熱質(zhì)交換原理與設(shè)備試題庫

1、一、填空題（共30分）1、流體的粘性、熱傳導(dǎo)性和_質(zhì)量擴(kuò)散性一通稱為流體的分子傳遞性質(zhì)。2、當(dāng)流場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、熱流體的流動方向，可分為順流式、逆流式、一叉流式和一

2、混合一 式。工程計(jì)算中當(dāng)管束曲折的次數(shù)超過 4 次，就可以作為純逆流和純順流來處理。5、溫度差 是熱量傳遞的推動力，而 濃度差_則是產(chǎn)生質(zhì)交換的推動力。6、 質(zhì)量傳遞有兩種基本方式：分子擴(kuò)散和對流擴(kuò)散，兩者的共同作用稱為 對流質(zhì)交換 。7、相對靜坐標(biāo)的擴(kuò)散通量稱為絕對擴(kuò)散通量，而相對于整體平均速度移動的動坐標(biāo)擴(kuò)散通量則稱為相對擴(kuò)散通量。8、在濃度場不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無整體流動時(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dC A / 2mA Dab kg/m s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移動時(shí)，

3、該表達(dá)式的坐標(biāo)應(yīng)取隨整體移動的動坐標(biāo) 。9、麥凱爾方程的表達(dá)式為：dQz hmd 1 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熱量的推動力可以近似認(rèn)為是濕空氣的焓差四、簡述表面式冷卻器處理空氣時(shí)發(fā)生的熱質(zhì)交換過程的特點(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，此為減濕冷卻過程（濕冷）；在濕冷過程，推動總熱交換的動力濕濕空氣的焓差，而不(10是溫差五、空氣與水直接接觸時(shí)，在水量無限大、接觸時(shí)間無限

4、長的假象條件下，隨 著水溫不同，可以得到如圖所示的七種典型空氣狀態(tài)變化過程，請分析這七種 過程的特點(diǎn)，然后將給出的表格填寫完整。（15分）過程線水溫特點(diǎn)tdi過程名稱A-1tw t|減減減減濕冷卻A-2twtl減不變減等濕冷卻A-3tltwts減增減減焓加濕A-4twt s減增不變等焓加濕A-5tstwt A減增增增焓加濕A-6twt A不變增增等溫加濕A-7twt A增增增增溫加濕、質(zhì)量傳遞的推動力是什么？傳質(zhì)有幾種基本方式？其機(jī)理有什么不同?分）答：質(zhì)量傳遞的推動力是濃度梯度。傳質(zhì)有兩種基本方式：分子擴(kuò)散與對流擴(kuò)散 在靜止的流體或垂直于濃度梯度方向作層流運(yùn)動的流體及固體中的擴(kuò)散， 本質(zhì)上

5、由微觀分子的不規(guī)則運(yùn)動引起，稱為分子擴(kuò)散，機(jī)理類似于熱傳導(dǎo)；流體作宏觀 對流運(yùn)動時(shí)由于存在濃度差引起的質(zhì)量傳遞稱為對流擴(kuò)散，機(jī)理類似于熱對流。二、簡述斐克定律，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)動時(shí)，斐克定律又該如何表示？ （20分）答：斐克定律克：在濃度場不隨時(shí)間而變的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無整體流動時(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：mAdCA f 2dnA/ 2Dabkg.m s NADABkmol. m sdy或dymA，Na 分別為組分A的相對質(zhì)擴(kuò)散通量和摩爾擴(kuò)散通量;dCAdnAdy

6、 dy分別為組分A的質(zhì)量濃度梯度和摩爾濃度梯度;3 / 6mA當(dāng)混合物以整體平均速度v運(yùn)動時(shí)dC A J 2 dab - kg m dy三、簡述“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27 / 6膜內(nèi)流體與主流不發(fā)生混和與擾動。 在此條件下，整個(gè)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。四、在什么條件下，描述對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式與描述對流換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式具有完全類似的形式？請說明理由。（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

