热质交换原理与设备-第一章

1、（第三版）（第三版）热质交换原理热质交换原理与设备与设备27-22022-4-27内内 容容1.11.227-32022-4-271.3 1.1 三种传递现象的类比三种传递现象的类比 v动量、热量和质量传递的实现方式：动量、热量和质量传递的实现方式：分子的微观运动引起的分子的微观运动引起的分子扩散分子扩散；旋涡混合造成的流体微团宏观运动引起的旋涡混合造成的流体微团宏观运动引起的湍流传递湍流传递流体系统中：流体系统中：速度梯度速度梯度动量传递动量传递温度梯度温度梯度热量传递热量传递浓度梯度浓度梯度质量传递质量传递27-42022-4-27a）牛顿粘性定律牛顿粘性定律v两个作直线运动的流体层之间的

2、切应力正两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率，即比于垂直于运动方向的速度变化率，即:dydudyud)(v对于均质不可压缩流体，上式可改写为：对于均质不可压缩流体，上式可改写为：27-52022-4-27b）傅立叶定律傅立叶定律 v在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式传递的热量通量密度为：过导热方式传递的热量通量密度为： dydtqv对于恒定热容量的流体，上式可改写为：对于恒定热容量的流体，上式可改写为： dytdadytdq)c()c(cppp27-62022-4-27c）斐克）斐克(Fick)定律定律 v在

3、无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数的质量分数(或质量份额或质量份额)aA的分布为一维的，则通过的分布为一维的，则通过分子扩散传递的组分分子扩散传递的组分A的质量通量密度为：的质量通量密度为： dydaDjAABAv对于混合物密度为常数的情况，上式可改写为对于混合物密度为常数的情况，上式可改写为： dydDjAABADAB: 组分组分A在组分在组分B中的扩散系数，中的扩散系数，m2/s;27-72022-4-27汇总汇总v动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量浓度的变化率。浓度的变化率。v能量传

4、递公式表明：能量通量密度正比于能量能量传递公式表明：能量通量密度正比于能量浓度的变化率。浓度的变化率。v质量传递公式表明：组分质量传递公式表明：组分A的质量通量密度正的质量通量密度正比于组分比于组分A的质量浓度的变化率。的质量浓度的变化率。27-82022-4-27dydCFD统一公式统一公式:FD : 的通量密度；的通量密度；：单位体积的某种量；：单位体积的某种量；d/dy: 的变化率；的变化率；C: 比例常数比例常数(扩散系数扩散系数)。质量传递：质量传递：FD =mA, = A, CDAB;动量传递：动量传递：FD =, = u, C。能量传递：能量传递：FD =q, = cpt, Ca

5、;27-92022-4-27d）湍流传递性质）湍流传递性质 湍湍流流流流动动分子扩散传递分子扩散传递宏观流体宏观流体微团掺混微团掺混也引起传递现象也引起传递现象动量传递动量传递热量传递热量传递质量传递质量传递湍流切应力湍流切应力湍流热流密度湍流热流密度湍流质量通量密度湍流质量通量密度dydDmAABtAtdytdqttdyudtt27-102022-4-27dyuddyudeffttS)(dytddytdqefftS)(dydDdydDDmAABeffAABtABS)(有效动力粘度系数:eff有效导热系数:eff有效质量扩散系数:ABeffD 通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大通常，充分

6、发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。于分子传递系数。ABtABeffteffteffDD； 总的效应总的效应27-112022-4-27v分子传递系数分子传递系数, a, DAB： 是物性，与温度、压力有关；是物性，与温度、压力有关；通常各项同性通常各项同性。v湍流传递系数湍流传递系数t, at, DABt：不是物性，主要与流体流动有关；不是物性，主要与流体流动有关；通常各项异性通常各项异性。 两种传递系数的比较两种传递系数的比较27-122022-4-271.2 热质交换设备的分类热质交换设备的分类 （1）按工作原理分类按工作原理分类 v间壁式间壁式( (表面式表面式) )v直接接

