绪论(热质交换原理与设备)

热质交换原理与设备(第三版）第一章绪论内容1学习本课程的重要性与必要性2建筑环境传质学的特点3本专业中典型的热质交换现象4常见的热质交换设备及分类5.本课程在专业中的地位和作用第一章绪论•人在室内的时间：•NHAPS(调查人数n=9196人）1234住宅（68.7%）其它室内活动（18.2%）交通工具（5.5%）室外（7.6%）JournalofExposureAnalysisandEnvironmentalEpidemiology•1学习建筑环境传质学的重要性与必要性•人们90%左右的时间在建筑环境(广义）中度过[1]，因此，建筑环境对于人们的舒适、健康和工作效率至关重要。•Fanger教授语。•建筑环境：Indoorair:Indoorclimate+Indoorairquality,建筑光环境、建筑声环境等。•传统空调的两大任务：空气温度和湿度（T,d）控制。•现代空调的五大任务：空气温度、湿度、室内空气品质（浓度）、气流组织和节能(速度）•(T,d,C,v,E)它们都与热质交换有关。第一章绪论何为传递（输）现象（TansportPhenomena）？303308313323328333333338348348Z(mm)Y(mm)-0.01-0.00500.0050.0100.0020.0040.0060.0080.01303308313318323328333338343348353传递现象：自然界的基本物理现象，包括动量传递、能量传递和质量传递。传递（传输）理论包括流体动力学、热量传递和质量传递三个相互密切关联的主体。308343343338338338343343348323318328353328333338343318328338338ZY-0.01-0.00500.0050.0100.0020.0040.0060.0080.01303308313318323328333338343348353三种传递应一起研究：（1）任何一种传递现象单独发生是例外、非常见（2）描述现象的基本方程紧密相关，类似，可用类比方法求解（3）数学工具相似（4)构成各种传递现象基础的分子机理密切相关，分子运动和相互作用是引起粘性、热传导和扩散的原因第一章绪论创造和控制建筑及其他室内人工环境时发生的热质交换现象与规律相应的能源转换设备的分析计算方法热与质密不可分•传统热湿控制问题举例一•房间湿负荷计算•传统热湿控制问题举例二•热质交换设备性能分析和优化•传统热湿控制问题举例三•吸收式或吸附式空调第一章绪论•传统热湿控制问题举例四•全热交换器性能分析和优化•传统热湿控制问题举例五•水景空调问题第一章绪论第一章绪论2.生活中常见的热质交换现象汽车尾气的排放建筑材料中甲醛等的释放大气污染问题汗液蒸发、露珠的形成房子会呼吸太阳能相变墙体保温材料“会呼吸的墙”“会呼吸的墙”硅藻泥、海贝泥具有消除甲醛、调节室内湿度、释放负氧离子、杀菌消毒、除臭消味、防火阻燃、降噪隔热、墙面自洁等八大功能–喷淋室处理空气的过程3.本专业中典型的热质交换现象绪论绪论•送风气流与室内空气的热质交换过程本专业中典型的热质交换现象绪论•制冷剂的冷凝过程本专业中典型的热质交换现象•冰蓄冷空调的蓄冰过程•燃料的燃烧过程•表面式冷却器对空气冷却去湿•加湿器、空气净化器水景空调新疆地区：蒸发冷却空调•干湿地区：西北地区、新疆地区•最湿月＜10.2g/kg•干燥地区：含水量8～11g/kg•采用间接蒸发冷却•非常干燥地区：含水量＜6g/kg•采用直接蒸发冷却绪论动量传递热量传递质量传递汽车尾气的排放建筑材料中甲醛等的释放大气污染问题本专业中典型的热质交换现象汗液蒸发、露珠的形成•建筑装修材料及家具中含有甲醛、甲苯、苯等等物质。•VOCs---VOCVolatilieorganicconpounds•脲醛树脂---甲醛与尿素反应得到的聚合物，也称脲甲醛树脂，英文缩写UF，加工成型时发生交联，制品为不溶不熔的热固性树脂。•室外空气污染的原因一：•中国主要的商品能源来自煤（70%）•室外空气污染的原因二•发电和采暖大量使用煤燃料•室外空气污染的原因三•过度开发使用，造成水土流失（沙漠化）空气净化器：鱼龙混杂，良莠不齐有的是负面影响：甲苯→净化器→苯和甲醛（大6倍）纳米热•纳米二氧化钛：TiO2价带导带通过多重催化氧化反应产生大量羟自由基、一定量的负氧离子和微量的臭氧等氧化离子通过氧化杀死细菌和微生物，并分解有害的有机气体。装置必须具有能够分别发出UVC和UVD两种不同波段紫外线的光子灯管；与空调箱配套使用的纳米光子空气净化器可根据实际处理风量决定采用UVD或者UVC光子管的数量。日本东京大学教授Fujishima发现的WHO调查结果表示：人们受到的空气污染主要来自室内•美国环保署（EPA：EnviromentalProtectionAgency)表示：室内空气污染是影响健康的主要环境问题之一。•人的健康、舒适、工作效率•美国统计结果：室内空气质量问题造成的损失每年逾400亿美元•1995年中国统计结果：室内空气质量问题造成的损失每年约1000亿人民币室内环境综合控制•控制方法温度湿度源头控制自然通风个体空调空调箱（气流组织）结论：在建筑空气环境控制与改善中，存在着大量的传质或热质交换的问题。4.