熱質(zhì)交換原理與設(shè)備期末考題解讀資料

1、CC形式分別為 Nu- Re Pr.（ Sh - Re Sc） o2 -吸附劑吸附除濕過(guò)程是（放熱菲克擴(kuò)散基本定律mA - -DAB唾dy2）過(guò)程，吸附熱一般（ 大于）水蒸氣的凝結(jié)熱。2（kg/m .s ）中的mA為擴(kuò)散物質(zhì)A的（相對(duì)擴(kuò)散）通量。當(dāng)混合物以某一質(zhì)、熱擴(kuò)散系數(shù)和（動(dòng)量熱質(zhì)交換原理與設(shè)備綜合復(fù)習(xí)資料-、填空題流體的黏性、熱傳導(dǎo)和質(zhì)量（分子擴(kuò)散）通稱為流體的分子傳遞性質(zhì)。將熱質(zhì)交換設(shè)備系統(tǒng)由于過(guò)程不可逆而產(chǎn)生的熵增與兩種流體中熱容量較大的流體的熱容量之比稱之為（熵產(chǎn) 單元數(shù)），常用來(lái)作為熱質(zhì)交換設(shè)備的評(píng)價(jià)指標(biāo)。按不同的工作原理，熱質(zhì)交換設(shè)備可分為：（間壁式）、（直接接觸式）、蓄熱式和

2、熱管式。（濃度差）是產(chǎn)生質(zhì)交換的驅(qū)動(dòng)力，質(zhì)交換有兩種基本方式為分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散。由于擴(kuò)散傳質(zhì)引起的熱傳遞，這種現(xiàn)象稱為（杜弗爾）效應(yīng)。二元混合氣體作為理想氣體用分子動(dòng)力理論可以得出質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)與溫度、壓力關(guān)系為：D L3（D|_PT2）。（相變貯能）是利用固-液相變、液-汽相變、固-汽相變和固-固相變過(guò)程來(lái)吸收和釋放熱量，進(jìn)行蓄冷和蓄熱 的一項(xiàng)技術(shù)。準(zhǔn)則數(shù)Pr表示速度分布和溫度分布的相互關(guān)系；準(zhǔn)則數(shù)（ Le ）表示溫度分布和濃度分布的相互關(guān)系。雷諾類似率表述了對(duì)流傳熱、傳質(zhì)和摩擦阻力之間的關(guān)系，它們以準(zhǔn)則數(shù)（Sh, Nu, Re, Pr，Sc）形式的表述平均速度U移動(dòng)時(shí)，其坐標(biāo)應(yīng)取隨整體平均

3、速度的動(dòng)坐標(biāo)。系數(shù)D, a, v具有擴(kuò)散的性質(zhì)，它們的單位均為nf/s，它們分別稱為（分子擴(kuò)散系數(shù)）擴(kuò)散系數(shù)）。濃度差是產(chǎn)生質(zhì)交換的驅(qū)動(dòng)力，質(zhì)交換有兩種基本方式為（分子擴(kuò)散）和（對(duì)流擴(kuò)散） 二元體系中，由于存在溫度差引起的擴(kuò)散，稱為熱擴(kuò)散，也稱（索瑞特）效應(yīng)。吸附劑的再生方式有加熱再生、（減壓再生）、使用清洗氣體再生和（置換脫附再生）舍伍德準(zhǔn)則數(shù)Sh的物理意義是（反映流體的邊界擴(kuò)散阻力與對(duì)流傳質(zhì)阻力之比（吸附）現(xiàn)象是產(chǎn)生在相異兩相的邊界面上的一種分子積聚現(xiàn)象。判斷題在沒有濃度差的二元體系中即使各處存在溫度差或總壓差，也不會(huì)產(chǎn)生質(zhì)擴(kuò)散。（當(dāng)傳質(zhì)方向從流體主流到壁面，即傳質(zhì)阿克曼修正系數(shù)Co的值為

4、負(fù)，此時(shí)壁面上的導(dǎo)熱量就大為增加。把冷水和溫水同時(shí)放入冰箱中，則冷水將比溫水結(jié)冰快。（）送風(fēng)射流較之回風(fēng)氣流的作用范圍大得多，因而在空調(diào)房間中，氣流流型及溫度與濃度分布主要取決于送風(fēng)射 流。（） 噴淋室的前擋水板具有擋住飛濺出來(lái)的水滴和使進(jìn)風(fēng)均勻流動(dòng)的雙重作用，所以也稱為均風(fēng)板。濕球溫度受傳遞過(guò)程中各種因素的影響，它不完全取決于濕空氣的狀態(tài)，所以不是濕空氣的狀態(tài)參數(shù)。 水在冷卻塔中進(jìn)行蒸發(fā)冷卻，其溫度只能被冷卻到空氣的最初溫度，此時(shí)水溫稱為水的冷卻極限。 表冷器用來(lái)減濕冷卻，噴淋室可以完成除減濕冷卻以外的所有空氣處理過(guò)程。（）濕式冷卻塔和噴淋室都屬氣水直接接觸式熱質(zhì)交換設(shè)備，均是用來(lái)處理空氣用

