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1、热质交换原理与设备习题答案( 第版) 2 作者：日期：3 第一章绪论1、答：分为三类。动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）；热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）；质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。2、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
2、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。3、 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
3、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4 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。第二章 传质的理论基础1、答：单位时间通过
4、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：,AAABBBAABBmumume ue u以扩散速度表示的质量通量：(),(),AAABBBBABjuujuu ujjj以主流速度表示的质量通量：1()()AAAABBAABe uee ue uamme()BBABe uamm 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。 3、从分子运动论的观点可知：D312p T两种气体 A 与 B 之间的分子扩散系数
5、可用吉利兰提出的半经验公式估算：3241133435.71110()ABABTDp VV若在压强5001.013 10,273PPa TK时各种气体在空气中的扩散系数0D，在其他 P、T状态下的扩散系数可用该式计算32000PTDDPT（1）氧气和氮气：2233025.6 10/()32oVmkg kmol223331.1 10/()28NNVmkg kmol3425211523311435.72981032281.54 10/1.0132 10(25.631.1 )Dms（2）氨气和空气：51.013210PPa25273298TK501.0132 10PPa0273TK3221.01329
6、80.2()0.228/1.0132273Dcms2-4、解：气体等摩尔互扩散问题124230.610(160005300)()0.0259/()8.314298 1010AAADNPPkmolmsRT zm2s R0通用气体常数单位：J/kmolK 5 5、解： 250C时空气的物性：351.185/,1.835 10,kg mPa s6242015.53 10/ ,0.2210/ms Dms32420006640.25 10/4 0.08Re2060515.53 1015.53 100.620.25 10ocPTDDmsPTu dvvSD用式子（ 2-153）进行计算0.830.440.8
7、30.4440.0230.023 206050.6270.9570.95 0.25 100.0222/0.08mecmmshRSsh Dhm sd设传质速率为AG，则211220000()()()44ln4AAAmA sAAlAmA sAA sAmA sAdGd dx hd udduddxhdulh 2-6、解： 20时的空气的物性： （注：状态不同，D 需修正）353352244200505541.205/,1.81 10,1.013 102930.22 100.24 10/1.0132 102730.05 3 1.205Re99901.81 101.81 100.6261.205 0.24
8、 10ockg mPa sPTDDmsPTu dvSD（1）用式0.830.440.023mecshRS计算mh0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05mmsh Dhd（2）用式13340.0395ecshRS计算mh134340.0395(9990) (0.626)0.24 100.01621 /0.05msh Dhm sd 2-7、错解 ：氨在水中的扩散系数921.2410/Dms，空气在标准状态下的物性为；6 353591.293/,1.72 10,Pr0.708,1.005 10/()1.721010727.741.293 1.2410pckgm
9、Pa scJkg kSD由热质交换类比律可得231PrmpchhcS223351Pr560.7087.04 10/1.293 100110727.74mpchmshcS1） （第 3 版 P25）用水吸收氨的过程，气相中的NH3（组分 A）通过不扩散的空气（组分 B） ，扩散至气液相界面，然后溶于水中，所以D 为 NH3 在空气中的扩散。2）刘易斯关系式只对空气 水系统成立， 本题为氨 空气系统， 计算时类比关系不能简化。3）定压比热的单位是J/kgK 正解：组分A 为 NH3 ，组分 B 为空气，空气在0时物性参数查附录3-1 )2-2P36(/102.0708.0Pr664. 0102 .
10、 01028.132446表查smDDSc231PrmpchhcShmsmScchhpm/10161/98.44708.0664.0005.1293.156Pr33/23/28、解：325100.04036/8314(27325)iCOPCkmol mRT22NCOCC222220.5NNCONCOCxxCC322544 101.776/8314298COiCOMPkg mRT322528101.13/8314298NiNMPkg mRT7 22220.611COCOCONa20.389Na9、解：（a）已知AM，BM，Ax，BxAAAAAAABAABBAABBMn Mx MaMMn Mn M
11、x Mx MBBBBBBABAABBAABBMn Mx MaMMn Mn Mx Mx M已知Ba，Aa，AM，BMAAAAAAABABABABABmanMMxmmaannMMMMBBBBBBABABABABABmanMMxmmaannMMMM（b）222222222320.3077322844OOOOONNCOCOx Max MxMxM20.2692Na20.4231COa若质量分数相等，则2222222221320.3484111322844OOOONCOONCOaMxaaaMMM20.3982Nx20.2534COx 10、解；（a）2O，2N的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动：（b
12、）2O，2N的浓度梯度沿垂直方向空气由下部向上部运动，有传质过程。2-11、解；12()aVAAaVAADAGN ACCz21212()lnaVL rrArr 1）柱形：LdVrrrrLAav2121241,ln)(2球形：32134,4dVrrAav2）d=100mm 为内径，所以r1=50，r2=52 8 若为球形 Aav=0.033，质量损失速率为1.46 10-12kg/s；压力损失速率3.4810-2Pa/s 2-12、解：9812310(0.020.005)()1.510/()1 10AAADNCCkmolm sz 1）jA为 A 的质量扩散通量，kg/m2s；JA为 A 的摩尔扩
13、散通量kmol/m2s；2）题中氢氦分子量不同 2-13、解：氨- 空气4250000.210/ ,1.013 10,273,350,OaDms PP TK TK PP3322442003500.2 100.29 10/273OD PTDmsPT氢 空气420.511 10/ODms3322442003500.511 100.742 10/273OD PTDmsPT 2-14 溶解度 s需先转化成摩尔浓度：34311/105.103.0105mkmolsPCAAskmolCCZDAANGAAavavAA/1025.20105.101.05310104921skgMGMAAA/1005. 418
14、1025.29109 2-15、解、3221212()20.5 100.12420lnln19.5aVL rrAmrr3111602320/AACsPkmolm3221600.116/AACsPkomlm1161231.8 100.124()(32016)1.357100.5 10aVAAADAGCCz/koml s质量损失661.3571022.714 10/AGkg s 16、解：02225CONC和在时，扩散系数420.16710/Dms33121013.6109.86664AAaPPP（100-50 ）511121.67 106664()48.8 10/8314 298 1AAAAD
15、PPGN Akoml sRT z 18、解、该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程(),0AAAABBAAAAdGNDxNNNdrdGNDx Ndr,AAAAPPCxRTPAAAAdPPDNNRT drP整理得()AAAdPDPNRT PPdr24AArGN Ar24()AAAGdPDPrRT PPdr分离变量，并积分得0024ASAArPAG RTdPdrDPrPP得4lnASAPPDPrGRTP第 3 章传热传质问题的分析和计算1、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
16、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。 2、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10 2233rP2mHDttcGJJSSS 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,mcuhtttc aDDSNSSS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 3：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4、解：定性温度为0252022.5,2gtC此时空气的物性23-6=1.195kg/m,=15.29510 m /s查表得：-42oD =0.2210m/s,0C25饱和水蒸汽的浓度30.02383/vkg m332244001.0132980.22 100.25 10/1.0
