热质交换原理与设备b1课件

简介一、课程性质与目的

是建筑环境与设备工程专业的一门主干专业基础课“供暖工程”、“区域供热”、“工业通风”、“空调用制冷技术”、“锅炉及锅炉房设备”、“燃气燃烧”等课程以动量传输及质量传输共同构成的传输理论（TransportTheory）为基础，重点研究发生在建筑环境与设备中的热质交换原理及相应的设备热工计算方法简介本课程的任务为：掌握在传热传质同时进行时发生在建筑环境与设备中的热功当量质交换的基本理论，掌握对空气进行各种处理的基本方法及相应的设备热功当量工计算方法，并具有对其进行性能评价和优化设计的初步能力，为进一步学习创造良好的建筑室内环境打下基础。简介二、课程基本要求

（1）

掌握三种传递现象的类比关系，了解本课程在专业中的地位与重要性。

（2）

在掌握传热学知识的基础上，进一步掌握传质学的相关理论，掌握动量、能量及质量传递间的类比方法。（3）

熟悉对空气进行处理的各种方案，掌握空气与水表面间热质交换的基本理论和基本方法，熟悉用固体吸附和液体吸收对空气处理的机理与方法。

简介（4）

了解房间送风时各种射流形式及与室内空气发生的形式与结构，初步掌握几种典型燃烧方式的热质交换原理。

（5）

了解本专业常用热功当量质交换设备的形式与结构，掌握其热功当量工计算方法，并具有对其进行性能评价和优化设计的初步能力。

第一章绪论1.1三种传递现象的类比

1.2热质交换设备的分类

1.1三种传递现象的类比动量、热量和质量传递的实现方式：分子的微观运动引起的分子扩散；旋涡混合造成的流体微团宏观运动引起的湍流传递流体系统中：速度梯度动量传递温度梯度热量传递浓度梯度质量传递牛顿粘性定律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，即对于均质不可压缩流体，上式可改写为：第一章绪论傅立叶定律

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：对于恒定热容量的流体，上式可改写为：第一章绪论费克定律

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(或质量份额)

aA的分布为一维的，则通过分子扩散传递的组分A的质量通量密度为：对于混合物密度为常数的情况，上式可改写为：第一章绪论DAB:组分A在组分B中的扩散系数，m2/s;汇总动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量浓度的变化率。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。质量传递公式表明：组分A的质量通量密度正比于组分A的质量浓度的变化率。统一公式:FDΦ':Φ'的通量密度；Φ：单位体积的某种量；dΦ/dy:Φ的变化率；C:比例常数(扩散系数)。质量传递：FDΦ'

=mA,Φ=ρA,C＝DAB;动量传递：FDΦ'

=τ,Φ=ρu,C＝ν。能量传递：FDΦ'

=q,Φ=ρcpt,C＝a;湍流流动分子扩散传递宏观流体微团掺混也引起传递现象动量传递热量传递质量传递湍流切应力湍流热流密度湍流质量通量密度1.1.2湍流传递性质

通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。

总的效应分子传递系数ν,a,DAB：

是物性，与温度、压力有关；通常各项同性。湍流传递系数νt,at,DABt：不是物性，主要与流体流动有关；通常各项异性。

两种传递系数的比较在三个层次上研究传递现象宏观层次上：宏观守恒方程表示系统中质量、动量和能量如何通过物流的进入和离开而带入和带出，以及由环境向系统的各种其他输入引起的变化。不追求对系统细节的理解。微观（元）层次上：考察设备内微小区域中流体混合物正在发生的现象。守恒方程是微分形式。目的在于获得系统内参数的分布信息。分子层次上：用分子结构和分子间力寻求对三种传递的基本理解。用分子运动论和量子力学。长度尺度：宏观厘米-米级；微观微米-厘米；分子层次1-1000nm不同层次之间存在许多联系：分子层次描述的传递性质为微观层次所用；微观导出的方程为宏观解决提供入口。推荐参考书许为全，热质交换过程与设备，清华大学出版社陈晋南，传递过程原理，化工出版社博德，传递现象，化工出版社科斯乐，扩散-流体系统中的传质，化工出版社JohnH.LienhardIV,JohnH.LienhardV,Aheattransfertextbook,3thedition,PartV,Masstransfer,Phlogisonpress,CambridgeMassachusetts,20051.2热质交换设备的分类

热质交换设备的分类方法很多，可以按工作原理、流体流动方向、设备用途、传热传质表面结构、制造材质等分为各种类型。在各种分类方法中，最基本的是按工作原理分类。

第一章绪论

（一）按工作原理分类

直接接触式蓄热式热管式间壁式间壁式又称表面式，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，不渗混。凡是生产中介质不容渗混的场合都使用此类型换热器,它是应用最广泛，使用数量最大的一类。专业上的表面式冷却器、过热器、省煤器、散热器、暖风机、燃气加热器、冷凝器、蒸发器等均属此类。

第一章绪论表面式冷却器串联间壁式换热器管壳式换热器格力NBFC-21暖风机过热器、省煤器散热器冷凝器直接接触式又称为混合式，在此类热质交换设备中，两种流体直接接触并允许相互渗混，传递热量和质量后，再各自全部或部分分开，因而传热传质效率高。专业上的喷淋室及蒸汽喷射泵、冷却塔、蒸汽加湿器、热力除氧器等均属此类。

第一章绪论1、

均风板2、喷嘴与排管3、挡水板4、循环水箱5、水泵6、供水管线7、水箱进水口

8、

水泵进水口9、溢水口10、排水口11、检修门12、空调箱13、观察窗喷淋室喷嘴ABS挡水板pvc波纹挡水板电加热蒸汽加湿器风机盘管加湿器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）组成的蓄热体作为中间载体传递热量。在此类换热器中，热、冷流体依时间先后交替流过由蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体温度升高，把热量储存于固体育热体内，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。在蓄热式换热器里所进行的热传递过程不是稳态过程，蓄热体不停地、周而复始地被加热和冷却，壁面和壁内部的温度均处于不停的变化之中。炼铁厂的热风炉、锅炉的中间热式空气预热器及全热回收式空气调节器等均属此类。

第一章绪论全热回收空气净化新风换气机热管换热器是以热管为换热元件的换热器。由若干支热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体内，中隔板与热管加热段、冷却段及相应的壳体内腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道中横掠热管束连续流动实现传热。当前该类换热器多用于各种余热回收工程。

