热质交换原理与设备名词解释及课后第二章习题

1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2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/diPr=v/aSh=hm.l/DiNu=hl/λStm=Sh/Re.ScSt=Nu/Re.Pr8、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？UaUb:绝对速度Um：混合物速度UaUb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/LRe0.5Sc1/314、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。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3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，pp250的练习题1至9题计算题1、有一管道充满了氮气和氧气的混合气体，其温度为200℃，总压力位0.1MPa，一端氮气浓度为1.0Kmol/m3，另一端浓度为0.4Kmol/m3，两端相距50cm，已知DAB=0.5×10-4m2/s，计算稳态下氮气的物质的量通量。解：由斐克第一定律得：2121,CACAABzzAndcADdzj1221zzCCDjAAAB=5.0)4.00.1(105.04=6×10-5kmol/(m2.S)2、有一管道充满了氮气和氦气的混合气体，其温度为300K，总压力位0.1MPa，一端氮气的分压力为0.06MPa，另一端为0.01MPa，两端相距30cm，已知DAB=0.687×10-4m2/s，计算稳态下氮气的物质的量通量。解：由斐克第一定律得：2121,CACAABzzAndcADdzj1221zzCCDjAAAB对于理想气体，RTnVpAA，RTpVncAAA)()(1221,zzRTppDjAAABAn=3.0300314.8)100600(10678.04=4.59×10-6kmol/m2·s3、某空气冷却式冷凝器，以R134a为制冷剂，冷凝温度为ts=50℃，蒸发温度t0=5℃，时的制冷量Q0=5500W，压缩机的功耗是1500W，冷凝器空气进口温度为35℃，出口温度为43℃。（1）制冷剂与空气的对数平均温差是多少？（2）已知在空气平均温度39℃下，空气的比热为1013J/kg.K，密度为1.1kg/m3,所需空气流量是多少？解：（1）△t‘=50-35=15℃,△t’’=50-43=7℃''''''ttInttm=10.5℃(2)冷凝总负荷021WQQ=5500+1500=7000W4tcQqv1=7000/（1.1×1013×8）=0.79m3/s4、一个直径为3cm的萘球悬挂于空气管道中，求下述条件的瞬时传质系数；（1）萘球周围的空气静止，温度为259K，压力为101.325kPa，萘在空气中的扩散率为5.14×10-6m2/s；（2）空气以0.15m/s的速度流过萘球，温度为259K，压力为101.325kPa，1ScGr。解：（1）Sh=2.0（2分）dDshhABc=2.0×5.14×10-6/0.03=3.43×10-4m/s（2）udRe=0.15×0.03/1.0×105=4.5×102，（1分）ABDSc=1.950.2Sh0.569（ScGr）0.25=2.569dDshhABc=2.569×5.14×10-6/0.03=4.4×10-4m/s5、一管式逆流空气加热器，空气由15℃加热到30℃，水在80℃下进入换热器管内，40℃时离开，总换热量位30kW，传热系数为40W/(m2.℃),求：（1）平均换热温差；（2）换热器面积。解：（1）△t‘=80-30=50℃,△t’’=40-15=25℃''''''ttIntttm=35.7℃（2）mtkQA=30000/（40×35.7）=21m26、试推导空调计算中常用的刘伊斯关系式pmdchh。7、含少量碘的压力为1.013×105Pa、温度为25℃的空气，以5.18m/s的速度流过直径为3.05×10-2m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=0.826×10-5㎡/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ν=15.15×10-6m2/s）管内受迫层流：333.0333.0Re86.1ScSh，管内受迫紊流：44.083.0Re023.0ScSh解：88.110826.01053.1556DvSc101731053.151005.318.5Re62vud535.6488.110173023.0Re023.044.083.044.083.0ScShsmdShDhm017.01005.310826.035.6425smkmolnnhNmmmA2017.008、已知空调系统送风量G＝5㎏/s，空气初状态参数t1=35℃，ts1=26.9℃，i1=85kJ/㎏；终状态参数为t2=19℃，ts2=18.1℃，i2=51.4kJ/㎏；空气压强101325Pa，试选用JW型空气冷却器并求出其中的传热系数范围。（空气密度ρ=1.2kg/m3，定压比热cp=1.005kJ/(kg·℃)，水定压比热cp=4.19kJ/(kg·℃)，可选表冷器中水流速范围w=0.8-1.6m/s）。已知水冷式表面冷却器作为冷却用之传热系数（W/㎡·℃）:4排:8.003.152.06.33217.3911ykV6排:8.002.152.06.32515.4111ykV8排:8.00.158.06.35315.3511ykV型号风量（m3/h）每排散热面积d（m2）迎风面积Ay（m2）通水断面积Aw（m2