熱質(zhì)交換原理與設(shè)備 復習重點

1、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備 復習重點（個人總結(jié)可能不全，請大家補充指正）考試時間：2013年5月8日下午1：30考試地點：考試題型：問答題、計算題（1020分）蘇新軍老師 TelE-mail：suxinjun第一章 緒論1.1.1 三種傳遞現(xiàn)象的聯(lián)系當物質(zhì)中存在速度、溫度和濃度的梯度時，則分別發(fā)生動量、熱量和質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。動量、熱量和質(zhì)量的傳遞，既可以是由分子的微觀運動引起的分子擴散，也可以是由渦旋混合造成的流體微團的宏觀運動引起的湍流傳遞。各類系數(shù)總的效應 通常，充分發(fā)展湍流中，湍流傳遞系數(shù)遠遠大于分子傳遞系數(shù)。兩種傳遞系數(shù)的比較v 分子傳遞系數(shù), a, DAB：

2、6; 是物性，與溫度、壓力有關(guān)；Ø 通常各項同性。v 湍流傳遞系數(shù)t, at, DABt：Ø 不是物性，主要與流體流動有關(guān)；Ø 通常各項異性。1.1.3 熱質(zhì)交換設(shè)備的分類熱質(zhì)交換設(shè)備的分類方法很多，可以按工作原理、流體流動方向、設(shè)備用途、傳熱傳質(zhì)表面結(jié)構(gòu)、制造材質(zhì)等分為各種類型。最基本的是按工作原理分類。« （1）按工作原理分類（可參考書后思考題第二題）熱質(zhì)交換設(shè)備按照工作原理分為：間壁式，直接接觸式，蓄熱式和熱管式等類型。 間壁式又稱表面式，在此類換熱器中，熱、冷介質(zhì)在各自的流道中連續(xù)流動完成熱量傳遞任務，彼此不接觸，不摻混。 直接接觸式又稱混合式，

3、在此類換熱器中，兩種流體直接接觸并且相互摻混，傳遞熱量和質(zhì)量后，在理論上變成同溫同壓的混合介質(zhì)流出，傳熱傳質(zhì)效率高。 蓄熱式又稱回熱式或再生式換熱器，它借助由固體構(gòu)件（填充物）組成的蓄熱體傳遞熱量，此類換熱器，熱、冷流體依時間先后交替流過蓄熱體組成的流道，熱流體先對其加熱，使蓄熱體壁溫升高，把熱量儲存于固體蓄熱體中，隨即冷流體流過，吸收蓄熱體通道壁放出的熱量。 熱管換熱器是以熱管為換熱元件的換熱器，由若干熱管組成的換熱管束通過中隔板置于殼體中，中隔板與熱管加熱段，冷卻段及相應的殼體內(nèi)窮腔分別形成熱、冷流體通道，熱、冷流體在通道內(nèi)橫掠管束連續(xù)流動實現(xiàn)傳熱。« （2）按熱流體與冷流體的流

4、動方向分類（可參考書后思考題第三題）熱質(zhì)交換設(shè)備按照其內(nèi)熱流體與冷流體的流動方向，可分為：順流式、逆流式、叉流式和混合式等類型。順流式又稱并流式，其內(nèi)冷、熱兩種流體平行地向著同方向流動，即冷、熱兩種流體由同一端進入換熱器。逆流式，兩種流體也是平行流體，但它們的流動方向相反，即冷、熱兩種流體逆向流動，由相對得到兩端進入換熱器，向著相反的方向流動，并由相對的兩端離開換熱器。叉流式又稱錯流式，兩種流體的流動方向互相垂直交叉。 混流式又稱錯流式，兩種流體的流體過程中既有順流部分，又有逆流部分。思考題1、分子傳遞現(xiàn)象可以分為幾類？各自由什么原因引起的？答：分為三類：動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞現(xiàn)象。動量

5、傳遞：流場中的速度分布不均勻（或速度梯度的存在）；熱量傳遞：溫度梯度的存在（或溫度分布不均勻）；質(zhì)量傳遞：物體的濃度分布不均勻（或濃度梯度的存在）。2、熱質(zhì)交換設(shè)備按照工作原理分為哪幾類？他們各自的特點是什么？答：熱質(zhì)交換設(shè)備按照工作原理分為：間壁式，直接接觸式，蓄熱式和熱管式等類型。 間壁式又稱表面式，在此類換熱器中，熱、冷介質(zhì)在各自的流道中連續(xù)流動完成熱量傳遞任務，彼此不接觸，不摻混。 直接接觸式又稱混合式，在此類換熱器中，兩種流體直接接觸并且相互摻混，傳遞熱量和質(zhì)量后，在理論上變成同溫同壓的混合介質(zhì)流出，傳熱傳質(zhì)效率高。 蓄熱式又稱回熱式或再生式換熱器，它借助由固體構(gòu)件（填充物）組成的蓄