5、的。（預(yù)混燃燒熱強(qiáng)度比擴(kuò)散燃燒高很多，燃燒完全程度也高，燃燒火焰的穩(wěn)定性也好，不易產(chǎn)生回火。表冷器的熱交換效率 ；1是指表冷器中的實(shí)際換熱量與最大可能換熱量的比值，其實(shí)質(zhì)就是換熱器的傳熱效能。 （）濕空氣與水直接接觸時(shí)，當(dāng)接觸時(shí)間足夠長(zhǎng)，但水量有限時(shí)，水溫在任何熱濕交換過(guò)程中都將發(fā)生變化。 物質(zhì)的分子擴(kuò)散系數(shù)表示物質(zhì)的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一，與物質(zhì)的濃度直接相關(guān)。（X 2V 3、X 4、“ 5、“ 6V 7、Xx 9、X 10、X 11V 12、X 13、X三、名詞解釋1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、_、1、2、3、4、5、6、7、8

6、、9、10、11、12、13、1、8、1、 燒蝕冷卻：為了冷卻表面，在物體的表面上涂上一層材料，當(dāng)溫度升高時(shí)涂層材料就會(huì)升華、熔化或分解，這 些化學(xué)過(guò)程吸收熱量，而反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體的質(zhì)量流從表面離去，從而有效地冷卻壁面，這種冷卻方法稱為燒 蝕冷卻。2、 濃度邊界層：在流體表面處，存在一個(gè)濃度梯度很大的流體薄層區(qū)域，這個(gè)區(qū)域就稱為濃度邊界層。3、 換熱擴(kuò)大系數(shù)：在熱濕交換中，把總熱交換量與顯熱交換量之比稱為換熱擴(kuò)大系數(shù)。4、 斐克定律：在濃度場(chǎng)不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無(wú)整體流動(dòng)時(shí)，組成二元混合物中組分A和組分B 發(fā)生擴(kuò)散。其中組分 A向組分B的擴(kuò)散通量與組分 A的濃度梯度成正比，這就是

7、斐克定律。5、 析濕系數(shù)：在熱濕交換中，把總熱交換量與顯熱交換量之比稱為換熱擴(kuò)大系數(shù)，也稱為析濕系數(shù)。6、 傳質(zhì)冷卻：為了冷卻表面，通過(guò)一個(gè)不斷從表面離去的質(zhì)量流開冷卻高溫表面的方法，這種冷卻方法稱為傳質(zhì) 冷卻。四、簡(jiǎn)答題1、 寫出劉易斯關(guān)系式，并闡明其成立的條件答：hh Cphmda條件：（1）0.6Pr60 ； （2）0.6ScO,隨著Co f,總熱量Qt f,導(dǎo)熱量Qc J;傳質(zhì)阿克曼修正系數(shù) C0,隨著C| f,總熱量Qt J,導(dǎo)熱量Qc f。4、 吸附除濕法和表冷器除濕處理空氣的優(yōu)缺點(diǎn)如何答：表冷器除濕：（1）低溫露點(diǎn)除濕，除濕要求較低的冷源溫度（低于露點(diǎn)溫度），降低了制冷機(jī)的效率，

8、同時(shí)由于冷媒溫度較低（較低露點(diǎn)要求），自然低溫冷源難以利用；（2）除濕后須將空氣加熱到適宜的溫度，浪費(fèi)了能源，增加污染，易出霉菌；（3）設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝運(yùn)行方便。獨(dú)立除濕：（1）不需對(duì)空氣進(jìn)行冷卻和壓縮；（2）降溫和除濕分開獨(dú)立處理，冷源只需將空氣降低到送風(fēng)溫度即可；（3）采用吸附或吸收方法除濕節(jié)省能源；（4 ）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，屬新概念空調(diào)。五、分析題要將夏季和冬季分別為 W,W點(diǎn)的室外空氣處理到送風(fēng)狀態(tài)O,針對(duì)下面幾種處理方案在焓濕圖上定性表示出來(lái)。（1 ）夏季：表冷器冷卻減濕 -加熱器再熱；（2）冬季：加熱器預(yù)熱-一部分噴淋室絕熱加濕-與另一部分未加濕的空氣混合。一、填空題（共30分）1、 流

