发布时间 : 星期日 文章热质交换原理与设备重点 - 图文更新完毕开始阅读
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 ?u?v??0?x?y ?u?v??0?x?y ?u?u?2uu?v??2?x?y?y ?t?t?2tu?v?a2?x?y?y 微分方程 ?u?u?2uu?v??2?x?y?y ?CA?CA?2CAu?v?D?x?y?y2 ??CA??D???y???hm?CA,w?CA,????? y?0,u?0,v?vw?0,CA?CA,wy??,u?u?,CA?CA,? ??t??????y???h?tw?t????? 边界条件 y?0,u?v?0,t?twy??,u?u?,t?t? 常物性流体 假设条件 （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）
i 过程线 水温特点 过程名称 t d A-1 A-2 A-3 A-4 A-5 A-6 A-7 tw?tl tw?tl tl?tw?ts 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 tw?ts ts?tw?tA tw?tA tw?tA 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）
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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：
mA??DABdCAdnkgm2?sNA??DABAkmolm2?sdydy或
mA ，NA－分别为组分A的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；
dCAdnA,dydy——分别为组分A的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度； DAB ——组分A向组分B中的质扩散系数，单位m2/s；
当混合物以整体平均速度v运动时三、简述“薄膜理论”的基本观点。（15分）
答：当流体流经固体或液体表面时，存在一层附壁薄膜，靠近壁面一侧膜内流体的浓度分布为线性，而在流体一侧，薄膜与浓度分布均匀的主流连续接触，且薄膜内流体与主流不发生混和与扰动。在此条件下，整个传质过程相当于集中在薄膜内的稳态分子扩散传质过程。
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）
zmdd答： 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。
mA??DABdCAkgm2?s?Vc,Ady
dQ?h?i?i?dA上式中，dQz为潜热和显热的代数和；i为主流空气的焓，b为边界层中饱和湿空气的焓，md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) 简要回答问题
1、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些？
冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量
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2、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪几类？试说明他们各自的特点？
水冷和风冷冷凝器水冷，空冷，水—空气冷却以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的温度，这对制冷系的制冷能力和运行经济性均比较有利。
3、冷却塔分为哪几类？由哪些主要构件组成？干式和湿式。有淋水装置、配水系统、通风筒组成。 4、解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系。
显热交换是空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用而引起的换热结果。潜热交换是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。总热交换是显热交换和潜热交换的代数和。 5、表冷器与喷水室比较，有什么区别？
表冷器有两种：一是风机盘管的换热器，它的性能决定了风机盘管输送冷（热）量的能力和对风量的影响。一般空调里都有这个设备。二是空调机组内的风冷的翅片冷凝器。 空调里的表冷器铝翅片采用二次翻边百页窗形，保证进行空气热交换的扰动性，使其处于紊流状态下，较大地提高了换热效率。表冷器是给制冷剂散热的，把热量排到室外，它把压缩机压缩排出高温高压的气体冷却到低温高压的气体。利用制冷剂在表冷器内吸热,使之被冷却空间温度逐渐降低。
空气处理机组的风机盘管表冷器，通过里面流动的空调冷冻水（冷媒水）把流经管外换热翅片的空气冷却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回制冷机组，放出热量、降温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环。
喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。喷水室由喷嘴、喷水管路、挡水板、集水池和外壳等组成。空气进入喷水室内，喷嘴向空气喷淋大量的雾状水滴，空气与水滴接触，两者产生热、湿交换，达到所要求的温、湿度。喷水室的优点是可以实现空气处理的各种过程；主要缺点是耗水量大，占地面积大，水系统复杂，水易受污染，目前在舒适性空调中应用不多。工程中选用的喷水室除卧式、单级外，还有立式、双级喷水室。
6、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些？
扩散系数是沿扩散方向，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，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、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系？
传质 传热 Sc=v/di Pr=v/a Sh=hm .l/Di Nu=hl/λ Stm=Sh/Re.Sc St=Nu/Re.Pr
8、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？
Ua Ub:绝对速度 Um：混合物速度 Ua Ub 扩散速度 Ua=Um+(Ua-Um) 绝对速度=主体速度+扩散速度 9、写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用？ NA=-DdCA/dz +xA ( NA+NB)
10、简述“薄膜理论”的基本观点。
当流体靠近物体表面流过，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。
11、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。 当边界层传递方程的扩散系数相等时即v=a=D或V/a=V/D=a/D=1时 具有完全相同的形式 12、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。
hw （ti –tw）=hmd(i-ii) 湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱和空气的焓差是热值交换的推动势，其在单位时间内单位面积上的总传热量可近似的用传值系数hmd与焓差动力Δi的乘积来表示。
13、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？ hm=0.664DAB/L Re0.5Sc1/3
14、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。
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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，则空气只是冷却而不产生凝结水，称干工况。如果低于空气露点，则空气不被冷却，且其中所含水蒸气部分凝结出来，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，称湿工况，此过程中，水膜周围形成饱和空气边界层，被处理与表冷器之间不但发生显热交换还发生质交换和由此引起的潜热交换。
15、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点？
对空气的降温和除湿分开处理，除湿不依赖于降温方式实现。节约传统除湿中的缺点，节约能源，减少环境污染。 16、表冷器处理空气的工作特点是什么？
与空气进行热质交换的介质不和空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进行的。空气与水的流动方式主要为逆交叉流。
17、吸附（包括吸收）除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么？
吸附除湿是利用吸附材料降低空气中的含湿量。吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩，且噪声低并可以得到很低的露点温度。
表冷器缺点：仅为降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿必须较低， 综述题 1、空气与水接触时，由于水温的不同空气的状态变化过程也将不同，随着水温的不同可以得到多种空气状态变化过程，试用热湿交换理论简单分析这几种过程。
1空气与水直接接触时的状态变化过程130页（图4-6和图4-7掌握，其旁边的 文字介绍理解掌握，图4-8的图有误，但是也不需要掌握其图形，但旁边的文 字要掌握，就是以水和空气为研究的分析）
2、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。
当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。动量、热量、质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。
3、建立湿空气通过表冷器冷却时的物理模型，写出传热传质的微分方程，并进行简单讨论。 4、试讨论空气与水直接时的状态变化过程。
解：假设当空气与水在一微元面 dA 上接触时，假设空气温度变化为 dt ，含湿量变化为 d(d) 。 （1）显热交换量：
——湿空气的质量流量，kg/s
（2分）
——湿空气与水表面之间的显热交换系数，W/(m2.℃) （2）湿交换量： 潜热交换量：
——温度为 tb
（2分）
（2分）
时水的汽化潜热，kJ/kg
（2分）
（2分）
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——单位时间单位面积蒸发（凝结）的水量，kg/(m.s)
（3）总热交换量：
对空气——水系统，存在刘易斯关系式：所以上式