热质交换原理与设备

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1、热质交换原理与设备1刘伊斯准则：Le=a/D=Sc/Pr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。2 宣乌特准则数：以流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比来 标志过程的相似特征，其值由对流传质系数(hm),物体的互扩 散数(Di)和定型尺寸(L)组成Sh=hm*L/Di3 雷诺准则:以动量微分方程式惯性力项和黏性力项相似倍数之 比得出，它的大小表征了流体流动时惯性力与黏性力的相对大 小，而流动是惯性力与黏滞力相互矛盾和作用的结果。4 扩散系数及斐克定律：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。斐克定律在浓度场不随

2、时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体 流动时，组成二元混合物中组成 A 和组成 B 将发生互扩散。其 中组成A向组分B的扩散通量与组成A的浓度梯度成正比。5 吸附和吸收现象：吸附现象是相异二相界面上的一种分子积聚 现象，吸附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。气体吸收是适当的液体吸收剂来吸收气体或气体混合物中的某 种组成的一种操作过程。6动态吸附除湿和静态吸附除湿： 动态吸附除湿法是让湿空气流经吸附剂的除湿方法。静态除湿是指吸附剂和密闭空间内的静止空气接触时，吸附空气 中水蒸气的方法，也可说是间歇操作方法。7 膜状凝结：凝结液能很好的润湿壁面时，凝结液将形成连续的

3、 膜向下流动。珠状凝结：若凝结液不能很好的润湿壁面，则凝结液将聚成一个 个的珠状。8 喷水系数：喷水室的喷水质量与流过的空气质量之比。 热扩散系数：反映温度不均匀的物体中温度均匀化速度的物理 量。9 淋水装置：又称填料，其作用在于将进塔的热水尽可能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，以 增进水气之间的热质交换。简答1 湿球温度理论基础：一般的温度计头部被尾端浸入水中的吸液 蕊包裹。当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布时，湿布表 面的水分就要蒸发，并扩散到空气中去；同时空气的热量也传递 到湿布表面，达到稳定状态后，水银温度计所指示的温度即为空 气的湿球温度。2薄膜理论（

4、膜理论）基本观点：当流体靠近物体表面流过时， 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。渗透理论基本观点：当流体流过表面时，有流体质点不断地穿过 流体的附壁薄层向表面迁移并与之接触，流体质点在与表面接触 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。3喷淋室的构造原理：它由很多部件组成，前挡水板有挡住飞溅 出来的水滴和使进风均匀流动的双重作用，因此有时也称它为均 风板。被处理空气进入喷淋室后流经喷水管排，与喷嘴中喷出的 水滴相接触进行热质交换，然后经后挡水板流走。后挡水板能将 空气中夹带的水滴分离出来，防止水滴进入后面

5、的系统。在喷淋 室中通常设置一至三排喷嘴，最多四排喷嘴。喷水方向根据与空 气流动方向相同与否分为顺喷、逆喷和对喷，从喷嘴喷出的水滴 完成与空气的热质交换后，落入底池中。喷淋室计算的主要原则： 喷淋室的热工计算任务，通常是对既定的空气处理过程，选择一个喷淋室来达到下列要求1）该喷淋室能达到的 应该等于空气处理过程需要的 ；2）该喷淋室能达到的 应该等于空气处理过程需要的 ；3）该喷淋室喷出的水能够吸收（或放出）的热量应该等于空气 失去（或得到）的热量。4 气体燃料的燃烧方法 :1）扩散式燃烧 2）部分预混式燃烧3）完全预混式燃烧。5固体燃料的燃烧方法:1）燃烧现象分类：表面燃烧、蒸发燃烧、分解燃

6、烧、冒烟燃烧。2）按燃烧方式分类：层燃式燃烧、沸腾式燃烧、悬浮式燃烧。6 空气与水直接接触时的热湿交换特点：1）当水温低于空气露点温度时，twvtlvtA和PqlvPqA，空气被冷 却和干燥。水蒸气凝结时放出的热亦被水带走。2）当水温等于空气露点时，twVtA和Pq1=PqA，空气被等湿冷却。3）当水温高于空气露点温度而低于空气湿球温度时， twPqA，空气被冷却和加湿。4）当水温等于空气湿球温度时，等湿球温度线与等焓线相近，空 气状态沿等焓线变化而被加湿。总热交换量近似为零，而且 twvTa,Pq4PqA，空气的显热量减少、潜热量增加，二者近似相 等。实际上，水蒸发所需热量取自空气本身。5）