9、體的粘性、熱傳導(dǎo)性和 _質(zhì)量擴(kuò)散性_通稱為流體的分子傳遞性質(zhì)。2、 當(dāng)流場(chǎng)中速度分布不均勻時(shí)，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生切應(yīng)力；溫度分布不均勻時(shí)，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生熱傳導(dǎo)：多 _組分混合流體中，當(dāng)某種組分濃度分布不均勻時(shí)，分子傳遞的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生該組分的質(zhì)量擴(kuò)散描述這三種分子傳遞性質(zhì)的定律分別是牛頓粘性定律、傅立葉定律_、菲克定律。3、 熱質(zhì)交換設(shè)備按照工作原理不同可分為間壁式、 混合式_、蓄熱式和熱管式等類型。表面式冷卻器、省煤器、蒸發(fā)器屬于 間壁式，而噴淋室、冷卻塔則屬于混合式。3、熱質(zhì)交換設(shè)備按其內(nèi)冷、熱流體的流動(dòng)方向，可分為順流 式、逆流 式、叉流式和 混合_式。工程計(jì)算中當(dāng)管束曲折的次數(shù)超過(guò)4_

10、 次，就可以作為純逆流和純順流來(lái)處理。5、_溫度差_是熱量傳遞的推動(dòng)力，而 _濃度差_則是產(chǎn)生質(zhì)交換的推動(dòng)力。6、 質(zhì)量傳遞有兩種基本方式：分子擴(kuò)散和對(duì)流擴(kuò)散，兩者的共同作用稱為對(duì)流質(zhì)交換_。7、 相對(duì)靜坐標(biāo)的擴(kuò)散通量稱為絕對(duì)擴(kuò)散通量，而相對(duì)于整體平均速度移動(dòng)的動(dòng)坐標(biāo)擴(kuò)散通量則稱為相對(duì)擴(kuò)散通 _&在濃度場(chǎng)不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無(wú)整體流動(dòng)時(shí)，組成二元混合物中的組分 A和組分B發(fā)生互擴(kuò)散，dC Ai - 2 mu =DAB二kg/m s 其中組分A向組分B的質(zhì)擴(kuò)散通量 mA與組分A的_濃度梯度成正比，其表達(dá)式為dy；當(dāng)混合物以某一質(zhì)平均速度 V移動(dòng)時(shí)，該表達(dá)式的坐標(biāo)應(yīng)取隨整體移動(dòng)的動(dòng)坐

11、標(biāo)。9、麥凱爾方程的表達(dá)式為：dQz =hmd id dA，它表明當(dāng)空氣與水發(fā)生直接接觸，熱濕交換同時(shí)進(jìn)行時(shí)?？倱Q熱量的推動(dòng)力可以近似認(rèn)為是濕空氣的焓差_二、 分別寫出對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)的基本計(jì)算式以及式中各項(xiàng)的單位和物理意義；并指出當(dāng)熱質(zhì)傳遞同時(shí)存在時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)h和對(duì)流傳質(zhì)系數(shù) hm之間存在什么樣的關(guān)系？ （ 10分）答：（1）對(duì)流換熱的基本計(jì)算式：q = h tw -t： W mq流體與壁面之間的對(duì)流換熱熱流通量，W m；h對(duì)流換熱系數(shù)，W m K ；tw,t：壁面溫度，K。對(duì)流傳質(zhì)的基本計(jì)算式：mA =hm ：A,S _匚：mA 組分A的質(zhì)擴(kuò)散通量，kg m s ；hm 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)

12、，ms ；PA,S, PAR_一組分在壁面處和在主流中的質(zhì)量濃度，kg/；（2）當(dāng)熱質(zhì)傳遞同時(shí)存在時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)h和對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)hm之間滿足下列關(guān)系式：h - h-hm Le3 衛(wèi)CpLe3CP或 hm三、 下表以空氣外掠平板的受迫對(duì)流為例，將二維穩(wěn)態(tài)常物性層流條件下的對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)進(jìn)行了類比，請(qǐng)將其補(bǔ)充完整。（20分）對(duì)流換熱對(duì)流傳質(zhì)控制方程況丄點(diǎn)VL、廠QU丄 tv+=0+=0excyexcycu丄cu2 v c ucu丄cu丁Q2 c uu+vu +v=ex-a 2 yex顯 2Ct西A丄CCA二2CAu 十Va - 2u A +v-D 2ex3ex3微分方程- = h (tw _