第一章绪论

在间壁式、混合式和蓄热式三种主要热质交换设备类型中，间壁式的生产经验、分析研究和计算方法比较丰富和完整，它们的某些计算方法对混合式和蓄热式也适用。

第一章绪论（二）按照热流体与冷流体流动方向分类

顺流式逆流式叉流式混合式第一章绪论

顺流式或称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同一方向流动图1-1(b)同心管在这样的顺流布置中，热，冷流体由同一端进人换热器，向着同一方向流动，并由同一端离开换热器。第一章绪论逆流式，两种流体也是平行流动，但它们的流动方向相反，如图1-2(a)所示。同心管冷、热流体逆向流动，由相对的两端进人换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器，其布里简图示于图1-2(b)第一章绪论叉流式或称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉，示意图如图所示。a)示意图;(b)两种(流体均不混合;(c)一种流体混合,另一种不混合

第一章绪论混流式，两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分，如图

(a)(b)（c）（d）所示。(a)(b)(c)(d)第一章绪论(a)先顺后逆的平行混流

b)先逆后顺的串联混流;(c)总趋势为逆流的混合流;(d)总趋势为顺溜的混合流。

当冷、热流体交叉次数在四次以上时，可根据两种流体流向的总趋势，将其看成逆流或顺流第一章绪论下面对各种流动形式做一比较。

在各种流动形式中，顺流和逆流可以看作是两个极端情况。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。这方面内容详见第6章。从这些方面来看，热质交换设备应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流。但逆流布置也有一个缺点，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，对于高温换热器来说，这是要注意的。为了降低这里的壁温，有时有意改用顺流，锅炉的高温过热器中就有这种情况。

第一章绪论当冷、热流体中有一种发生相变时，冷、热流体的温度变化就如图所示。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；(b)蒸发器中的温度变化

第一章绪论布置这类换热器时就无所谓顺流、逆流了。同样，当两种流体的水容量C（Gc）相差较大，或者冷、热流体之间的温差比冷、热流体本身的温度变化大得多时，顺流、逆流的差别就不显著了。纯粹的逆流和顺流，只有在套管换热器或螺旋板式换热器中才能实现。但对工程计算来说，混合流，如图1-6所示的流经管束的流动，只要管束曲折的次数超过4次，就可作为纯逆流和纯顺流来处理了。第一章绪论图1-6可作为纯顺流的实际工程中的混合流1.2热质交换设备的分类

(3)按用途分类

热质交换设备按照用途来分有：表冷器、预热器、加热器、喷淋室、过热器、冷凝器、蒸发器、加湿器、暖风机等等。

l）表冷器用于把流体冷却到所需温度，被冷却流体在冷却过程中不发生相变，但其内某种成分，如空气中的水蒸气，可能出现凝结现象；

2）加热器用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变Z

3）预热器用于预先加热流体，以使整套工艺装置效率得到改善3

4）喷淋室通过向被处理流体喷射液体，以直接接触的方式实现对被处理流体的加热。冷却、加湿、减湿等处理过程；

5）过热器用于加热饱和蒸汽到其过热状态；

6）蒸发器用于加热液体使之蒸发气（汽）化，或利用低压液体蒸发气化以吸收另一种流体的热量;对冷凝器用于冷却凝结性饱和蒸气（汽）．使之放出潜热而凝结液化；

8）加湿器用于增加被处理对象的湿度；

9）暖风机用于加热空气，以向被供暖房间提供热量。

第一章绪论表列出建筑环境与设备工程专业中常见的热质交换设备及其型式，同时还列出其设备内流体的传热机理。

名称型式传热机理表冷器间壁式对流—导热—对流喷淋室直接接触式接触传热、传质蒸发器（锅炉）间壁式辐射—导热—两相传热蒸发器（制冷）间壁式对流—导热—蒸发过热器间壁式辐射+对流—导热—对流省煤器间壁式对流(辐射分额少)—导热—对流空气预热器间壁式或蓄热式对流—导热—对流蒸汽喷射泵直接接触式接触传热、传质冷凝器间壁式凝结—导热—对流冷却塔直接接触式接触传热、传质蒸汽加热器间壁式凝结—导热—对流热水加热器间壁式对流—导热—对流除氧器直接接触式接触传热、传质蒸汽加湿器直接接触式接触传热、传质散热器间壁式对流—导热—对流+辐射暖风机间壁式对流（或凝结）—导热—对流(4)按建造材料分

热质交换设备按制造材料可分为金属材料、非金属材料及稀有金属材料等类型。

第一章绪论在生产中使用最多的是用普通金属材料，如碳钢、不锈钢、铝、铜、镍及其合金等制造的热质交换设备。

由于石油、化学、冶金、核动力等工业中的许多工艺过程多在高温、高压、高真空或深冷、剧毒等条件下进行，而且常常伴随着极强的腐蚀性，因而对热质交换设备的材料提出了许多特殊甚至苛刻的要求。金属材料换热器已远不能满足需要，因此开始研制和生产了非金属及稀有金属材料的换热器。第一章绪论石墨具有优良的耐腐蚀及传热性能，线膨胀系数小，不易结垢，机械加工性能好，但易脆裂、不抗拉、不抗弯。石墨换热器在强腐蚀性液体或气体中应用最能发挥其优点，它几乎可以处理除氧化酸外的一切酸碱溶液。

非金属换热器有石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等。第一章绪论

玻璃换热器能抗化学腐蚀，且能保证被处理介质不受或少受污染。它广泛应用于医药、化学工业，例如香精油及高纯度硫酸蒸馏等工艺过程。用于制造热质交换设备的工程塑料很多，目前以聚四氯乙烯为最佳，其性能可与金属换热器相比但却具有特殊的耐腐蚀性。它主要用于硫酸厂的酸冷却，用以代替原有冷却器，可以获得显著的经济效益。第一章绪论稀有金属换热器是在解决高温、强腐蚀等换热问题时研制出来的，但材料价格昂贵使其应用范围受到限制。为了降低成本，已发展了复合材料，如以复合钢板和衬里等形式提供使用。对于制造换热器，目前是钛金属应用较多，浩等其它稀有金属应用较少第一章绪论本门课程在专业中的地位与作用建筑环境与设备工程专业的毕业生，要能够从事工业与民用建筑中环境控制技术领域的工作，具有暖通空调、燃气供应、建筑给排水等公共设施系统和建筑热能供应系统的设计、安装、调试、运行能力，具有制定建筑自动化系统方案的能力，并具有初步的应用研究与开发能力。第一章绪论从上述本专业培养目标不难看出，在专业的各个方向上，为实现建筑室内的环境控制．要牵涉到大量的能量交换及与实现这些能量转换相应的设备的知识。例如，制冷设备中常用的氟利昂卧式冷凝器中，氟利昂蒸气在管外凝结，管内流着冷却水，蒸气凝结时所放出的潜热穿过管壁而传到冷却水中(图1-7)，从而实现热量的转移第一章绪论图1-7冷凝器中的热量传递过程