7、触式（混合式）直接接触式（混合式）v蓄热式（回热式、再生式）蓄热式（回热式、再生式）v热管式热管式27-132022-4-27（2）按照热流体与冷流体流动方向分类按照热流体与冷流体流动方向分类 v顺流式顺流式v逆流式逆流式v叉流式叉流式 v混合式混合式27-142022-4-2727-152022-4-2727-162022-4-27示意图示意图 两种流体均不混合两种流体均不混合 一种流体混合一种流体混合另一种不混合另一种不混合 27-172022-4-27 ( (c) ) 总趋势为逆总趋势为逆流的混合流流的混合流 (a)先顺后逆的平行混流先顺后逆的平行混流 (b) 先逆后顺的串联混流先逆后顺

8、的串联混流(d) 总趋势为顺总趋势为顺流的混合流流的混合流27-182022-4-27顺流顺流逆流逆流xTThTcT1T2xTTh (Hot)Tc (cold)T1T2Cold fluidHot fluidCold fluidHot fluid27-192022-4-27螺旋板式换热器螺旋板式换热器27-202022-4-27发生相变时冷、热流体的温度变化图发生相变时冷、热流体的温度变化图( (a) ) 冷凝器中的温度变化；冷凝器中的温度变化；( (b) ) 蒸发器中的温度变化蒸发器中的温度变化27-212022-4-2727-222022-4-27（3）按用途分类）按用途分类 表冷器表冷器

9、加热器加热器 预热器预热器 喷淋室喷淋室 过热器过热器 冷凝器冷凝器 蒸发器蒸发器 加湿器加湿器 暖风机暖风机（4）按制造材料分类按制造材料分类金属材料金属材料 非金属材料非金属材料( (石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）稀有金属材料（钛、锆等）稀有金属材料（钛、锆等） 27-232022-4-271.3 本课程的地位与作用本课程的地位与作用 建筑环境与设备专业涉及大量能量转换及能建筑环境与设备专业涉及大量能量转换及能量交换，需要掌握相关能量转换、交换知识及相量交换，需要掌握相关能量转换、交换知识及相应设备工作原理和设计知识。应设备工作原理和设计知识。27-24202

10、2-4-27专业常见的设备型式与传热机理表专业常见的设备型式与传热机理表名名 称称型型 式式传传 热热 机机 理理表冷器表冷器间壁式间壁式对流对流导热导热对流对流喷淋室喷淋室直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质蒸发器（锅炉）蒸发器（锅炉）间壁式间壁式辐射辐射导热导热两相传热两相传热蒸发器（制冷）蒸发器（制冷）间壁式间壁式对流对流导热导热蒸发蒸发过热器过热器间壁式间壁式辐射辐射+对流对流导热导热对流对流省煤器省煤器间壁式间壁式对流对流(辐射分额少辐射分额少)导热导热对流对流空气预热器空气预热器间壁式或蓄热式间壁式或蓄热式对流对流导热导热对流对流蒸汽喷射泵蒸汽喷射泵直接接触式直接接触式

11、接触传热、传质接触传热、传质冷凝器冷凝器间壁式间壁式凝结凝结导热导热对流对流冷却塔冷却塔直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质蒸汽加热器蒸汽加热器间壁式间壁式凝结凝结导热导热对流对流热水加热器热水加热器间壁式间壁式对流对流导热导热对流对流除氧器除氧器直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质蒸汽加湿器蒸汽加湿器直接接触式直接接触式接触传热、传质接触传热、传质散热器散热器间壁式间壁式对流对流导热导热对流对流+辐射辐射暖风机暖风机间壁式间壁式对流（或凝结）对流（或凝结）导热导热对流对流27-252022-4-27 本课程是将传热学流体力学工本课程是将传热学流体力学工程热力学供暖工程区域供