13、 to )廣C、D hm(CA,wCA,OQ)邊界條件y = 0,u = v = 0,t =tw yT O,UT UptT tQ0y = 0, U = 0, V = Vw 彩 0, CA = CA,Wy T, u T u旳 C A T c AH假設(shè)條件常物性流體（1）組分A在空氣中濃度很低（2）界面法線方向速度可忽略不計(jì)四、簡(jiǎn)述表面式冷卻器處理空氣時(shí)發(fā)生的熱質(zhì)交換過(guò)程的特點(diǎn)。（10分）答：當(dāng)冷卻器表面溫度低于被處理空氣的干球溫度但高于其露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣只被冷卻并不產(chǎn)生凝結(jié)水，此為等濕冷卻過(guò)程（干冷）；當(dāng)冷卻器表面溫度低于空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，空氣不但被冷卻且其中所含水蒸氣也將部分凝結(jié)出來(lái),此為減濕

14、冷卻過(guò)程（濕冷）；在濕冷過(guò)程，推動(dòng)總熱交換的動(dòng)力濕濕空氣的焓差，而不是溫差。五、空氣與水直接接觸時(shí)，在水量無(wú)限大、接觸時(shí)間無(wú)限長(zhǎng)的假象條件下，隨著水溫不同，可以得到如圖所示的七種典型空氣狀態(tài)變化過(guò)程，請(qǐng)分析這七種過(guò)程的特點(diǎn)，然后將給出的表格填寫完整。（15分）過(guò)程線水溫特點(diǎn)tdi過(guò)程名稱A-1t Y t Lw I減減減減濕冷卻A-2tw =t|減不變減等濕冷卻A-3tl Ytw Yts減增減減焓加濕A-4tw =ts減增不變等焓加濕A-5ts Ytw YtA減增增增焓加濕A-6tw = tA不變?cè)鲈龅葴丶訚馎-7tw F增增增增溫加濕一、質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力是什么？傳質(zhì)有幾種基本方式？其機(jī)理有什么

15、不同？ （10分）答：質(zhì)量傳遞的推動(dòng)力是濃度梯度。傳質(zhì)有兩種基本方式：分子擴(kuò)散與對(duì)流擴(kuò)散。在靜止的流體或垂直于濃度梯度 方向作層流運(yùn)動(dòng)的流體及固體中的擴(kuò)散，本質(zhì)上由微觀分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起，稱為分子擴(kuò)散，機(jī)理類似于熱傳導(dǎo)； 流體作宏觀對(duì)流運(yùn)動(dòng)時(shí)由于存在濃度差引起的質(zhì)量傳遞稱為對(duì)流擴(kuò)散，機(jī)理類似于熱對(duì)流。二、簡(jiǎn)述斐克定律，并寫出其數(shù)學(xué)表達(dá)式以及各項(xiàng)的意義；當(dāng)混合物以整體平均速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，斐克定律又該如何表示？ （ 20分）答：斐克定律：在濃度場(chǎng)不隨時(shí)間而變的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無(wú)整體流動(dòng)時(shí)，組成二元混合物中組分A和B發(fā)生互擴(kuò)散，其中組分 A向組分B的擴(kuò)散通量與組分 A的濃度梯度成正比，其表達(dá)式為：

16、mA 二-DAB dCA kg m2 s N A = _DAB nA kmoL m2 sdy或dymA，NA 分別為組分 A的相對(duì)質(zhì)擴(kuò)散通量和摩爾擴(kuò)散通量；NA NBD PA1 - pA2RmT0.6 10,8314 29816000-53000.01= 2.59 10 mol/m2dCA dnAdy dy 分別為組分A的質(zhì)量濃度梯度和摩爾濃度梯度；DAB 組分A向組分B中的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)，單位 m2/s ；dC A / 2mu = DABkg/m S+VC,A當(dāng)混合物以整體平均速度 v運(yùn)動(dòng)時(shí)dy三、簡(jiǎn)述“薄膜理論”的基本觀點(diǎn)。（15分）答：當(dāng)流體流經(jīng)固體或液體表面時(shí)，存在一層附壁薄膜，靠近壁面一