6、熱體傳遞熱量，此類換熱器，熱、冷流體依時間先后交替流過蓄熱體組成的流道，熱流體先對其加熱，使蓄熱體壁溫升高，把熱量儲存于固體蓄熱體中，隨即冷流體流過，吸收蓄熱體通道壁放出的熱量。 熱管換熱器是以熱管為換熱元件的換熱器，由若干熱管組成的換熱管束通過中隔板置于殼體中，中隔板與熱管加熱段，冷卻段及相應的殼體內(nèi)窮腔分別形成熱、冷流體通道，熱、冷流體在通道內(nèi)橫掠管束連續(xù)流動實現(xiàn)傳熱。3、簡述順流、逆流、叉流和混合流各自的特點，并對順流和逆流做一比較和分析。答：順流式又稱并流式，其內(nèi)冷、熱兩種流體平行地向著同方向流動，即冷、熱兩種流體由同一端進入換熱器。逆流式，兩種流體也是平行流體，但它們的流動方向相反，

7、即冷、熱兩種流體逆向流動，由相對得到兩端進入換熱器，向著相反的方向流動，并由相對的兩端離開換熱器。叉流式又稱錯流式，兩種流體的流動方向互相垂直交叉。 混流式又稱錯流式，兩種流體的流體過程中既有順流部分，又有逆流部分。 順流和逆流分析比較： 在進出口溫度相同的條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，順流時，冷流體的出口溫度總是低于熱流體的出口溫度，而逆流時冷流體的出口溫度卻可能超過熱流體的出口溫度，以此來看，熱質(zhì)交換器應當盡量布置成逆流，而盡可能避免布置成順流，但逆流也有一定的缺點，即冷流體和熱流體的最高溫度發(fā)生在換熱器的同一端，使得此處的壁溫較高，為了降低這里的壁溫，有時有意改為順流。

8、第二章 傳質(zhì)的理論基礎(chǔ)7個基本的物理量 物質(zhì)的量是國際單位制中7個基本物理量之一（長度、質(zhì)量、時間、電流強度、發(fā)光強度、溫度、物質(zhì)的量），它和“長度”，“質(zhì)量”等概念一樣，是一個物理量的整體名詞。單位為摩爾(mol)。物質(zhì)的量是表示物質(zhì)所含微粒數(shù)(N)與阿伏伽德羅常數(shù)(NA)之比,即n=N/NA。它是把微觀粒子與宏觀可稱量物質(zhì)聯(lián)系起來的一種物理量。 2.1.2.1 傳質(zhì)的速度 多組分的傳質(zhì)過程中，uA、uB代表組分A、B的實際移動速度，稱為絕對速度。u代表混合物的移動速度，稱為主體流動速度或平均速度(以質(zhì)量為基準)（若以摩爾為基準，用um表示）；uA-u及uB-u代表相對于主體流動速度的移動速

9、度，稱為擴散速度。 uA=u+(uA-u) uB=u+(uB-u)uA=um+(uA-um) uB=um+(uB-um)絕對速度主體流動速度（平均速度）擴散速度2.1.2.2 傳質(zhì)通量【重點看三種傳質(zhì)通量、表示】單位時間通過垂直于傳質(zhì)方向上單位面積的物質(zhì)的量稱為傳質(zhì)通量。傳質(zhì)通量傳質(zhì)速度×濃度質(zhì)量傳質(zhì)通量：m (kg/m2·s)；摩爾傳質(zhì)通量：N (kmol/m2·s)。（1）以絕對速度表示的質(zhì)量通量 上式為質(zhì)量平均速度定義式（總摩爾通量）N=N A+NB=CAuA+CBuB=Cumum=（CAuA+CBuB）/C（2）以擴散速度表示的質(zhì)量通量傳質(zhì)通量擴散速度&#