又如锅炉中的一些受热面（水冷壁、过热器等），在燃料燃烧时与之进行大量的热量交换。另外，空调中对空气进行各种处理的表面式冷却器和喷淋室，给房间供暖所用的散热器和暖风机，提供冷量的制冷系统所用的蒸发器和冷却塔，提供热量的锅炉的省煤器和空气预热器等等，都是本专业常用的进行能量交换的设备。这些设备设计得如何，不但直接影响到室内要控制的环境，而且还对能量消费有重大的影响，因为目前的建筑能耗已占到总能耗的1/3左右。1.4本门课程的主要研究内容其主要内容有：热质交换过程空气热质处理方法其它形式的热质交换和热质交换设备

热质交换过程部分，主要涉及传质的基本概念、扩散传质、对流传质、热质传递模型和动量、热量和质量的传递类比。空气的热质处理方法部分，主要包括空气处理的各种途径，空气与水／固体表面之间的热质交换，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的机理与方法。其它形式的热质交换部分，主要涉及经过处理的空气送人房间时与室内空气发生的热质交换，和几种典型燃烧方式下发生的热质交换。热质交换设备部分，主要介绍专业中常见的热质交换设备的型式与结构，热质交换设备的基本性能参数，间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算，典型燃烧装置主要尺寸和运行参数的计算及相变热质交换设备的热工计算，同时还简单介绍了热质交换设备的性能评价及优化设计。对于本课程内容，要求了解本课程在专业中的地位与重要性；在掌握了传热学知识的基础上，进一步掌握传质学的相关理论，并掌握动量、能量及质量传递间的类比方法；熟悉对空气进行处理的各种方案，掌握空气与水表面间热质交换的基本理论和基本方法，熟悉用固体吸附和液体吸收对空气处理的机理与方法；了解房间送风时各种射流形式及与室内空气发生的三传现象；了解本专业常用热质交换设备的型式与结构，掌握其热工计算方法，并具有对其进行性能评价和优化设计的初步能力。

第二章

传质的理论基础92-647/26/20232.1传质的基本概念

2.1.1传质的基本方式

在传热学中已经分析过流体和壁面间的对流换热过程，所涉及的流体是单一物质或称一元体系。而在某些实际情况下，流体可能是二元体系（或称二元混合物），并且其中各组分的浓度不均匀，这时就会有传质或称质交换发生。日常生活中：水分蒸发煤气在空气中的弥散自然环境中海洋的水面蒸发生物组织对营养成分的吸收油地起火和火焰的扩散喷气雾化干燥传质又常和传热复合在一起表面式空气冷却器在冷却除湿工况湿球温度计在有两种物质组成的二元混合物中浓度差物质的分子会从浓度高处向浓度低处迁移，这种迁移称为浓度扩散或简称扩散，并通过扩散产生质交换浓度差导致传质

例2.1.1.1扩散传质的物理机理在没有浓度差的二元体系(即均匀混合物)中如果各处存在温度差会产生扩散：会产生扩散如果各处存在总压力差为热扩散，又称索瑞特效应称为压力扩散在工程计算中当温差或总压差不大的条件下，可不计热扩散和压力扩散，只考虑均温、均压下的浓度扩散还有“扩散热”称为杜弗尔效应。质交换有两种基本方式：分子扩散和对流扩散分子扩散：在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散，是由微观分子运动所引起，它的机理类似于导热。对流扩散：在流体中由于对流运动引起的物质传递，它比分子扩散传质要强烈得多。分子扩散传质及菲克定律菲克定律描述分子扩散过程中的的传递速率与浓度梯度之间的相关关系浓度有四种表示方法：质量浓度(massconcentration,或partialdensity)，质量分数(massfraction)，摩尔浓度(molarconcentration)，摩尔分数(molefraction)1．质量浓度：单位体积混合物中所含某种组分的质量单位体积混合物的总质量成为混合物的总质量浓度（即密度）组分（species）

：一种混合物由两种或两种以上物质构成，每一种物质称为一种组分。浓度（concentration）

：表征单位体积里某一组分多少的量称为浓度，

分子扩散传质及菲克定律2.2.质量分数（massfraction）：3.摩尔浓度(molarconcentration)：单位体积中组分i的摩尔数，用表示组分i的分子量

物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一（长度、质量、时间、电流强度、发光强度、温度、物质的量），它和“长度”，“质量”等概念一样，是一个物理量的整体名词。单位为摩尔(mol)。物质的量是表示物质所含微粒数(N)与阿伏伽德罗常数(NA)之比,即n=N/NA。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。

分子扩散传质及菲克定律Atlas-Centaur4．摩尔分数(molefraction):某组分1的质量分数与摩尔分数的互换关系：

多组分的传质过程中，uA、uB代表组分A、B的实际移动速度，称为绝对速度。u代表混合物的移动速度，称为主体流动速度或平均速度(以质量为基准)（若以摩尔为基准，用um表示）；uA-u及uB-u代表相对于主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。2.1.2.1传质的速度uA=u+(uA-u)uB=u+(uB-u)绝对速度＝平均速度＋扩散速度uAuuBuA-uuB-u混合物静止平面2.1.2

传质速率的度量uA=um+(uA-um)uB=um+(uB-um)传质通量：某一组分物质在单位时间内垂直通过单位面积的数量。质量传质通量：m(kg/m2·s)；摩尔传质通量：N(kmol/m2·s)。传质通量＝传质速度×浓度2.1.2.2传质的通量上式为质量平均速度定义式1）以绝对速度表示的质量通量（以二元混合物为例）同理，以绝对速度表示的二元混合物的摩尔通量为：上式为摩尔平均速度定义式质量通量：2）以扩散速度表示的通量（以二元混合物为例）传质通量＝扩散速度×浓度摩尔通量:总通量:质量通量：3）以主体流动速度表示的通量（以二元混合物为例）传质通量＝主体流动速度×浓度摩尔通量：例题同理：同理：2.1.3质量传递的基本方式

2.1.3.1分子（扩散）传质分子（扩散）传质（静止或层流流体、固体中）对流传质（气、液）浓度扩散：在二元或多元体系中，各组分浓度不均匀时，由于分子随机运动，使得物质宏观表现为从高浓度向低浓度区域传递。其它：热扩散压力扩散等参考不可逆热力学有关内容

上述扩散过程将一直进行到整个容器中A、B两种物质的浓度完全均匀为止，此时，通过任一截面物质A、B的净的扩散通量为零，但扩散仍在进行，只是左、右两方向物质的扩散通量相等，系统处于扩散的动态平衡中。2.1.3.2对流传质

