《熱質(zhì)交換原理與設(shè)備》

熱質(zhì)交換原理與設(shè)備復(fù)習(xí)重點個人總結(jié)可能不全，請大家補(bǔ)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（10~20分）蘇新軍老師Tel：E-mail：第一章緒論1.1.1三種傳遞現(xiàn)象的聯(lián)系當(dāng)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(kuò)散，也可以是由渦旋混合造成的流體微團(tuán)的宏觀運動引起的湍流傳遞。各類系數(shù)總的效應(yīng)qS/ 、du du+T--(卩qS/ 、du du+T--(卩+卩)~=-卩—-f fdy 哦dy-（九+九）匕tdy卩:有效動力粘度系數(shù)eff::有效導(dǎo)熱系數(shù)eff=-(DAB+D)=-DABtdy ABeffdy九dtefdyd-D:有效質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)ABeffS通常，充分發(fā)展湍流中，湍流傳遞系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子傳遞系數(shù)。兩種傳遞系數(shù)的比較?分子傳遞系數(shù)V,a,DAB：＞是物性，與溫度、壓力有關(guān)；＞通常各項同性。?湍流傳遞系數(shù)V,a,,DABt：＞不是物性，主要與流體流動有關(guān)；＞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(wù)，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?zé)崾交蛟偕綋Q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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(wù)，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?zé)崾交蛟偕綋Q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(yīng)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)當(dāng)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。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(qiáng)度、發(fā)光強(qiáng)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(zhǔn))(若以摩爾為基準(zhǔn)，用um表示)；uA-u及uB-u代表相對于主體流動速度的移動速度，稱為擴(kuò)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(kuò)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X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)。u=-(puu=-(pu+pu)pAAB~m-pum-puAAA BBBm-m+m-pu+pu=puABAABB上式為質(zhì)量平均速度定義式(總摩爾通量)N=NA+N上式為質(zhì)量平均速度定義式(總摩爾通量)N=NA+NB=CAUA+CBUB=CUmUm=(CaUa+Cb%)/C(2)以擴(kuò)散速度表示的質(zhì)量通量傳質(zhì)通量=擴(kuò)散速度X濃度質(zhì)量通量：j-p(u—u)摩爾通量:A AAj-p(u—u)B BB-C(u—u)AA m—u)B mJAJ—C(uBB總通量:j=j+jABJ-J+JAB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X濃度質(zhì)量通量:摩爾通量:1z、p質(zhì)量通量:摩爾通量:1z、pu-p—(pu+pu)* *pAABB=pA(pu+pu)-a(m+mpAABB AAB-C丄(Cu+Cu)ACAABB同理:同理:pu-aB(m+m)BABC—-A(Cu+Cu)—x(N+N/)8CAABBAAB°穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散范圍內(nèi)各點參數(shù)不變（恒定）2.2擴(kuò)散傳質(zhì)（了解）兩組分?jǐn)U散系統(tǒng)中，組分A在組分B中的擴(kuò)散系數(shù)等于組分B在組分A中的擴(kuò)散系數(shù)。（擴(kuò)散系數(shù)：物質(zhì)的分子擴(kuò)散系數(shù)表示它的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。定義：擴(kuò)散系數(shù)是言擴(kuò)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(kuò)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(zhǔn)則數(shù)（1）施密特準(zhǔn)則數(shù)（Sc）對應(yīng)于對流傳熱中的普朗特準(zhǔn)則數(shù)（Pr）VPr=aSc=—Di（2）宣烏特準(zhǔn)則數(shù)（Sh）對應(yīng)于對流傳熱中的努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)（Nu）Nu=h1九h-1Sh=-m—Di（3）傳質(zhì)的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)（Stm）對應(yīng)于對流傳熱中的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)St「NuhgShhSt二二 St= =fRe-PrpCumRe-Sc up1T2.4.1薄膜理論T簡述“薄膜理論”的基本觀點。答：當(dāng)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(dāng)于集中在薄膜內(nèi)的穩(wěn)態(tài)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過程。