10、215;濃度質(zhì)量通量： 摩爾通量： 總通量：（3）以主體流動速度表示的質(zhì)量通量傳質(zhì)通量主體流動速度×濃度質(zhì)量通量： 同理：摩爾通量： 同理：Ø 穩(wěn)態(tài)擴散：擴散范圍內(nèi)各點參數(shù)不變（恒定）2.2擴散傳質(zhì)（了解）兩組分擴散系統(tǒng)中，組分A在組分B中的擴散系數(shù)等于組分B在組分A中的擴散系數(shù)。（擴散系數(shù)：物質(zhì)的分子擴散系數(shù)表示它的擴散能力，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。定義：擴散系數(shù)是言擴散方向，在單位時間單位濃度降得條件下，垂直通過單位面積所擴散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)。單位m2/s）2.3.5對流傳質(zhì)過程的相關(guān)準則數(shù)（1）施密特準則數(shù)(Sc)對應于對流傳熱中的普朗特準則數(shù)（Pr) ( 2 )

11、宣烏特準則數(shù)（Sh）對應于對流傳熱中的努謝爾特準則數(shù)( Nu ) ( 3 ) 傳質(zhì)的斯坦頓準則數(shù)(Stm)對應于對流傳熱中的斯坦頓準則數(shù)St 2.4.1薄膜理論簡述“薄膜理論”的基本觀點。答：當流體流經(jīng)固體或液體表面時，存在一層附壁薄膜，靠近壁面一側(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。在此條件下，整個傳質(zhì)過程相當于集中在薄膜內(nèi)的穩(wěn)態(tài)分子擴散傳質(zhì)過程。思考題：簡述質(zhì)擴散通量的幾種表示方法：以絕對速度表示的質(zhì)量通量；以擴散速度表示的質(zhì)量通量；以主體流動速度表示的質(zhì)量通量。單位時間通過垂直與傳質(zhì)方向上單位面積的物質(zhì)的量稱為傳質(zhì)

12、通量。傳質(zhì)通量等于傳質(zhì)速度與濃度的乘積。以絕對速度表示的質(zhì)量通量：以擴散速度表示的質(zhì)量通量：以主流速度表示的質(zhì)量通量：第三章 傳熱傳質(zhì)問題的分析和計算【此章有計算題，重點看例題】例題3-1常壓下的干空氣從“濕球”溫度計球部吹過。它所指示的溫度是少量液體蒸發(fā)到大量飽和蒸汽空氣混合物的穩(wěn)定平均溫度，溫度計的讀數(shù)是16，如圖所示。在此溫度下的物性參數(shù)為：水的蒸汽壓 PW=0.01817bar；空氣的密度 =1.215kg/m3；空氣的比熱 Cp=1.0045kJ/kg.；水蒸汽的汽化潛熱 r = 2463.1kJ/kg；Sc=0.60，Pr = 0.70 。試計算干空氣的溫度。解：求出單位時間單位面

13、積上蒸發(fā)的水量為 （1）水從濕球上蒸發(fā)帶入空氣的熱量等于空氣通過對流傳熱傳給濕球的熱量：干空氣的溫度為： （2）所以， （3）將（1），（3）帶入（2）中整理得因為所以根據(jù)題意，Cf= 0，水的分子量為18 g /mol，則思考題：1、如何理解動量、熱量和質(zhì)量傳遞的類比性答：當物系中存在速度、溫度和濃度的梯度時，則分別會發(fā)生動量、熱量和質(zhì)量傳遞現(xiàn)象。動量、熱量和質(zhì)量的傳遞，既可以是由分子的微觀運動引起的分子傳遞，也可以是由漩渦混合造成的流體微團的宏觀運動引起的湍流傳遞。對三類現(xiàn)象的分子傳遞和湍流傳遞分析可以得出這三種傳遞現(xiàn)象背后的機理是相同的，它們依從的規(guī)律也類似，都可以用共同的形式表示：傳遞

14、速率擴散系數(shù)×傳遞推動力，清楚地表明了“三傳”之間的類比性。另外，從動量方程、熱量方程和擴散方程及相對應的邊界條件可以看出它們在形式上是完全類似的，也清楚地表明了“三傳”之間的類比性。2、把雷諾類比律和柯爾本類比律推廣應用于對流質(zhì)交換可以得到什么結(jié)論。答：將雷諾類比律和柯爾本類比律推廣應用于對流質(zhì)交換可知，傳遞因子等于傳質(zhì)因子 且可以把對流傳熱中有關(guān)的計算式用于對流傳質(zhì)，只要將對流傳熱計算式中的有關(guān)物理參數(shù)及準則數(shù)用對流傳質(zhì)中相對應的代換即可，如：當流體通過一物體表面，并與表面之間既有質(zhì)量又有熱量交換時，同樣可用類比關(guān)系由傳熱系數(shù)h 計算傳質(zhì)系數(shù) 3、定義施米特準則和劉伊斯準則，從動

