.8?353.6????35.5Vy?? 8排:型号 风量 3（m/h） 5000-8350 8350-16700 16700-25000 25000-33400 每排散热面积Ad（㎡） 12.15 24.05 33.40 44.50
?1 迎风面积Ay（㎡） 通水断面积Aw（㎡） 0.944 1.87 2.57 3.43 JW10-4 JW20-4 JW30-4 JW40-4 排数 2 4 6 8
迎面风速(m/s) 1.5 0.590 0.841 0.940 0.977
2.0 0.545 0.797 0.911 0.964
2.5 0.515 0.768 0.888 0.954
3.0 0.490 0.740 0.872 0.945
解：（1）计算需要的接触系数?2，确定冷却器的排数
?2?1?查表可知，在常用的
t2?ts219?18.1?1??0.889t1?ts135?26.9
VyVy??2.5ms范围内，JW型6排表冷器能满足?2?0.889的要求，故选用6排。
A?y?，则
（2）假定
G5??1.667m2?Vy?1.2?2.5??
查表可选用JW20－4型表冷器一台，其迎风面积故实际迎面风速
Ay?1.87m2
Vy?GAy??51.2?1.87?2.23?ms?Vy?2.23ms查?2表可知，在时，JW型6排表冷器实际的?2值可以满足要求，所选JW20－4型表冷器每排散热面
22A?0.00407mA?20.05m,wd积通水断面积。
??（3）求析湿系数
i1?i285?51.4??2.1cp?t1?t2?1.005??35?19?
12