思考題：簡述質(zhì)擴(kuò)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(kuò)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)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(kuò)散速度表示的質(zhì)量通量:以主流速度表示的質(zhì)量通量:m以絕對速度表示的質(zhì)量通量:以擴(kuò)散速度表示的質(zhì)量通量:以主流速度表示的質(zhì)量通量:m=pu,m=pu,m=eu+euAAABBB AABBjA=PA(uA-u)，jB=PB叫-u氣，j=j+jB—(eu+eu)=a(m+m)eAABB AABeu=a(m+m)B BAB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)到大量飽和蒸汽一一空氣混合物的穩(wěn)定平均溫度，溫度計的讀數(shù)是16°C，如圖所示。在此溫度下的

物性參數(shù)為：水的蒸汽壓空氣的密度空氣的比熱水蒸汽的PW=0.01817bar；P=1.215kg/m3；Cp=1.0045kJ/kg.°C；PW=0.01817bar；P=1.215kg/m3；Cp=1.0045kJ/kg.°C；汽化潛熱r=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積上蒸發(fā)的水量為m水-hm（Cw-J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:r-m干空氣的溫度為：tf=—h水*tw （2）所以，h_ 1(Pr(3)hpcvSc丿將（1）,（3）帶入（2）中整理得pcvSc丿（將（1）,（3）帶入（2）中整理得pcvSc丿（C)+因為(Pr/Sc)2/3_(0.7/0.6)2/3_1.11R_8.314kJ/(molK)0所以根據(jù)題意,= w—RTc=0,0.0187x1058.314x103x289_7.783x10-4mol/m3水的分子量為18g/mol，則t_ x1.11x18x7.783x10-4+16f1.215x1.0045_31.38+16_47.38?思考題：1、 如何理解動量、熱量和質(zhì)量傳遞的類比性答：當(dāng)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(tuán)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(jī)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：傳遞速率=擴(kuò)散系數(shù)X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(kuò)散方程及相對應(yīng)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(yīng)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(yīng)用于對流質(zhì)交換可知，傳遞因子等于傳質(zhì)因子①②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(zhǔn)則數(shù)用對流傳質(zhì)中相對應(yīng)的代換即可，如：t分c,a分D,九分D,P分S,N分S,S分Srcuhttm③當(dāng)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h熱系數(shù)h計算傳質(zhì)系數(shù)m3、定義施米特準(zhǔn)則和劉伊斯準(zhǔn)則，從動量傳遞、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。S二上答：斯密特準(zhǔn)則cDi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(zhǔn)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(xué)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(xué)反應(yīng)；2） 對吸附氣體選擇性不強(qiáng)；3） 吸附過程快，參與吸附的各相之間瞬間達(dá)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(qiáng)，在條件改變時可以脫附。（化學(xué)吸附做不到）化學(xué)吸附起因于吸附質(zhì)分子與吸附劑表面分子（原子）的化學(xué)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(xué)鍵斷裂與形成等過程?；瘜W(xué)吸附多是單層吸附。物理吸附和化學(xué)吸附的比較比較項目物理吸附化學(xué)吸附吸附熱?。?1?63KJ/mol）,相當(dāng)于1.5?3倍凝結(jié)熱大（42?125KJ/mol）,相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)執(zhí)八、、吸附力范德華力，較小未飽和化學(xué)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(dāng)選擇物理條件（溫度、壓力、濃度），任何固體、流體之間都可發(fā)生發(fā)生在有化學(xué)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(fù)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）吸附等溫線：q二f2（p），典型等溫吸附線合成沸石等吸附系的；Lamgmuri型；吸附等溫線：q二f2（p），典型等溫吸附線合成沸石等吸附系的；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T二常數(shù)吸附量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： q=f（p,T）吸附等壓線：q=f（T）, p二常數(shù)1（4