15、量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞類比的觀點來說明他們的物理意義。答：斯密特準則 表示物性對對流傳質(zhì)的影響，速度邊界層和濃度邊界層的相對關(guān)系劉伊斯準則表示熱量傳遞與質(zhì)量傳遞能力相對大小 熱邊界層于濃度邊界層厚度關(guān)系第四章 空氣的熱濕處理第五章 吸附和吸收處理空氣的原理與方法5.1.1 吸附的基本知識和概念（2）吸附的種類吸附可分為物理吸附和化學吸附。（差別 特征 過程 特點 除濕 吸附劑）物理吸附主要依靠普遍存在于分子間的范德華力起作用。物理吸附是一種表面現(xiàn)象，可以是單層吸附，也可以是多層吸附，主要特征為：1）吸附質(zhì)與吸附劑之間無化學反應；2）對吸附氣體選擇性不強；3）吸附過程快，參與吸附的各相之間瞬

16、間達到平衡；4）吸附為低放熱過程，放熱量略大于液化潛熱；5）吸附劑與吸附質(zhì)間的吸附力不強，在條件改變時可以脫附。（化學吸附做不到）化學吸附起因于吸附質(zhì)分子與吸附劑表面分子（原子）的化學作用，在吸附過程中發(fā)生電子轉(zhuǎn)移和共有原子重排以及化學鍵斷裂與形成等過程?；瘜W吸附多是單層吸附。物理吸附和化學吸附的比較比較項目物理吸附化學吸附吸附熱?。?163KJ/mol），相當于1.53倍凝結(jié)熱大（42125KJ/mol），相當于化學反應熱吸附力范德華力，較小未飽和化學鍵力，較大可逆性可逆，易脫附不可逆，不能或不易脫附吸附速度快慢（因需要活化能）吸附質(zhì)非選擇性選擇性發(fā)生條件如適當選擇物理條件（溫度、壓力、濃度

17、），任何固體、流體之間都可發(fā)生發(fā)生在有化學親和力的固體、液體之間作用范圍與表面覆蓋程度無關(guān)，可多層吸附隨覆蓋程度的增加而減弱，只能單層吸附等溫線特點吸附量隨平衡壓力（濃度）正比上升關(guān)系較復雜等壓線特點吸附量隨溫度升高而下降（低溫吸附、高溫脫附）在一定溫度下才能吸附（低溫不吸附，高溫下有一個吸附極大點）（3）吸附平衡、等溫吸附線和等壓吸附線 對于給定的吸附劑和吸附質(zhì)，平衡時吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量q為：吸附等壓線：吸附等溫線：典型等溫吸附線I-合成沸石等吸附系的；II-Lamgmuri型；III-活性鋁等吸附系的；IV-活性炭吸附水蒸氣；V-BET型；VI-線性吸附等壓吸附線（4）吸附劑結(jié)構(gòu)，多孔

18、介質(zhì)，比表面積 比表面積：單位質(zhì)量吸附劑具有的表面積 比表面積越大，吸附能力越強。多孔介質(zhì)比表面積大，所以吸附劑多為多孔介質(zhì)。多孔介質(zhì)孔隙越小，比表面積越大，孔隙內(nèi)吸附能力越強（5）吸附劑的特性參數(shù)1）多孔吸附劑的外觀體積2）吸附劑密度堆積密度： 真密度： 顆粒密度： 3）孔徑分布（測定吸附等溫線、壓汞儀等）4）顆粒當量直徑、單位體積表面積 5.1.3 常用吸附劑的類型和性能· 極性吸附劑（親水）硅膠：親水性，易吸附水分，而難于吸附非極性物質(zhì)。多孔活性氧化鋁：用于氣體干燥，石油氣脫硫，含氟廢氣凈化。沸石：通常為人工合成沸石分子篩，為微孔型、具有立方晶體的硅酸鹽。對極性分子，不飽和有機物具有獨特的吸附特性，選擇吸附能力。· 非極性吸附劑（