由于流体质点的湍流和涡旋传递物质的现象称为紊流扩散。湍流流动中也存在着一定的分子扩散，只是紊流扩散起主要作用。

流动流体与相界面一侧进行的物质传递，称为对流扩散--对流质交换：分子扩散+对流扩散。1）对流传质2）紊流扩散

2.2.1斐克（Fick）定律

斐克(第一)定律的基本表达式稳态扩散条件下（浓度场不随时间变化），无整体流动时，二元混合物中组分A在组分B中的扩散通量与组分A的浓度梯度成正比。若混合物有整体移动，则Fick定律的坐标取动坐标2.2扩散传质传质的速度uA=u+(uA-u)uB=u+(uB-u)绝对速度＝主体速度＋扩散速度uAuuBuA-uuB-u混合物静止平面同理，质量通量：组分绝对质量通量（实际通量）＝组分主体流动通量＋组分扩散通量二元混合物系统同理，绝对摩尔通量为：A组分绝对质量通量＝A组分主体流动通量＋A组分扩散通量

斐克定律的普遍表达形式

等质量扩散时，两组分扩散通量相等，方向相反，且主体通量等于0：而且：2.2.2气体中的稳态扩散过程分子扩散形式：双向扩散（反方向扩散）单向扩散（一种组分在另一种滞止组分中扩散）

2.2.2.1等分子反方向扩散积分同理：对于可认为是理想混合气体：因此：组分B滞止：NB＝0整理得：分离变量并积分得：2.2.2.1A组分通过停滞组分B的扩散（单向扩散）------A+B1122vhpy水面蒸汽向空气中的扩散将混合物作理想气体处理：因：所以：于是：组分B对数平均分压pBMStefan定律可用于实验确定D等分子反方向扩散时：反映了主体流动对传质速率的影响，称漂流因数。若pA<<pB,此时:

Stefan定律Fick定律表明：主体流动使传质速率较纯分子扩散大。例题2.2.3液体中的稳态扩散过程2.2.3.1液体中的扩散通量方程存在主体流动时

液体中，A的扩散系数随浓度变化，且浓度在液相中不相同，故计算困难。可简化处理：扩散系数与总浓度采用平均值。

其中：分子扩散形式：双向扩散（反方向扩散）单向扩散（一种组分在另一种滞止组分中扩散）2.2.3.2等分子反方向扩散扩散通量方程：浓度分布方程：2.2.3.2组分A通过停滞组分B的扩散扩散通量方程：取：当液体为稀溶液时：浓度分布方程：或：2.2.4固体中的稳态扩散过程2.2.4.1与固体内部结构无关的稳态扩散当流体或扩散溶质溶解于固体中，并形成均匀的溶液，此为固体内部结构无关的扩散。

该类扩散方式与流体内扩散方式相似，仍遵循斐克定律。

固体扩散中，通常扩散组分浓度较低，CA/C可忽略。积分得：分子扩散传质及菲克定律Dalton’sLawofpartialpressure理想气体（Idealgas）：Rm普适气体常数，universalgasconstant若通过柱面或球面扩散，则沿径向表面不等，可采用平均截面计算，则通过固体界面的分子传质速率GA：柱坐标时的平均扩散面积：球坐标时的平均扩散面积：溶解度S：单位体积固体、单位溶质分压所溶解的溶质A的体积。溶解度S与浓度CA的关系：2.2.4.2与固体内部结构有关的多孔固体中的扩散多孔固体中扩散分：斐克型扩散、克努森扩散及过渡区扩散1）斐克型扩散固体内部孔径d远大于流体分子自由程λ，一般d>100λ

。分子间碰撞几率远大于分子与壁面间的碰撞，此时扩散遵循斐克定律。平均自由程：压力大（密度大），则自由程λ小。则大密度的气体和液体在多孔固体中的扩散时，扩散为斐克型。其中，Dp是多孔介质有效扩散系数。思考：为何固体中斐克型扩散没有提供理想气体扩散通量方程?多孔介质有效扩散系数：ε：多孔固体孔隙率或自由截面积比；τ：曲折系数。2）克努森（Knudsen）扩散固体内部孔径d远小于流体分子自由程λ，一般λ>100d。分子与壁面间碰撞几率远大于分子间的碰撞，此时为克努森扩散。扩散通量：分子平均速度：克努森扩散系数DKA积分得：或：克努森数Kn：当Kn>10时，扩散主要为克努森扩散。3）过渡区扩散固体内部孔径d与流体分子自由程λ相差不很悬殊，分子与壁面间碰撞几率与分子间的碰撞几率也相差不大，此时为过渡区扩散。扩散通量：或：过渡区扩散系数DNA积分得：当0.01<Kn<10时，扩散主要为过渡区扩散。例题2.2.5扩散系数

扩散系数是沿扩散方向，在单位时间内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，即

质量扩散系数D、动量扩散系数ν和热量扩散系数α单位均为m2/s。92-109表2-1气－气质扩散系数和液体中的质扩散系数D(m2/s)气体在空气中的D，25℃，p=1atm氨-空气水蒸气-空气CO2-空气O2-空气H2-空气2.81×10-52.55×10-51.64×10-52.05×10-54.11×10-5

苯蒸汽-空气甲苯蒸气-空气乙醚蒸汽-空气甲醇蒸汽-空气乙醇蒸汽-空气0.84×10-50.88×10-50.93×10-51.59×10-51.19×10-5

液相，20℃，稀溶液

氨-水CO2-水O2-水H2-水1.75×10-91.78×10-91.81×10-95.19×10-9

氯化氢-水氯化钠-水乙烯醇-水CO2-乙烯醇2.58×10-92.58×10-90.97×10-93.42×10-9

表2-2气体在空气中的分子扩散系数D0（

m2/s）

气体D0×104气体D0×104H2N2O2CO20.5110.1320.1780.138SO2NH3H2OHC10.1030.200.220.13

表2-2列举了在一个标准大气压强、温度T0=273K时各种气体在空气中的扩散系数D0，在其它p、T状态下的扩散系数可用下式换算

两种气体A与B之间分子扩散系数可用吉利兰(Gilliland)提出的半经验公式估算

在正常沸点下液态千克摩尔容积（m3/kg·kmol）气体摩尔容积气体摩尔容积H2O2N2空气14.3×10-325.6×10-331.1×10-329.9×10-3CO2SO2NH3H2O34×10-344.8×10-325.8×10-318.9×10-3例题2.3对流传质7/26/202392-532.3.1对流传质系数对流传质是分子扩散和对流扩散的联合作用对流传质：流体流动条件下的质量传递过程类似于对流换热，对流传质中的传质速率为：对流传质系数如何确定是确定对流传质问题的关键。CA,s或ρA,s的确定：(热力学平衡)热平衡（等温）力平衡（计算对应蒸汽压强）蒸汽处于饱和状态7/26/20232.3.2浓度边界层2.3.2.1浓度边界层的概念类似于热边界层δt

