热质交换原理与设备期末考题

1、热质交换原理与设备综合复习资料一、填空题1、流体的黏性、热传导和质量（分子扩散）通称为流体的分子传递性质。2、将热质交换设备系统由于过程不可逆而产生的嫡增与两种流体中热容量较大的流体的热容量之比称之为（嫡产单元数），常用来作为热质交换设备的评价指标。3、按不同的工作原理，热质交换设备可分为：（间壁式）、（直接接触式）、蓄热式和热管式。4、（浓度差）是产生质交换的驱动力，质交换有两种基本方式为分子扩散和对流扩散。5、由于扩散传质引起的热传递，这种现象称为（杜弗尔）效应。6、二元混合气体作为理想气体用分子动力理论可以得出质量扩散系数与温度、压力关系为：D:3（D:P,T2）。7、（相变贮能）是利用

2、固-液相变、液-汽相变、固-汽相变和固-固相变过程来吸收和释放热量，进行蓄冷和蓄热的一项技术。8、准则数Pr表示速度分布和温度分布的相互关系；准则数（Le）表示温度分布和浓度分布的相互关系。9、雷诺类似率表述了对流传热、传质和摩擦阻力之间的关系，它们以准则数（Sh,Nu,Re,Pr,Sc）形式的表述CCf形式分别为Nu=RePr、（Sh=ReSc）。2210、吸附剂吸附除湿过程是（放热）过程，吸附热一般（大于）水蒸气的凝结热。11、菲克扩散基本定律mA=-Dab（kg/m：s）中的mA为扩散物质A的（相对扩散）通量。当混合物以某一质平均速度u移动时，其坐标应取随整体平均速度的动坐标。12、系数

3、D,a,V具有扩散的性质，它们的单位均为nf/s,它们分别称为（分子扩散系数）、热扩散系数和（动量扩散系数）。13、浓度差是产生质交换的驱动力，质交换有两种基本方式为（分子扩散）和（对流扩散）。14、二元体系中，由于存在温度差引起的扩散，称为热扩散，也称（索瑞特）效应。15、吸附剂的再生方式有加热再生、（减压再生）、使用清洗气体再生和（置换脱附再生）。16、舍伍德准则数Sh的物理意义是（反映流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比）。17、（吸附）现象是产生在相异两相的边界面上的一种分子积聚现象。二、判断题1、在没有浓度差的二元体系中即使各处存在温度差或总压差，也不会产生质扩散。（）2、当传质方向

4、从流体主流到壁面，即传质阿克曼修正系数C0的值为负，此时壁面上的导热量就大为增加。（）3、把冷水和温水同时放入冰箱中，则冷水将比温水结冰快。（）4、送风射流较之回风气流的作用范围大得多，因而在空调房间中，气流流型及温度与浓度分布主要取决于送风射流。（）5、喷淋室的前挡水板具有挡住飞溅出来的水滴和使进风均匀流动的双重作用，所以也称为均风板。（）6、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。（）7、水在冷却塔中进行蒸发冷却，其温度只能被冷却到空气的最初温度，此时水温称为水的冷却极限。（）8、表冷器用来减湿冷却，喷淋室可以完成除减湿冷却以外的所有空气处

5、理过程。（）9、湿式冷却塔和喷淋室都属气水直接接触式热质交换设备，均是用来处理空气用的。（）10、预混燃烧热强度比扩散燃烧高很多，燃烧完全程度也高，燃烧火焰的稳定性也好，不易产生回火。（）11、表冷器的热交换效率再是指表冷器中的实际换热量与最大可能换热量的比值，其实质就是换热器的传热效能。（）12、湿空气与水直接接触时，当接触时间足够长，但水量有限时，水温在任何热湿交换过程中都将发生变化。（）13、物质的分子扩散系数表示物质的扩散能力，是物质的物理性质之一，与物质的浓度直接相关。（）1、X2、，3、X4、，5、，6、，7、X8、x9、x10、x11、V12、x13、x三、名词解释1、烧蚀冷却：

6、为了冷却表面，在物体的表面上涂上一层材料，当温度升高时涂层材料就会升华、熔化或分解，这些化学过程吸收热量，而反应所产生的气体的质量流从表面离去，从而有效地冷却壁面，这种冷却方法称为烧蚀冷却。2、浓度边界层：在流体表面处，存在一个浓度梯度很大的流体薄层区域，这个区域就称为浓度边界层。3、换热扩大系数：在热湿交换中，把总热交换量与显热交换量之比称为换热扩大系数。4、斐克定律：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，组成二元混合物中组分A和组分B发生扩散。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，这就是斐克定律。5、析湿系数：在热湿交换中，把总热交换量与显热交换量之比称为

