热质交换原理与设备复习题(题库)

1简要回答问题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。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。8、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。14、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3、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=7000W2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）=21m27、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vud35.6488.110173023.0Re023.044.083.044.083.0ScShsmdShDhm017.01005.310826.035.64253smkmolnnhNmmmA2017.009、氢气和空气在总压强为1.013×105Pa，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为0.6㎝2/s，在垂直于扩散方向距离为10㎜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。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smmolyppTRDNNAAmBA22421/1059.201.05300160002988314106.0负号表示两种气体组分扩散方向相反。综述题2、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。动量、热量、质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。12、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点？1优点1)平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。2)制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。3)利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。4)电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。5)冷冻水温度可降到1－4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。6)相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。7)具有应急冷〔热〕源，空调可靠性提高。8)冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。2缺点1)通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大2)蓄能装置要占用一定的建筑空间。3)制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。4)设计与调试相对复杂。1.热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么？解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。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，不掺混。直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，传递热量和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。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）组成的蓄热体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体壁温升高，把热量储存于固体蓄热体中，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。热管换热器是以热管为换热元件的换热器，由若干热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体4中，中隔板与热管加热段，冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。2、简述顺流、逆流、汊流、和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析解：顺流式又称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端进入换热器。逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。顺流和逆流分析比较：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，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，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，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。6、简述冷却塔的各主要部件及其作用。解：冷却塔的主要部件及作用：（1）淋水装置，又称填料，作用在于将进塔的热水尽可能的形成细小的水滴或水膜，增加水和空气的接触面积，延长接触时间，从而增进水气之间的热质交换。（2）配水系统，作用在于将热水均匀分配到整个淋水面积上，从而使淋水装置发挥最大的冷却能力。（3）通风筒：冷却塔的外壳气流的通道。7、在湿工况下，为什么一台表冷器，在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度越高则换热能力越大？解：空气的湿球温度越高所具有的焓值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交换的动力是焓差，焓差越大，则换热能力就愈大。9、什么叫析湿系数?它的物理意义是什么？解：总热交换量与由温差引起的热交换量的比值为析湿系数，用表示，定义为表示由于存在湿交换而增大了换热量，其值大小直接反映了表冷器上凝结水析出的多少。课后第二章问答1、答：单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。以绝对速度表示的质量通量：,,AAABBBAABBmumumeueu以扩散速度表示的质量通量：(),(),AAABBBBABjuujuuujjj以主流速度表示的质量通量：1()()AAAABBAABeueeueuamme()BBABeuamm2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为22COCO，即为1摩尔的C与1摩尔的2O反应，生成1摩尔的2CO，所以2O与2CO通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。53、答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。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扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递）动量传递、能量传递和质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式都是类似的。4、答：将雷诺类比律和柯尔本类比律推广应用于对流质交换可知，传递因子等于传质因子①2233rP2mHDttcGJJSSS②且可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质，只要将对流传热计算式中的有关物理参数及准则数用对流传质中相对应的代换即可，如：r,,,P,,mcuhtttcaDDSNSSS③当流体通过一物体表面，并与表面之间既有质量又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h计算传质系数mh23mhhLee5：答：斯密特准则civSD表示物性对对流传质的影响，速度边界层和浓度边界层的相对关系刘伊斯准则rPcvSDaLevDa表示热量传递与质量传递能力相对大小热边界层于浓度边界层厚度关系