7、向速度與主流 速度相比很小可以忽略不計(jì)時(shí)，描述對流換熱系數(shù)和對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式具有 完全類似的形式。此時(shí)，對流換熱與對流傳質(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)對流換熱和對流傳質(zhì)問題的解具 有完全類似的形式。五、 寫出麥凱爾方程的表達(dá)式并說明其物理意義。（5分）答：dQz hmd i id d-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)?？倱Q熱量 的推動力可以近似認(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，人為邊界層中飽和濕 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

8、空氣在總壓強(qiáng)為 1.013 xiO5Pa,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10 mm的兩個(gè)平面上 氫氣的分壓強(qiáng)分別為16000Pa和5300P&試求這兩種氣體的摩爾擴(kuò)散通量。（10 分）解：用和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NaNbD Pai Pa2RmTy0.6 10416000 53008314 2980012.59 10 2 mol/m2 s負(fù)號表示兩種氣體組分?jǐn)U散方向相反。七、含少量碘的壓力為1.013 X105Pa溫度為25T的空氣，以5.18m/s的速度 流過直徑為3.05 x 10-2m的

9、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=0.826X 10-5 m2/s，試 求從氣流到管壁的對流傳質(zhì)系數(shù)以及碘蒸汽在管子表面上的沉積率。（空氣的動量擴(kuò)散系數(shù)伍15 10 6m2 s） （15分）管內(nèi)受迫層流：Sh 1.86Re0.333 Sc0.333管內(nèi)受迫紊流：Sh 0.023Re0.83 Sc0.44解:ReShScudhm叫 1.88D 0.826 10 5v 15.535.183.。510 210173v0.023 Re615.53 100.83 Sc0.440.02310173 0.830 441.88 .64.35D

10、Shd64.35 0.826 103.05 100.017 m s00.017nm kmol. m 2 s八、已知空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)量 G= 5 kg/s，空氣初狀態(tài)參數(shù)t1=35C, ts1=26.9 C,i 1=85kJ/ kg；終狀態(tài)參數(shù)為t2=19C, ts2=18.1 C, i 2=51.4kJ/ kg；空氣壓強(qiáng)101325Pq試選用JW型空氣冷卻器并求出其中的傳熱系數(shù)范圍。（空氣密度p=1.2 kg/m3，定壓比熱 Cp=1.005 kJ/（ kg - C），水定壓比熱 Cp=4.19 kJ/（ kg -C）, 可選表冷器中水流速范圍 w=0.8-1.6m/s ）。（15分）已知水冷式表

11、面冷卻器作為冷卻用之傳熱系數(shù)（ W/ tf-C ）:39.7V,521.03332.60.8141.5V；52 1.02325.60.8型號風(fēng)量(nVh )每排散熱面 積 Ad (tf)迎風(fēng)面積A(tf)通水?dāng)嗝娣e Aw(tf)JW10-45000-835012.150.944JW20-4.051.87JW30-41.402.57JW40-42.503.43排數(shù)迎面風(fēng)速(m/s)1.52.02.53.020.5900.5450.5150.49040.8410.7970.7680.74060.9400.9110.8880.87280.9770.9640.9540.9450.58 1.0 y0.835.5V353.62 11t1 ts135 26.90.889查表可知，在常用的Vy范圍內(nèi)，JW型6排表冷器能滿足2 用6排。0.889的要求，故選(2)假定Vy2.5m/s，則Ay1.667 m21.2 2.5解：(1)計(jì)算需要的接觸系數(shù)2，確定冷卻器的排數(shù)1.87m2查表可選用JW20- 4型表冷器一臺，其迎風(fēng)面積Ay故實(shí)際迎面風(fēng)速VyG Ay 5 1.2 1.87 2.23 ms查2表可知，在Vy 2.23m s時(shí)，jw型6排表冷器實(shí)際的2值可以滿足要求，2所選JW20 4型表冷器每排散熱面積Ad 20.05m ,