7、换热扩大系数，也称为析湿系数。6、传质冷却：为了冷却表面，通过一个不断从表面离去的质量流开冷却高温表面的方法，这种冷却方法称为传质冷却。四、简答题1、写出刘易斯关系式，并阐明其成立的条件答：h二Cphmda条件：（1）0.6Pr60;（2）0.6Sc0,随着C0T,总热量QtT,导热量QcJ；传质阿克曼彳正系数C0ttwtA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，

8、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：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：_dC2_dn2mA=-DabAkg.msNA=-DABAkmol.msdy或dymA,Na分别为组分A的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；dCAdnAdy，dy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

9、组分B中的质扩散系数，单位m2/s；dCA.2mA-DabkgmsV-当混合物以整体平均速度v运动时dy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

10、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：dQz=hmdi-iddA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燃差。上式中，dQz为潜热和显热的代数和；i为主流空气的崎，ib为边界层中饱和湿空气的烙，hmd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。六、氢气和空气在总压强为1.013X105Pa,温度为25c的条件下作等摩

11、尔互扩散，已知扩散系数为0.6cm2/s,在垂直于扩散方向距离为10mm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4DpA1一pA20.61016000-530022Na=-Nb=2.5910mol/msRmTy83142980.01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1.013X105Pa、温度为25c的空气，以5.18m/s的速度流过直径为3.05x10-2m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=

12、0.826X10-5m2/s,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v=15.15X10m2/s）（15分）管内受迫层流：Sh=1.86Re0.333Sc0333管内受迫紊流：Sh=0.023Re0.83Sc044解:15.5310-50.82610一=1.88ud5.183.0510一Re=一二-v15.5310=10173Sh=0.023Re.83Sc0.44=0.023101730.831.880.44=64.35hm=0.017msDSh64.350.82610”d-3.05102NA=hmnm-0=0.017nmkmol.m2s课程热质交换

13、原理与设备考试形式（开/团置，考达/查）一、填空题（每题2分，共16分）1 .按照工作原理的不同可以将热质交换设备分为?、蓄热式和热管式。2 .与质两者的共同作用称为对流传质。3 .蓄热用固液相变材料的热性能要求为：合适的相变温度、较大的相变潜热以及合适的导热性能。4 .吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂，干燥剂的吸湿和放湿的机理是由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差造成，当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿O5 .吸附剂的再生方式有加热再生方式、减压再生方式使用清洗气体的再生方式、O6 .湿工况下表冷器的析湿系数的定义：-dQ,其值的大小直接反映了07 .蒸发冷却所特有的性质是。8 .在冷

14、却塔的热工计算中，一般要求冷却水出口温度t2比当地气温条件下的湿球温度ts高_35_C。二、分析简答题（每题6分，共36分）1.温度为30C、水蒸气分压力为2kPa的湿空气吹过下面四种状态的水表面时，试用箭头表示传质和总传热的方向。水温t50C30C18C10C传热方向.气水气水A气水A气水传质方向气水气水气水k气水2 .如何理解动量、热量和质量传递现象的类比性？答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生动量、热量和质量传递现象。动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子传递，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。对三类现象的分子传递和湍流传递分

15、析可以得出这三种传递现象背后的机理是相同的，它们依从的规律也类似，都可以用共同的形式表示：传递速率=扩散系数X传递推动力，清楚地表明了“三传”之间的类比性。（4分）另外，从动量方程、热量方程和扩散方程及相对应的边界条件可以看出它们在形式上是完全类似的，也清楚地表明了“三传”之间的类比性。（2分）3 .根据关系式先gT,窕。g以及,说明同一表面上传质对传热过程的影响。答：式.1表明，传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响是相反的。在C00时，随着Co的增大，壁面导热量是逐渐减少的，而膜总传热量是逐渐增大的；（3分）在CoX106(m2/s)t(C)-5px10(Pa)r(kJ/kg)101.00

16、51.24714.16100.012272477.7201.0051.20515.06200.023382454.3301.0051.16516.00300.042412430.9401.0051.12816.96400.073752407.0501.0051.09317.95500.123352382.7中原工学院建环01热质交换原理与设备课程期末试卷一、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

17、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T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、蓄热式一和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式，而喷淋室、冷却塔则属于一混合式。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

18、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m与组分A的浓度梯度成正比、其表达式为dCA:2mA=-Dabkg:msdy;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：dQz=hmd（i-iddA,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始差。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：q=h（tw-tgW/m2q流体与壁面之间的对流换热热流通量，W/m2；h对流换热系数，W/m2K;tw,to壁面温度，K。对流传质的基本计算式：mA=hma，s-0二mA组分A的质扩散通量，kg/m2s;hm对流传质系数，m,，；s;Pa，s,Pa8组分在壁面处和在主流中的质量浓度，kg/m3;（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