常见的热质交换设备及分类常见的热质交换设备的形式与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热质交换设备的分类（1）按工作原理分类•间壁式(表面式)•直接接触式（混合式）•蓄热式（回热式、再生式）•热管式（2）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ColdfluidHotfluidColdfluidHotfluid两种流体均不混合一种流体混合另一种不混合叉流换热器混流换热器(c)总趋势为逆流的混合流(a)先顺后逆的平行混流(b)先逆后顺的串联混流(d)总趋势为顺流的混合流（3）按用途分类表冷器加热器预热器喷淋室过热器冷凝器蒸发器加湿器暖风机（4）按制造材料分类金属材料非金属材料(石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等）稀有金属材料（钛、锆等）5.本课程在专业中的地位和作用动量传递热量传递质量传递流体力学传热学工程热力学供暖工程空气调节制冷技术锅炉燃气燃烧工业通风绪论本课程在专业中的地位和作用空调房间冷/热风空调机组制冷机组锅炉冷冻水热水或蒸汽绪论本课程在专业中的地位和作用空调房间冷/热风空调机组制冷机组锅炉冷冻水热水或蒸汽建筑环境传质学的特点•一、涉及所有传质学机理问题•二、浓度较低，浓度场几乎不影响速度场•三、传热学和传质学存在异体同构的特点•传热学的研究目标：热量传递的规律及其各种应用传质学的研究目标：传质的规律及其各种应用•热质交换原理与应用：•研究质量传递，热量和质量同时传递的规律及其应用，是传热学的拓展和补充，并着重解决建筑环境与能源工程及其相关领域的热质交换问题。本课程特点问题发现和提炼，规律探讨和运用，过程分析和优化，设备设计和选用，模型建立和应用。注意：(1)注重物理概念、基本原理的介绍；(2)注重从实际需求中提炼建筑环境传质问题；(3)注重利用数学方法深入、简明的描述和解决传质问题；(4)注意介绍建筑环境传质领域国内外最新研究成果；(5)有机融入作者自身及其合作伙伴的研究成果。绪论•课程的主要内容传质的理论基础传热传质问题的分析计算空气的热湿处理吸附和吸收处理空气的原理和方法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复合式热质交换设备的热工计算热质交换设备的优化设计及性能评价课程体系结构图热质交换原理与设备热质交换过程相变热质交换空气热质处理方法热质交换设备间壁式混合式表冷器其它喷淋室冷却塔加热器其它原理部分设备部分学习方法•(1)注意理解和掌握建筑空气环境传质学中基本概念和基本原理；•(2)利用传热和传质的相似性以及掌握的传热学知识，学习建筑空气环境传质学的基本原理和解决问题的方法；•(3)善于从书本中学习，对习题透彻理解、深入解析并能举一反三；•(4)做有心人，善于从实际问题中提炼建筑环境传质问题；•(5)注意提高数学素养，在可能的情况下尽量利用数学方法深入、简明地描述和解决传质问题；•(6)建筑环境传质领域涉及的面较广，需要善于学习相关领域的知识，并灵活运用；•(7)勤于利用所学知识,解决书本上、文献中尤其是生活和实践中的建筑空气环境传质学问题；•(8)善于和同行、同事、同学研讨和交流并互相学习；•(9)注意了解建筑环境传质领域国内外最新研究成果和动态。•关于(9),现在有很多方法，譬如通过网络上的ScienceCitationIndex(科学引用索引，简称SCI)、EngineeringIndex（工程索引，简称EI）和中国期刊网，用关键词检索，可方便、快捷地查询有关论文全文或相关信息。•此外，以下期刊可经常浏览，上面会刊载有关建筑环境传质的论文：•AtmosphericEnvironment•􀁺BuildingandEnvironment•􀁺EnvironmentScienceandTechnology•EnergyandBuilding•HeatandMassTransfer􀁺HVAC&RResearch•􀁺IndoorAir•􀁺IndoorandBuiltEnvironment•􀁺Inter.J.ofHeatandMassTransfer•􀁺J.ofAir&WasteManagementAssociation•􀁺JournalofExposureAnalysisandEnvironmentalEpidemiology•􀁺SeparationandPurificationMethods•􀁺暖通空调•􀁺工程热物理学报•􀁺环境科学•􀁺中国环境科学•􀁺安全与环境学报•􀁺建筑热能通风空调•课程共同建设，教学相长。•教学方法：非灌输式，启发式＋参与式。•具体形式为：讲课、讨论、查资料和文献（图书馆，网络等）、练习(习题、小课题)、•提意见和建议、学生讲等相结合。•建筑环境传质学会像宋代学者朱熹描述的那样：“半亩方塘一鉴开，天光云影共徘徊。问渠哪得清如许，为有源头活水来。”平时成绩占30％由四部分组成（实验、考勤、作业、论文）汗液蒸发带走体内的热量常见的热质交换现象热量传递与质量传递同时发生出汗散热和人体热舒适的关系?汽车尾气的排放既有动量传递过程也有热量和质量交换的过程常见的热质交换现象