17、側(cè)膜內(nèi)流體的濃度分布為線性，而在流體一側(cè), 薄膜與濃度分布均勻的主流連續(xù)接觸，且薄膜內(nèi)流體與主流不發(fā)生混和與擾動(dòng)。在此條件下，整個(gè)傳質(zhì)過(guò)程相當(dāng)于 集中在薄膜內(nèi)的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程。四、在什么條件下，描述對(duì)流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式與描述對(duì)流換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式具有完全類似的形式？請(qǐng)說(shuō)明理由。（10分）答：如果組分濃度比較低，界面上的質(zhì)擴(kuò)散通量比較小，則界面法向速度與主流速度相比很小可以忽略不計(jì)時(shí)，描述對(duì)流換熱系數(shù)和對(duì)流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式具有完全類似的形式。此時(shí)，對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)的邊界層微分方程不僅控制方程的形式類似，而且具有完全相同的邊界條件，此時(shí)對(duì)流換熱和對(duì)流傳質(zhì)問題的解具有完全類似的形式。五、 寫出

18、麥凱爾方程的表達(dá)式并說(shuō)明其物理意義。（5分）答: dQz =hmd i -id dA麥凱爾方程表明，當(dāng)空氣與水發(fā)生直接接觸，熱濕交換同時(shí)進(jìn)行時(shí)。總換熱量的推動(dòng)力可以近似認(rèn)為是濕空氣的焓 差。上式中，dQz為潛熱和顯熱的代數(shù)和；i為主流空氣的焓，ib為邊界層中飽和濕空氣的焓，hmd為濕交換系數(shù)或空氣與水表面之間按含濕量之差計(jì)算的傳質(zhì)系數(shù)。六、 氫氣和空氣在總壓強(qiáng)為1.013 X 105Pa,溫度為25C的條件下作等摩爾互擴(kuò)散，已知擴(kuò)散系數(shù)為0.6 cm 2/s，在垂直于擴(kuò)散方向距離為 10mm的兩個(gè)平面上氫氣的分壓強(qiáng)分別為16000Pa和5300Pa。試求這兩種氣體的摩爾擴(kuò)散通量。（10 分）

19、解：用A和B分別代表氫氣和空氣由于等摩爾互擴(kuò)散，根據(jù)菲克定律負(fù)號(hào)表示兩種氣體組分?jǐn)U散方向相反。七、含少量碘的壓力為 1.013 X 105Pa、溫度為25C的空氣，以5.18m/s的速度流過(guò)直徑為 3.05 X 10-2m的圓管。設(shè) 在空氣中碘蒸汽的平均摩爾濃度為nm,管壁表面碘蒸汽的濃度可視為 0，空氣碘的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù) D=0.826 X 10-5 m2/s ,試求從氣流到管壁的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)以及碘蒸汽在管子表面上的沉積率。（空氣的動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù) 、=15.15 10“m2 s）（ 15 分）0.3330.333管內(nèi)受迫層流：ShN/Re Sc0.830.44管內(nèi)受迫紊流：Sh=0.023Re S

20、c解:o v15.53x10Sc =D0.826 10-1.88Reud 5.18 3.05 10,15.53 工 10 上=10173 Sh = 0.023 Re083 Sc0.44 = 0.023 x(10173 嚴(yán) x (1.88 嚴(yán)=64.35hm =D Sh 64.35 0.826 10,dN A 二 hm nm3.05 10,=0.017 m s-0 = 0.017nm kmol. m2 s課程 熱質(zhì)交換原理與設(shè)備考試形式（開/閉卷，考試/查）一、填空題（每題2分，共16分）1.按照工作原理的不同可以將熱質(zhì)交換設(shè)備分為 _、 _、蓄熱式和熱管式。2._與質(zhì)兩者的共同作用稱為對(duì)流傳質(zhì)

21、。3.蓄熱用固液相變材料的熱性能要求為：合適的相變溫度、較大的相變潛熱 以及合適的導(dǎo)熱性能。4.吸附空氣中水蒸氣的吸附劑稱為干燥劑，干燥劑的吸濕和放濕的機(jī)理是由干燥劑表面的蒸汽壓與環(huán)境空氣的蒸汽壓差造成，當(dāng)前者較低時(shí)，干燥劑吸濕，反之放濕 _。5.吸附劑的再生方式有加熱再生方式、減壓再生方式 _、使用清洗氣體的再生方式、_。6.濕工況下表冷器的析濕系數(shù)的定義：一倫，其值的大小直接反映了_07.蒸發(fā)冷卻所特有的性質(zhì)是o8.在冷卻塔的熱工計(jì)算中，一般要求冷卻水出口溫度t 2比當(dāng)?shù)貧鉁貤l件下的濕球溫度t s高_(dá)3 5_C。二、分析簡(jiǎn)答題（每題6分，共36分）1.溫度為30C、水蒸氣分壓力為2kPa的