，浓度边界层δc被定义为:时的y值

7/26/2023浓度边界层示意图yxu∞

自由流

浓度边界层

CA∞CACA∞c

CA,S

7/26/2023

由于y=0处只有扩散传质，因此在离开前缘任意距离处的组分流密度可表示为：也可以表达为：通过求解传质微分方程。

如果

的分布确定，则可求得

如何确定

2.3.2.2边界层的重要意义

由于边界层的引入，可以大大简化讨论问题的难度。我们可以将整个的求解区域划分为主流区和边界层区。在主流区内，为等温、等浓度的势流，各种参数视为常数；在边界层内部具有较大的速度梯度、温度梯度和浓度梯度，其速度场、温度场和浓度场需要专门来讨论求解。7/26/2023任意表面的速度边界层,热边界层和浓度边界层的发展三种边界层的机理。表现形式：表面摩擦、对流换热及对流传质，及其3个重要系数。7/26/20232.3.3紊流传质的机理CCASCA∞CAfZ缓冲层层流内层湍流主流区7/26/20232.3.4对流传质的数学描述任意表面的速度边界层,热边界层和浓度边界层的发展7/26/202392-62边界层中组分守恒的微元控制体及质量交换示意图mA,gmA,stVAmA,difmA,conv质量守恒：对组分A而言，单位时间内，通过对流、扩散及化学反应进入控制体内的质量等于控制体内质量的增加量。7/26/2023图中控制体的传质情况对流扩散化学反应控制体质量变化对流扩散化学反应控制体质量变化组分的连续性方程7/26/2023其它方程建立总的连续性方程单位时间内流入微元体的净质量

=单位时间内微元体内流体质量的变化7/26/2023动量方程作用力=质量加速度（F=ma）7/26/2023能量方程导入与导出的净热量+热对流传递的净热量+内热源发热量=总能量的增量7/26/20232.3.4.4对流传质方程的边界层近似边界层厚度一般是很小的，通常下列条件成立：速度边界层

温度边界层

浓度边界层

本专业涉及的问题通常可简化为二维、稳态、常物性、不可压缩、无化学反应、无内热源。7/26/2023经简化和近似，总的连续性方程及x方向动量方程可简化为:根据量级分析，y方向动量方程可简化为:能量方程可简化为:7/26/2023组分A的对流传质方程变成:与壁面处无质量交换时，当y＝0时有u=0，v=0。边界处有质量交换时：1.交换对速度边界层影响很小，y＝0时有u=0，v=0；2.交换对浓度边界层影响很大，y＝0时有u=0。注意（讨论组分传递对速度边界层的影响时）：我们讨论的二元混合物通常CA<<CB，混合物的物性近似取组分B的物性值。7/26/2023施密特数

和普朗特数

舍伍德数（Sharwood）

和努塞尔数（Nusselt）

——扩散阻力于对流传质阻力之比——边界层导热热阻与对流换热热阻比

传质Stanton数

传热Stanton数

2.3.5对流传质过程的相关准则数

由于y=0处只有扩散传质，因此在离开前缘任意距离处的组分流密度可表示为：2.3.6对流传质问题的分析求解2.3.6.1平板壁面上层流传质精确解7/26/2023求解需要浓度分布、动量方程、连续性方程

（过程略）平板层流传热平板层流传质

例题7/26/2023

1）流体一进入便立即进行传质，在管进口段距离内，速度分布和浓度分布(左下图)；复杂

2）流体进管后，待速度分布充分发展后，才进行传质。

（右下图）较简单2.3.6.2管内稳态层流对流传质δDδδ=δD=riδDδ

依然类比于管内层流传热----7/26/2023当速度分布与浓度分布均已充分发展且传质速率较低，宣乌特数为1）组分A在管壁处的浓度维持恒定：

2）组分A在管壁处的传质通量维持恒定：

工程上考虑入口段对传质的影响，采用下列公式：

7/26/2023事先需估算流动进口段长度Lc和传质进口段长度LD例题2-8—自学定性温度和定性浓度（采用进出口算术平均值）：

作业：教材中的思考题与习题7/26/20232.4相际间的对流传质模型7/26/2023薄膜理论

基本思想：当流体靠近物体表面流过时，存在一层附壁的薄层，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流速度连续接触，并假定膜内流体与主流不相混合和扰动。整个传质过程相当于此薄膜上的扩散作用，浓度呈线性分布。

即渗透理论

基本思想：流体流过表面，由流体质点不断穿过附壁薄层向表面迁移并与之接触，流体质点在与表面解除之际则进行质量的转移过程，此后流体质点又回到主流核心中去。

在

条件下，主流浓度由

增加到

流体质点在很短的接触时间内，接触表面传递的组分过程表现为不稳态特征。从统计的论点，无数质点群与表面之间的质量转移。称为薄层对表面的不稳态扩散传一维不稳态扩散过程，按斐克第二定律：过程的初始和边界条件如下：当当当当传质时间为

时——有效暴露时间实验表明一般情况下：表面更新模型

1951年Danckwertz（丹克维尔茨）对希格比渗透理论进行了修正，提出表面更新模型。用表面更新率S代替有效暴露时间不易确定，

即S与流体动力条件及系统几何形状有关，为实验确定的常数。紊流强烈，S（表面更新率）必然增大。主要应用于液固，液液界面的传质过程。流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则关联式为：2.4.4

一维固液相变问题

利用相变材料储能在建筑节能和暖通空调领域有重要应用，蓄热采暖也正收到重视。

2.4.4.1

固液相变简介

物质的存在通常分为三态，固态、液态和气态。物质从一种状态变到另一种状态称为相变。相变形式有以下几种：（1）固-液相变;

（2）液-汽相变；（3）固-汽相变；（4）固-固相变。

7/26/2023相变过程是一伴有较大能量吸收或释放的等温或近似等温的过程，这个特点是其能够广泛应用的原因和基础。相变贮能在建筑节能和暖通空调领域中有一些重要应用，它是缓解能量供求双方在时间、强度和地点上不匹配的有效方式，是合理利用能源以及减小环境污染的有效途径，是热能系统（广义）优化运行的重要手段。7/26/20232.4.4.2一维凝固和融解问题

一些相变潜热贮能系统中的传热问题在周边热损和液相自然对流可忽略的情况下可作简化处理，即可视为一维相变传热问题。（1）一维半无限大物体的相变传热问题一半无限大相变材料PCM（phasechangematerial）液体初始处于均匀温度Ti，时间t>0时，边界x=0处被突然冷却并一直保持一低于PCM熔点Tm的温度Tw。假定凝固过程中固相与液相的物性与温度无关，两相密度相同，相界面位置为s（t）。我们可以根据能量守恒原理求出两相区内温度分布和S（t）的变化规律。如图2-20所示。7/26/2023图2-20

