热质交换原理与设备复习简答题

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1、试讨论空气与水直接时的状态变化过程。解：假设当空气与水在一微元面dA上接触时，假设空气温度变化为dt，含湿量变化为d（d）。1）显热交换量：（2分）湿空气的质量流量，kg/s湿空气与水表面之间的显热交换系数，W/(m2.C)2）湿交换量：2分）潜热交换量：2分）温度为t时水的汽化潜热，kj/kgb单位时间单位面积蒸发（凝结）的水量，kg/（m2.s）（3）总热交换量：对空气水系统，存在刘易斯关系式：2 分）所以上式2分）因为：当温度为t时，湿空气焓为:当温度为 tb 时，湿空气焓为：如果忽略水蒸汽从oc加热到t-C时的焓，即热和水的汽化潜热变化不大，即有：项，并考虑到t和t差别不大，所以空气的

2、比b所以从（3）式可以得到：主流（4） 麦凯尔方程 麦凯尔方程表明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，则总热交换的推动力为空气 湿空气与紧靠水面的饱和边界层空气的焓差。（2 分）由于是空气与水之间发生的热质交换，所以不仅空气的状态会发生变化，水的状态也会发生变化。如 果在热质交换中，水的温度变化为 dtw ，则根据热平衡：w2分）5）水的质量流量，kg/s水的定压比热，kJ/（kg.C）1）（2）（3）（4）（5）称为空气与水直接接触时的热湿交换基本方程式。P CUPr2/3(9)hmJD =亠 SC 2/3U8(10)Jh=Jd=2 Cf(13)当流体流过一物体表面，并与表面之间又

3、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 hm。由式（13）联系式（9）和（10）可以得到：St gPr2/3 = StgSc2/3mSt=Stmr Sc、Pr 丿2/3_ St ge2/3即h hm Le 2/3P c upu得到hm亠gLe -2/3m P Cp（上述方框表示乘号点）对于气体或液体，上式成立的条件是0.6vScv2500,0.6vPrv1001干燥循环 吸附空气中水蒸气的吸附剂被称为干燥剂。干燥剂的吸湿和放湿是由于干燥剂表面的蒸汽压 与环境空气的蒸汽压造成的：当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿，两者相等时，达到平 衡，既不吸湿，也不放湿。吸湿量增加，表面

4、蒸汽压力也随之增加。 当表面蒸汽压超过周 围空气的蒸汽压时，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压 仍然很高，吸湿能力较差。冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之课重新吸湿。2表面器热工计算的主要原则1）该冷却器能达到的&应该等于空气处理过程需要的&2）该冷却器能达到的& |应该等于空气处理过程需要的&13）该冷却器能吸收的热量应该等于空气放出的热量3 空气与水直接接触的状态变化过程A-1： twV露点温度,twVtlVtA, PqlvPqA,冷却和干燥。A-2： tw=露点温度，twVtA, Pq1=PqA,等湿冷却。A-3： tw 露点温度，但PqA, 冷却和加湿。A-4

5、： tw=湿球温度，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和Pq4PqA,空气的显热量减少、潜热量增加，二 者近似相等。水蒸发所需热量取自空气本身。A-5: tw湿球温度而 PqA,冷却 和加湿。水蒸发所需热量部分来自空气，部分来自水。A-6: tw=干球温度,tw =tA和Pq6PqA，不发生显热交换， 等温加湿。水蒸发所需热量来自水本身。A-7: tw干球温度，twtA和Pq7PqA,加热和加湿。蒸发所需热量及加热空气的热量均来 自水本身。以冷却水为目的的湿空气冷却塔内发生的便是这种过程。过程线水温特点t或QxD或QxI或Qx过程名称

6、A-1twvtl减减减减湿冷却A-2tw=t1减不变减等湿冷却A-3tlvtwvts减增减减焓加湿A-4tw=ts减增不变等焓加湿A-5tsvtwvtA减增增增焓加湿A-6tw=tA不变增增等温加湿A-7twtA减增增增温加湿4 菲克定律在浓度场不随时间而变化的稳态扩散的条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A和组分B将发生互扩散。其中组分A向组分B的扩散通量与组分A的浓度梯度 成正比。5.q （-C0）=q （C0）公式可得：t 0 c 0上式表明，传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在C00,时随着C0 的增大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热是逐渐增大的，在C00

7、时，随着 C0 的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小的。传质阿 克曼修正系数C0值有正有负。当传质方向是从壁面到流体主流方向时,C0为正传, 反之为负值。6传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在C。大于0时，随着C。的 增大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热量是逐渐增大的；在C。小于0时，随着Co 的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小的。由图可知，当C。为 正值时，壁面上的导热量明显减少，当Co值接近4时，壁面上的导热量几乎等于零。7 干燥剂表面水蒸气分压与其吸湿量的关系：吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加；干燥 剂吸湿量与水蒸气分

8、压及温度的关系：当表面蒸汽压超过了周围空气的蒸汽压事，干燥剂脱 湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差，冷 却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之可重新吸湿。8表冷器处理空气时发生热质交换的特点： 当冷凝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，则空气只被冷却而并 不产生凝结水。这种过程称为等湿冷却过程或干冷过程（干工况）。如果冷凝器的表面温度低 于空气的露点温度，则空气不但被冷却，而且其中所含水蒸气也将被部分地凝结出来，并在 冷却器的肋片管表面上形成水膜。这种过程称为减湿冷却过程或湿冷过程（湿工况）o在这个 过程中，在水膜周围将形成一个饱和空气边界