22、濕空氣吹過(guò)下面四種狀態(tài)的水表面時(shí)，試用箭頭表示傳質(zhì) 和總傳熱的方向。水溫t50 C30 C18C10C傳熱方向W -氣水 0時(shí)，隨著Co的增大，壁面導(dǎo)熱量是逐漸減少的，而膜總傳熱量是逐漸增大的；（3分）在Co 0時(shí)，隨著Co的減小，壁面導(dǎo)熱量是逐漸增大的，而膜總傳熱量是逐漸減少的。（3分）4.分析用吸收、吸附法處理空氣的優(yōu)點(diǎn)答：利用吸收、吸附法處理空氣的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立除濕一一在空氣處理過(guò)程中，將降溫和除濕分開來(lái) 獨(dú)立處理。即由吸收或吸附來(lái)完成除濕任務(wù)， 降溫的任務(wù)只是將空氣溫度降低到送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)溫度即可, 而不需要額外的加熱處理。（2分）傳統(tǒng)的除濕方法是使用表冷器，冷卻和除濕同時(shí)完成，由于除濕需冷卻

23、劑（冷凍水、制冷劑）的溫度必須較低，一般為7-12 C,就會(huì)導(dǎo)致經(jīng)過(guò)表冷器處理后的空氣溫度也較低，一般都需要通過(guò)加熱 器將空氣加熱，方能達(dá)到送風(fēng)溫度。（2分）當(dāng)使用表冷器進(jìn)行降溫和除濕時(shí)，會(huì)產(chǎn)生以下一些缺點(diǎn)：（1）由于除濕的需要，要將表冷器的表面溫度降低到空氣的露點(diǎn)溫度以下，這樣冷卻劑（冷凍 水、制冷劑）的溫度必須較低，而為了得到較低溫度的冷卻劑（冷凍水、制冷劑），會(huì)使制冷機(jī)的性COP能系數(shù)COP值降低。（ ）（2） 些天然冷源不能直接得到利用。（3） 由于除濕析出的冷凝水，使表冷器長(zhǎng)期工作在濕工況下，容易滋生細(xì)菌，被處理的空氣經(jīng)過(guò)表冷器時(shí)會(huì)被（二次）污染，繼而影響到室內(nèi)空氣品質(zhì)。（2分）5.

24、說(shuō)明集中空調(diào)系統(tǒng)采用冰蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。答：蓄冷空調(diào)系統(tǒng)可使制冷機(jī)容量減少， 且經(jīng)常在滿負(fù)荷高效率下工作，它利用夜間廉價(jià)電，均 衡電網(wǎng)負(fù)荷，是符合我國(guó)國(guó)情的。從典型蓄冷空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析亦可知，系統(tǒng)所增加的制冰及蓄如果在熱質(zhì)交換中，水的溫度變化為（5）-水的質(zhì)量流量，kg/s水的定壓比熱，kJ/（kg.dt w，則根據(jù)熱平衡:（2分）C）冷設(shè)備費(fèi)可由1-2年所節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)回收。目前空調(diào)電量常占建筑物內(nèi)用電量的大部分，若能綜合 分析空調(diào)負(fù)荷及建筑物內(nèi)能源利用狀況， 利用樓宇整體化手法設(shè)計(jì)蓄冰空調(diào)系統(tǒng)， 即可達(dá)到調(diào)峰填谷、 降低運(yùn)行費(fèi)用的目的。（6分）6.簡(jiǎn)述在表冷器進(jìn)行冷卻減濕時(shí)所發(fā)生的熱質(zhì)交換

25、過(guò)程。答：濕工況下，表冷器的表面溫度低于被處理空氣的露點(diǎn)溫度，空氣不但被冷卻，而且其所含的水蒸氣也部分地凝結(jié)出來(lái)，在表冷器的肋片管表面上形成水膜，（3分）水膜周圍形成一個(gè)飽和空氣邊界層，被處理空氣與表冷器之間不但發(fā)生顯熱交換，而且也發(fā)生質(zhì)交換和由此引起的潛熱交換，空 氣被冷卻減濕。（3分）三、（12分）試導(dǎo)出空氣與水直接接觸時(shí)發(fā)生熱質(zhì)交換的5個(gè)基本方程式，并說(shuō)明麥凱爾方程表示的物理意義解：假設(shè)當(dāng)空氣與水在一微元面 dA上接觸時(shí)，假設(shè)空氣溫度變化為 dt ，含濕量變化為d（d）（1）顯熱交換量：一工衛(wèi)丄二山（2分） -濕空氣的質(zhì)量流量，kg/s濕空氣與水表面之間的顯熱交換系數(shù)，w/（m. C）（