半无限大平板凝固过程示意图7/26/2023（2）考虑在轴对称无限大区域内由一线热汇所引起的凝固过程

一条强度为Q的线热汇置于均匀温度Ti（Ti﹥Tm）的液体之中，于t=0开始作用。液体出现凝固，固-液界面向r正方向移动，为简化起见，忽略相变前后的密度差，可求温度分布和相变边界移动规律。7/26/2023轴对称情况下相变发生在一个温度区间示意图（3）有限大平板的凝固问题温度为Ti的液体被限制在一定宽度的空间内（0≤x≤b），Ti＞Tm。当时间t>0时，边界x=0施加并维持一恒定温度Tw，Tw＜Tm，x=b的边界维持绝热。凝固过程从x=0的面开始，固-液界面向的正方向移动。7/26/2023（4）圆柱体内的凝固问题

半径为R的无穷长圆管内充满凝固点温度为Tm的液体，当T>0时，圆管被突然置于温度T＜Tm的环境中，因对流冷却而凝固，表面换热系数h为常数。求相变材料内逐时温度分布和圆管的逐时传热速率。7/26/2023（5）圆球内的凝固问题

半径为R的圆球内充满凝固点温度为Tm的液体，当t>0时，圆球被突然置于温度Ta＜Tm的环境中，因对流冷却而凝固，表面换热系数为常数。求球内逐时温度分布和圆球的逐时传热速率。这些问题一般可采用分析求解和数值方法。精确分析以纽曼方法为主，近似分析方法很多，主要有积分法、准稳态发、热阻法、摄动法和逐次逼近法等等。当分析解法遇到困难或者根本无法求解时，可考虑采用数值解法，如有限单元法和有限差分法等，适合于解决更实际的问题。7/26/2023第三章

传热传质的分析和计算7/26/2023内容动量、热量和质量传递类比3.1对流传质的准则关联式3.2热量和质量同时进行时的热质传递3.37/26/2023对流传质的准则关联式3.43.1.1三种传递现象的速率描述及其之间的雷同关系流体系统中：速度梯度动量传递温度梯度热量传递浓度梯度质量传递3.1

动量、热量和质量传递类比7/26/20233.1.2三传方程连续性方程

动量方程

能量方程

扩散方程

当ν=a=D时，三个传递方程形式完全一样80-1567/26/2023边界条件为：

动量方程

或

或

能量方程

扩散方程

三个传递方程的边界条件形式完全一样80-1577/26/2023

三个性质类似的传递系数中，任意两个系数的比值均为无量纲量,即普朗特准则表示速度分布和温度分布的相互关系，体现流动和传热之间的相互联系施密特准则表示速度分布和浓度分布的相互关系，体现流体的动量与传质间的联系刘伊斯准则表示温度分布和浓度分布的相互关系，体现传热和传质之间的联系80-1587/26/2023

类似的，对流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则关联式为：气体混合物：通常Le≈1，即a≈D。此时，边界层内温度分布和浓度分布相似。对流换热的准则关联式为：此为刘伊斯关系式，即热质交换类比律。Re给定条件下，Le=1时，有：即7/26/20233.1.3动量交换与热交换的类比在质交换中的应用3.1.3.1雷诺(Renold)类比

(Pr=1)当Pr=1时7/26/2023以上关系也可推广到质量传输，建立动量传输与质量传输之间的雷诺类似律当Sc=1，即ν=D时7/26/20233.1.3.2柯尔本（Colburn）类比普朗特(Prandtl)类比（考虑了层流底层）卡门(Karman)类比（考虑了层流底层、过渡层）7/26/2023契尔顿(Chilton)和柯尔本发表了如下的类似的表达式：

传热因子JH，传质因子JD

7/26/2023对流传热和流体摩阻之间的关系，可表示为：对流传质和流体摩阻之间的关系可表示为：实验证明JH、JD和摩阻系数Cf

有下列关系上式适用于平板流等无形状阻力的情况。

7/26/2023对于柯尔本类比适用的情况：对流传热的公式可用于对流传质。

只要将有关参数及准则数替换为对流传质的对应参量和准则数即可。80-1657/26/2023平板层流传热

平板层流传质

平板紊流传热

平板紊流传质

光滑管紊流传热

光滑管紊流传质

平板层流传质

平板紊流传热

平板紊流传质

7/26/20233.1.3.3热、质传输同时存在的类比关系例题7/26/20233.2对流质交换的准则关联式3.2.1流体在管内受迫流动时的质交换由传热学可知在温差较小的条件下，管内紊流换热可不计物性修正项，并有如下准则关联式

吉利兰（Gilliland）把实验结果整理成相似准则，并得到相应的准则关联式为

注意适用范围、定性参数选择7/26/2023水丁醇甲苯苯胺异丙醇另戊醇另丁醇氯苯醋酸已酯Sh/Sc0.4480-1697/26/2023用类比来计算管内流动质交换系数,由于

采用布拉西乌斯(Blasius)光滑管内的摩阻系数公式

则

7/26/20233.2.2流体沿平板流动时的质交换沿平板流动换热的准则关联式

层流时

相应的质交换准则关联式为紊流时

相应的质交换准则关联式应是例题80-1717/26/20233.3热量和质量同时进行时的热质传递

工程实践中的许多情形都是同时包含着动量传递、能量传递、质量传递这三个传递过程,它们彼此是相互影响的。80-1727/26/20233.3.1同时进行传热与传质的过程在等温过程中，由于组分的质量传递，单位时间、单位面积上所传递的热量为：如果传递系统中还有导热，则传递的热量为：如果传递系统中还有对流换热，则传递的热量为：Ni为组分i的传质速率；M*i为组分i的分子量；t0焓值计算参考温度7/26/2023(a)

(b)

滞留层内浓度分布示意图(a)V(y)=0(b)V(y)≠0

能斯特（Nernst）薄膜理论CA0CA∞CACA0CA∞CACA(y)CA(y)7/26/2023

在二元系统中，对于通过静止气层扩散过程的传质系数定义(A组分浓度很小，可认为是等分子反方向扩散，无混合物整体流动）在热量传递中有膜传热系数7/26/2023同一表面传质过程对传热过程的影响(1)物理模型：根据薄膜理论研究同时进行热质传递的过程１）问题的提出２）物理简化(2)数学模型1）方程的建立2）边界条件3）解的分析例题已知：一股温度为的流体流经温度为的壁面。传递过程中，组分从壁面向流体方向进行传递，传递速率分别为