9、层，被处理空气与表冷器之间不但发生显热交 换，而且也发生质交换和由此引起的潜热交换。9 简述“薄膜理论”的基本观点。（15分）答：当流体流经固体或液体表面时，存在一层附壁薄膜，靠近壁面一侧膜内流体的浓度分布 为线性，而在流体一侧，薄膜与浓度分布均匀的主流连续接触，且薄膜内流体与主流不发生 混和与扰动。在此条件下，整个传质过程相当于集中在薄膜内的稳态分子扩散传质过程。10 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。（10 分） 答：如果组分浓度比较低，界面上的质扩散通量比较小，则界面法向速度与主流速度相比很 小可以忽略不计时，描述对流换热系

10、数和对流传质的准则关联式具有完全类似的形式。此时， 对流换热与对流传质的边界层微分方程不仅控制方程的形式类似，而且具有完全相同的边界 条件，此时对流换热和对流传质问题的解具有完全类似的形式。11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。12 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

11、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。13 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

12、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

13、式、单级 外，还有立式、双级喷水室。14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，15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

14、分子传递和湍 流质量传递的三个数学关系式是类似的。16.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，

15、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。17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

16、，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。18 混合式换热器分为哪几种类型 ？ 各种类型的特点是什么 ？

17、 解：混合式换热器按用途分为以下几种类型： 冷却塔洗涤塔喷射式热交换器混合式冷凝器a、冷却塔是用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之 后循环使用，以提高系统的经济效益。b、洗涤塔是以液体与气体的直接接触来洗涤气体以达到所需要的目的，例液体吸收气体混 合物中的某些组分除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。c、喷射式热交换器是使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混 合室与射流直接接触进行传热传质，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温 度后送给用户。d、混合式冷凝器一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝，最后得到的是水与冷凝液 的混合

18、物，或循环使用，或就地排放。19湿式冷却塔可分为哪几类？各类型的特点是什么？ 解：湿式冷却塔可分为：（1）开放式冷却塔（2）风筒式自然冷却塔（3）鼓风逆流冷却塔（4） 抽风逆流冷却塔、抽风横流冷却塔a、开放式冷却塔是利用风力和空气的自然对流作用使空气进入冷却塔，其冷却效果要受到 风力及风向的影响，水的散失比其它形式的冷却塔大。b、风筒式自然冷却塔中利用较大高度的风筒，形成空气的自然对流作用，使空气流过塔内与水接触进行传热，冷却效果较稳定。C、鼓风逆流冷却塔中空气是以鼓风机送入的形式，而抽风冷却塔中空气是以抽风机吸入的 形式，鼓风冷却塔和抽风冷却塔冷却效果好，稳定可靠。20 简述冷却塔的各主要部

19、件及其作用 。冷却塔分为干式和湿式 解：冷却塔分为干式和湿式 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。21间壁式换热器可分为哪几种类型？如何提高其换热系数？解:间壁式 换热器从构造上可分为：管壳式、胶片管式、板式、板翘式、螺旋板式等。提高其换热系数措施：在空气侧加装各种形式的肋片，即增加空气与换热面的接触面积.增加气流的扰动性。采用小管径。

20、22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。23如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？Ua Ub:绝对速度Um：混合物速度Ua Ub扩散速度Ua=Um+（Ua-Um）绝对速度=主体速度 +扩散速度24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。25 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

21、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。26写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5分）麦凯尔方程表明，当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热量的推动力可 以近似认为是湿空气的焓差。上式中，dQz为潜热和显热的代数和；为主流空气的焓，2为边界层中饱和湿空气的焓，hhmd 为湿交换系数或空气与水表面之间按含湿量之差计算的传质系数。27 三传方程：当 v=D 或者 v/D=1 时，速度分布和浓度分布曲线相重合，或速度边界层和浓度边界层厚度相 等。当 a=D 或 a/D=1 时，温度分布和浓度分布曲线形重合，或温度边界层和浓度浓度边界层厚度相等

22、。28影响混合式设备热质交换的主要因素1）空气质量流速2）喷水系数3）喷嘴排数4）喷嘴密度5）喷水方向6）排管间距7）喷嘴孔径8） 空气与水的初参数29 常见的固体制冷剂：硅胶、沸石、氧化铝、氯化钙常见的液体吸湿剂：溴化锂、氯化锂、乙二醇、三甘醇30 影响混合式设备热质交换的主要因素主要包括五个方面 1）空气与水之间的焓差 2）空气的流动状况 3）水滴大小 4）水气比 5）设备 的结构特性。31影响混合式热质交换的主要因素：空气的质量流量：Vp=G/Ac喷嘴系数：u=W/G。 空气与水之间的焓差；空气的流动状况；水滴大小；水气比；设备的结构特性喷嘴排数 喷嘴密度32 喷淋式的结构特性对空气处理的影响1）空气质量流速2）喷水系数3）喷嘴排数4）喷嘴密度5）喷水方向6）排管间距7）喷嘴孔径8） 空气与水的初参数