26、2）濕交換量：（2 分）潛熱交換量：（2分）-溫度為t b時(shí)水的汽化潛熱，kJ/kg5一 單位時(shí)間單位面積蒸發(fā)（凝結(jié)）的水量，kg/（m2.s）（3）總熱交換量:二忍+唱二加如+ %（八如酬對(duì)空氣一一水系統(tǒng)，存在劉易斯關(guān)系式：心所以上式二叱-dJ別胡（2 分）因?yàn)椋寒?dāng)溫度為t時(shí)，濕空氣焓為：；二，：-當(dāng)溫度為t b時(shí)，濕空氣焓為：爲(wèi)汀如果忽略水蒸汽從0C加熱到t C時(shí)的焓，即柑 項(xiàng)，并考慮到t和tb差別不大，所以空氣 的比熱和水的汽化潛熱變化不大，即有：;T 一 ；所以從（3）式可以得到：（4）一一麥凱爾方程麥凱爾方程表明：在熱質(zhì)交換同時(shí)進(jìn)行時(shí)，如果滿足劉伊斯關(guān)系式，則總熱交換的推動(dòng)力為空氣一

27、一 主流濕空氣與緊靠水面的飽和邊界層空氣的焓差。（2分）由于是空氣與水之間發(fā)生的熱質(zhì)交換，所以不僅空氣的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，水的狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化I(1)該冷卻器能達(dá)到的1應(yīng)該等于空氣處理過(guò)程所需要的 1(1)( 2)( 3)( 4)( 5)稱為空氣與水直接接觸時(shí)的熱濕交 換基本方程式。四、計(jì)算題(每題12分，共24分)1.在氧(A)通過(guò)靜止氣體一氧化碳(B)的一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散系統(tǒng)中， 壓力為1bar,溫度為0C。已知2mm長(zhǎng)的擴(kuò)散途徑兩端氧的分壓力 分別為13000Pa和6500Pa,在給定狀態(tài)下的擴(kuò)散系數(shù)DAB = 1.87 106 m2/s。試計(jì)算氧的質(zhì)量擴(kuò)散通量。解：已知 =13000PQ J

28、= 6500Pa；則 *100000- 13000= 87000 Pa ,= 100000- 6500= 93500 Pa平均分壓強(qiáng)P 磚-p&i 93500 - 87000E 二 In（肥訂p即）二 ln（93500/87000）= 90211汕（6分）D p PJLIR賓hp験1.87x10 v 100000 v （13000- 6500）83W ._-X 0.002 X902H-x27332= 9.5xl（J-5kgf（s）（6分）2642.4=66.2 C（6分）則氧的質(zhì)量擴(kuò)散通量:2. 一溫度計(jì)的溫包被濕布包覆。當(dāng)壓力為1.013 x 105Pa的干燥空氣吹過(guò)該溫包時(shí)，溫度計(jì)示值為2

29、2C試計(jì)算干空氣的溫度。計(jì)算時(shí)取Sc/Pr = 0.845解：由于水從濕球紗布上蒸發(fā)帶入空氣的熱量等于空氣通過(guò)對(duì)流換熱傳遞給濕球的熱量，即:而單位時(shí)間單位面積濕紗布上蒸發(fā)的水量： J ；t 1a已知熱、質(zhì)傳遞同時(shí)存在的類比關(guān)系：厶滬十(驢 7)+耳綜合上述幾式，可得：(6分)代入數(shù)據(jù)，得：即干空氣的溫度為66.2 C五、(12分)對(duì)表冷器給定已知條件：空氣量 G空氣初狀態(tài)t1，ts1，終狀態(tài)t2，ts2，冷水量W求解 內(nèi)容：表冷器型號(hào)、臺(tái)數(shù)、排數(shù)、冷水初溫 tw1、冷水終溫tw2。要求作焓濕圖并給出熱工計(jì)算原則。解：表冷器的熱工計(jì)算原則：2449 61.197x1 0058314X295 ij

30、 1 - expiVZZ/Q Cj,）（3分）（2） 該冷卻器能達(dá)到的& 2應(yīng)該等于空氣處理過(guò)程所需要的& 2 陽(yáng)= i-網(wǎng)（-空）：-:二（3分）（3） 該冷卻器吸收的熱量應(yīng)該等于空氣放出的熱量Q - % 1 i J =毗（心冷）作出焓濕圖（3分）注：如果將本題答案寫成表冷器的熱工計(jì)算步驟形式，只要包含上述三條計(jì)算原則，也可作為正確答 案。干空氣的熱物性（p = 1.01 325 x 105 Pa）干飽和水蒸氣的熱物性tCPPP x 106t5px 10-r(C)(kJ/(kg.K)3(kg/m )(m2(C)(Pa)(kJ/kg)101.0051.24714.16100.012272477