，壁面有一层滞留薄层，厚度为求：壁面与流体间的热交换量。3.3.2同一表面上传质过程对传热过程的影响(a)滞留层中的温度、浓度分布示意图(b)微元体内热平衡CA(y)CA1CA2δ0q4q1q2q3t2t17/26/2023进入微元体的热流由两部分组成:导热+传质

(1)导入的热量：(2)导出的热量：(3)净导入的热量：

导入微元体的热量

7/26/2023(1)由于分子扩散，进入微元体的传递组分A、B本身具有的焓为：

(3)通过传质进入微元体的净热量为：

通过传质进入微元体的热量

(2)由于分子扩散，离开微元体的传递组分A、B本身具有的焓为：

7/26/2023稳态条件下，进人微元体的总热流等于0C0无因次数C0为传质阿克曼修正系数(Ackermancorrection)。传质自壁面向主流，则C0>0，反之C0<0。7/26/2023最后得到流体在薄膜层内的温度分布为：

壁面上的导热热流为：

在无传质时，C0=0,可知温度t为线性分布，传热量为表明：传质影响传热无传质时的导热热流通量7/26/2023一般情形下：

总热流量应为（导热+有传质时的热流通量）：7/26/2023因此

上式表明，传质的存在对壁面热传导和总传热量的影响是方向相反的。7/26/2023传质对传热的影响关系示意图C0<0C0>0C0qc/qc,0qt/qc,0C0<0C0>0C07/26/2023传质对传热的影响关系示意图7/26/2023而：

可知因传质的存在，传质速率的大小与方向影响了壁面上的温度梯度，即t'(0)的值，从而影响了壁面上的导热量。

由图可知，当C0为正值时，壁面上的导热量明显减少，当C0值接近4时，壁面上的导热量几乎等于零。7/26/2023普通冷却过程及三种传质冷却过程示意

7/26/2023发汗冷却烧蚀冷却冷凝器表面和蒸发器表面的热质交换过程

假定在传递过程中，只有组分A凝结，则冷凝器表面的总传热量为:根据契尔顿-柯尔本类似律，有:潜热7/26/2023得进入冷凝器的总热量，应该等于冷凝器内侧的冷却流体带走的热量7/26/20233.3.3刘伊斯关系式

在相同的雷诺数条件下，根据契尔顿-柯本尔热质交换的类比因为在空调温度范围内，干空气的质量密度变化不大。故7/26/2023因此

在空调温度范围内对于水-空气系统所以

干空气的平均质量密度湿空气的含湿量以含湿量差为驱动力的传质系数见下页表中数据刘伊斯关系式7/26/2023a/D干空气和饱和湿空气的热质扩散系数

温度(℃)饱和度a×102(m2/h)D×102(m2/h)10017.157.148.370.8550.85415.6017.427.408.700.8540.85220.1017.697.079.020.8530.85026.7017.957.939.360.8520.84832.2018.248.209.070.8510.84637.3018.538.4610.040.8500.84343.3018.828.7110.390.8480.83848.9019.118.9410.750.8480.83254.4019.409.1511.110.8460.82360019.709.6011.470.8450.8127/26/2023

刘易斯关系式成立的条件：（1）0.6<Pr<60,0.6<Sc<3000;(2)Le=a/DAB≈1。条件表明，热扩散和质量扩散要满足一定的条件。而对于扩散不占主导地位的湍流热质交换过程，刘伊斯关系式是否适用呢？湍流热质交换示意图t1,d1t2,d27/26/2023因湍流交换而从平面1流到平面2的每单位面积的热流量为用湍流换热系数h来表示这一热流量同样，由于湍流交换而引起的每单位面积上的质量交换量为得到

湍流时，无论a/D是否等于1，刘伊斯关系式必成立7/26/20233.3.4湿球温度的理论基础湿球温度计7/26/2023当空气与湿布表面之间的热量交换达到稳定状态时，空气对湿布表面传导的热量为湿布表面蒸发扩散的水分量为根据热平衡，得7/26/2023根据刘伊斯关系式，由上式变为：采用级数把上式左边展开，级数取前两项，简化为考虑到干、湿球温度相差不大，因此在此温度范围内，湿空气的定压比热与汽化潜热都变化不大7/26/2023绝热饱和温度ts

完全取决于进口湿空气及水的状态与总量，不受其它任何因素的影响，所以ts是湿空气的一个状态参数

根据湿空气焓的定义，可得湿球温度受多种传递因素影响，不是湿空气单一函数

湿空气焓是湿球温度的单一函数7/26/2023

已知绝热饱和温度ts和干球温度t，求进口湿空气含湿量d。其中ts≈twb80-1997/26/20233.3.5自然环境中的传热传质3.3.5.1大气中的水面蒸发及测定1）只考虑纯分子扩散2）考虑对流影响实际可忽略扩散蒸发量80-2007/26/20233.3.5.2季节变化和昼夜变化对水面蒸发的影响及测定

由于漩涡、对流影响在水面存在一层温度均匀的表面层。表面层过渡层深水层（常年温度不变）表面层过渡层深水层（常年温度不变）春天夏天表面层（降温）过渡层（向上自然对流）深水层（常年温度不变）秋天表面层过渡层（向上自然对流）深水层（常年温度不变）冬天水中温度分布7/26/2023中午晚上深夜到凌晨早晨tztztztz大气中温度分布7/26/2023作业：教材中的思考题7/26/20237/26/202380-204第四章空气热质处理方法

空气调节：

一：基本概念利用冷却或者加热设备等装置，对空气温度和湿度进行处理，使之达到人体舒适度的要求。热舒适度：

人体对周围空气环境的舒适热感觉，在人的活动量和衣着一定的前提下，主要取决于室内环境参数，如温度湿度等。国家有标准，国际标准ASHRAE55。新风：

从室内引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中。

新风量大小是衡量室内空气质量的重要参考指标。通常根据CO2的浓度来确定。用途：一是满足室内人员的卫生要求二是补充室内排气和保持室内正压。回风：从室内引出的空气，经过热质设备的处理，再送回室内的环境中。

回风是应该等于系统的总回风量减去系统的新风量。送风状态点：为了消除室内的余压余温，以保持室内空气环境要求，送入房间空气的状态。室内设计工况：夏季：温度24-28℃，相对湿度40-65%，风速不应大于0.3m/s冬季：温度18-22℃，相对湿度40-60%，风速0.2m/s.4.1空气热质处理的途径

在空调系统中，当得到同一送风状态点，可能有不同的处理途径。以完全使用室外新风的空调系统（直流式系统）为例：oNWL12345％表4-1空气处理各种途径的方案说明

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)W’→2→L→O(2)W‘→3→L→O(3)W'→4→O(4)W'→L→O