7、当水温高于空气湿球温度而低于空气干球温度时，此时由于 twVtA和Pq5PqA，空气被加湿和冷却。水蒸发所需热量部分来 自空气部分来自水。6）当水温等于空气干球温度时，此时由于tw=Ta,Pq6PqA，说明 不发生显热交换，空气状态变化过程为等温加湿。水蒸发所需热 量来自水本身。7）当水温高于空气干球温度时，此时由于twtA和Pq7PqA,空 气被加热和加湿。水蒸发所需热量及加热空气的热量均来自于水 本身。以冷却水为目的的湿空气冷却塔内发生的便是这种过程。课后简答1 空气与固体表面直接接触时的热湿交换特点：湿空气进入冷却 器内，当冷却器表面温度低于湿空气的露点温度，水蒸气就要凝 结，从而在冷却

8、器表面形成一层流动的水膜。紧靠水膜处为湿空 气的边界层，这时可以认为与水膜相邻的饱和空气层的温度与冷 却器表面上的水膜温度近似相等。因此，空气的主体部分与冷却 器表面的热交换是由于空气的主流与凝结水膜之间的温差而产 生的，质交换则是由于空气主流与凝结水膜相邻的饱和空气层中 的水蒸气的分压力差，即含湿量差而引起的。在冷却表面的两侧， 分别存在湿空气的水膜和边界层以及冷却剂侧的边界层，所有的 热质交换都需要克服冷却表面两侧的两层膜所带来的阻力。 2分子传递现象可以分为几类？各自是由什么原因引起?几种典型的传递现象组织系数类比关系热量动量量答：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

9、存在）；动力 温差 速度差 浓度差规律 傅里叶定律 牛顿内摩擦定律 斐克定律表达式系数梯度热量传递：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）。3简述质扩散通量的几种表示方法：以绝对速度表示的质量通量；以扩散速度表示的质量通量； 以主体流动速度表示的质量通量。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：以扩散速度表示的质量通量： 以主流速度表示的质量通量：4如何理解动量、热量和质量传递的类比性？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

10、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。5定义斯密特准则和刘伊斯准则，从动量传递、热量传递和质量 传递类比的观点来说明它们的物理意义？答：斯密特准则 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 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。6说明相变材料的热性能特点：1）合适的相变温度；2）较大的相变潜热；3）合适的导热性能（导热系数一般较大）；7说明集中空调系统

11、采用冰蓄冷系统的优点:1）平衡电网峰谷荷，减缓电厂建设；（对国家电网有利）；2）制冷主机容量减少，减少空调系统电力工程贴费配电设施费；3）合理利用电网差价，可大幅度降低空使用费用；4）具有应急冷源，空调可靠性提咼；5）冷量全年一对一配置，冷量利用率高，进一步降低空调使用费 用；冷冻水温度可降到14度，可实现低温送风，节省水、风 输送系统的投资和能耗。相对湿度较低，空调品质提咼。8湿空气的组成成分有哪些？为什么要把含量很少的水蒸气作 为一个重要的成分来考虑？答：（1）大气是由干空气和一定量的水蒸汽混合而成的。我们称 其为湿空气，其主要成分是：氮、氧有、氩、二氧化碳、水蒸气 等。（2）在湿空气中水

12、蒸气含量虽少，但其变化却对空气环境的 干燥和潮湿程度产生重要影响。使湿空气的物理性质随之改变。 研究湿空气中水蒸气的含量在空气调节行业中占重要地位.9房间内空气干球温度为20摄氏度，相对湿度50%,压力为0.1MPa,如果穿过室内的冷水管道表面温度为8摄氏度，那么管 道表面是否会有凝结水产生？为什么？应采取什么措施？（1）会有凝结水产生。（2）由附录41可知：当房中漏点温度为9.5C而冷水管表面 温度为8C所以会有凝结水产生。（3）若想管道表面不产生凝结水，可以对房间内空气进行除湿。10天气从晴转阴，为什么大气压要下降？为什么在同一地区冬 季的大气压高于夏季的大气压？（1）湿空气的密度等于干空

13、气密度与蒸汽密度之和。在大气 压力B和T相同情况下，水蒸气的密度小于空气的密度，湿度 增大时，湿空气的密度将变小。天气由晴转阴时，空气中水蒸汽 的含量增加，由此降低了空气的密度，于是大气压要下降。（2）在冬季。天气干燥。水蒸汽在空气中含量减少，而且温度 T也减少了，所以密度增加了，于是冬季大气压高于夏季的。11湿空气的水蒸气分压力和湿空气的水蒸气饱和分压力有什么 区别？它们是否受大气压力的影响？（大气压强）1）温度一定，湿空气的水蒸汽分压力指，与湿空气同体积的条 件下，将干空气抽走水蒸汽单独存在时的压力。2）湿空气的水蒸汽饱和分压力指，在与饱和湿空气同体积的条 件下，将干空气抽走，水蒸汽单独存

14、在时的压力。湿空气的水蒸 汽饱和分压力是湿空气的水蒸汽分压力的上限。3）它们的大小是受大气压力影响的。12热质交换设备按照工作原理分为哪几类，各自的特点？答：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，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

15、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。13简述顺流、逆流、叉流和混合流各自的特点，并对顺流和逆 流做一比较和分析：答：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