31、.7201.0051.20515.06200.023382454.3301.0051.16516.00300.042412430.9401.0051.12816.96400.073752407.0501.0051.09317.95500.123352382.7hm對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)，m s ；中 原 工 學(xué) 院建環(huán)01熱質(zhì)交換原理與設(shè)備課程期末試卷一、填空題（共30分）1、 流體的粘性、熱傳導(dǎo)性和_質(zhì)量擴(kuò)散性_通稱為流體的分子傳遞性質(zhì)。2、 當(dāng)流場(chǎng)中速度分布不均勻時(shí)，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生切應(yīng)力；溫度分布不均勻時(shí)，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生熱傳導(dǎo)；多組分混合流體中，當(dāng)某種組分濃度分布不均勻時(shí)，分子傳遞的結(jié)果會(huì)產(chǎn)

32、生該組分的_質(zhì)量擴(kuò)散；描述這三種分子傳遞性質(zhì)的定律分別是牛頓粘性定律_ 、傅立葉定律、_菲克定律_。3、 熱質(zhì)交換設(shè)備按照工作原理不同可分為 _間壁式、_混合式_、蓄熱式-和熱管式等類型。表面式冷 卻器、省煤器、蒸發(fā)器屬于 _間壁_式，而噴淋室、冷卻塔則屬于_混合式。3、熱質(zhì)交換設(shè)備按其內(nèi)冷、熱流體的流動(dòng)方向，可分為順流式、_逆流_式、叉流式和_混合一式。工程計(jì)算中當(dāng)管束曲折的次數(shù)超過(guò)次，就可以作為純逆流和純順流來(lái)處理。5、溫度差_是熱量傳遞的推動(dòng)力，而_濃度差_則是產(chǎn)生質(zhì)交換的推動(dòng)力。6、 質(zhì)量傳遞有兩種基本方式：分子擴(kuò)散 和對(duì)流擴(kuò)散，兩者的共同作用稱為對(duì)流質(zhì)交換 。7、 相對(duì)靜坐標(biāo)的擴(kuò)散通

33、量稱為絕對(duì)擴(kuò)散通量， 而相對(duì)于整體平均速度移動(dòng)的動(dòng)坐標(biāo)擴(kuò)散通量則稱為相_ 對(duì)擴(kuò)散通量。&在濃度場(chǎng)不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無(wú)整體流動(dòng)時(shí)，組成二元混合物中的組分A和組分B發(fā)生互擴(kuò)散，其中組分 A向組分B的質(zhì)擴(kuò)散通量mA與組分A的濃度梯度成正比，其表達(dá)式為dC: 2mA =-DAB - kg. m sdy；當(dāng)混合物以某一質(zhì)平均速度 v移動(dòng)時(shí)，該表達(dá)式的坐標(biāo)應(yīng)取隨整體移動(dòng)的動(dòng)坐標(biāo) 。9、麥凱爾方程的表達(dá)式為：dQz二hmd i -id dA，它表明當(dāng)空氣與水發(fā)生直接接觸，熱濕交換同時(shí)進(jìn) 行時(shí)?？倱Q熱量的推動(dòng)力可以近似認(rèn)為是濕空氣的焓差。二、分別寫出對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)的基本計(jì)算式以及式中各項(xiàng)的單位和物理意義；并指出當(dāng)熱質(zhì)傳遞同時(shí)存在時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù) h和對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)hm之間存在什么樣的關(guān)系？ （ 10分）答：（1）對(duì)流換熱的基本計(jì)算式：q二htw -t： w.m2q流體與壁面之間的對(duì)流換熱熱流通量，W m ；h對(duì)流換熱系數(shù)，W m2 K ；tw,t：-壁面溫度，K。對(duì)流傳質(zhì)的基本計(jì)算式：口-=血2m- 組分A的質(zhì)擴(kuò)散通量，kg. m2 s ；PA,S,PA8組分在壁面處和在主流中的質(zhì)量濃度，kg/ m3 ；（2）當(dāng)熱質(zhì)傳遞同時(shí)存在時(shí)，對(duì)流換熱系數(shù)h和對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)hm之間滿足下列關(guān)系式：h _2 2