(5)W'→5→L'→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4.2空气与水/固体表面之间的热质交换湿空气在冷表面上的冷却降温如图４－２，取无限小的微元面积，热质交换方程：湿空气侧：

（1）

（2）

冷却剂侧：

（3）

热平衡：

（续）由（5）式（7）根据出口湿蒸汽的状态可求得出口空气的含湿量及凝结水量，及所需要的冷却面积。

常压下饱和湿空气的焓值及其在饱和曲线上的斜率

4.47.210.012.815.618.321.123.926.729.432.235.037.840.643.346.148.951.754.48.4619.80111.27812.90014.67016.70018.93820.33824.27127.46031.07135.17639.84545.18751.29858.31966.40875.77486.607

0.4540.5070.5570.6160.6840.7630.8550.9601.0821.2241.3891.5801.8022.0612.3642.723.143.644.25

i(kcal/kg)t(℃)di/dt[kcal/(kg·℃)]湿肋效率的计算

等直截面积肋片，假设(1)传递过程是稳定的

(2)导热系数，肋根温度均为常数(3)金属肋片只有x方向的导热，

水膜只有垂直膜法向导热。

取微元体dx，金属肋片在x方向的导热量为：=由则上式变为：相加由（1）式边界条件x=0x=L如果湿肋效率定义为：分别为温度为肋片平均温度和肋根温度所对应的饱和湿空气的焓

其中与干肋效率形式一样，只是用代替h即可热湿交换原理空气与水直接接触是热湿交换。空气与水直接接触，根据水温不同，可发生：显热或潜热交换，即热交换伴有质交换：总交换量=显热交换+潜热交换取一微元面积dA空气温度变化dt，含湿量变化d(d)。则，显热交换量潜热交换量通常把总热交换量与显热交换量值比称为热扩大系数或析湿系数

总热交换量

空气与水直接接触时的状态变化过程假设：

水量无限大，接触时间无限长空气却能达到具有水温的饱和状态，

终状态将位于

图中的饱和线上，空气终温等于水温。空气与水接触经历的状态变化过程取决于与水接触的水温，对应有七种1234567％AA-2——增湿和减湿分界线A-4——增焓和减焓分界线A-6——升温和降温分界线空气与水直接接触时各种过程的特点

过程线

水温特点

A-1

t或Qx

d或Qs

i或Qx

tw<tl

减

过程名称

减减减湿冷却

A-2

tw=tl

不变

减等湿冷却

减A-3

tl<tw<ts

增

减减减焓加湿

A-4

tw=ts

不变

减增

等焓加湿

A-5

ts<tw<tA

增焓加湿

减增

增

A-6

tw=tA

等温加湿

不变

增

增

A-7

tw>tA

增温加湿

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上述是在理想过程中发生的，实际过程中水温是要发生变化的。％A123顺流*吸附材料处理空气的机理和方法*

目的，要求：1，掌握吸附处理空气的机理和方法2，了解吸附的特点、吸附曲线、吸附热3，熟悉吸附干燥处理空气的应用教学内容：

1，吸附现象的基本概念、机理、吸附曲线及模型；2，静态吸附和动态吸附;3，吸附除湿空调系统重点：

吸附处理空气方法，吸附除湿空调系统难点：

吸附机理和吸附模型补充：

吸附的基础理论（表面张力和表面能）表面张力体系表面层的性质不同于体系内部B分子：一方面受内部分子的作用；另一部分受外部气相分子作用，由于密度很小，对B分子的吸引力相对很小，可忽略。故表面分子只受内部分子的吸引力，其合力垂直液面且指向液体内部。液体表面层的分子由于受到内部分子的吸引力，都趋向挤向液体内部，

从而使液体表面积分量缩小和降低其位能。A分子：受到周围分子的吸引力，各面受力相同，合力为零。从宏观上看，液体表面就好像是一张拉紧了的弹性膜，沿表面切线方向存在着使表面缩小的作用力，这就叫做表面张力。通常表面张力：指在与作用方向垂直的单位长度线段上的比表面张力，简称表面张力，由σ表示N/m。表面自由焓

比表面自由焓（表面能）表面分子比内层分子具有更多的能量，这多余的能量称为比表面自由焓（表面能），单位面积上表面自由焓称为比表面自由焓

外界对某一体系做功时，使其表面积增加

，于是有一定数量的

消耗功而增加的表面自由焓分子从内部进入表面层，由于σ——比表面自由焓比表面自由焓：是在温度，压力特定时，增加单位表面积所引起的表面自由焓的增量。表面张力和表面自由焓，是从不同角度反映了表面分子受力不均衡的特性。（二者是一个量）热力学最小自由能原理

热力学最小自由能原理：在恒温恒压下，自由焓减小的过程自动地进行。当自由焓最小时，体系处于平衡状态。表面张力恒定：

则若表面张力减小的过程能自发的进行。当固体表面吸附气体分子或液体时，其表

面自由焓因被吸附分子或液体的外向吸引作用而减小，即表面吸附可以减小表面自由焓。(*)表面张力减小是吸附作用发生的热力学原因。

如果A和σ都发生变化，只要总的效果能发生自由焓减少，那么过程都能自发的进行。弯曲表面的附加压力

附加压力：由于表面张力的存在产生的一种压力，气泡内的压力必然大于气泡外部的压力。附加压力只发生在弯曲液面上。附加压力与曲率半径的关系

定量关系：

——附加压力

可逆条件下，在

作用下，使气泡

则体积和表面积增加dV和dA自由焓增量=（反抗附加压力）消耗的功1）曲面附加压力与表面张力成正比2）曲面附加压力与曲率半径成反比3）因σ恒正，

凸形液面

为正；，凹形液面

为负。小气泡的附加压力大由于非弯曲液面不存在附加压力，所以很容易解释为什么自由液滴或气泡均呈球形。不规则弯曲表面的附加压力蒸汽压力与表面曲率的关系

半径r越小，曲率越大，其蒸汽压力越大；

当（凹面）毛细管内对尚未饱和的水蒸气先凝结。吸附现象

吸附：物质在相界面上浓度自动发生变化的现象。

或者说是在相异街面上的一种分子积聚现象。——吸附现象吸附（adsorfstion）：就是把分子配列程度较低的气相分子浓缩到分子配列程度较高的固相中。

解附（脱附）：已被吸附的分子或原子，返回到气相中的现象。

吸收：被吸收物质扩散到整个体积内。

如吸附使表面自由焓降低，则吸附过程是一个自发过程。吸附剂：具有吸附作用的物质。吸附质：被吸附的物质总内能：

——比表面积很大时，表面能起很大作用物理吸附和化学吸附的区别(1)

物理吸附：范德华力的作用，不发生电子转移和化学键的生成和破坏，

凝聚现象。化学吸附：生成表面吸附键，形成表面化