最新熱質(zhì)交換原理與設(shè)備復(fù)習(xí)重點(diǎn)資料

1、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備 復(fù)習(xí)重點(diǎn)（個(gè)人總結(jié)可能不全，請(qǐng)大家補(bǔ)充指正）考試時(shí)間： 2013 年 5 月 8 日下午 1： 30考試地點(diǎn)：考試題型：?jiǎn)柎痤}、計(jì)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(dāng)物質(zhì)中存在速度、溫度和濃度的梯度時(shí)，則分別發(fā)生動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。動(dòng)量、熱量和質(zhì)量的傳遞， 既可以是由分子的微觀運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)引起的 湍流傳遞 。各類系數(shù)總的效應(yīng)s t ( t) d u eff d u dy dyeff :有效動(dòng)力粘度系數(shù)qs

2、 ( t ) ddytdyeff ddyt eff : 有效導(dǎo)熱系數(shù)ms(dab dabt )ddyadabeff ddya dabeff:有效質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)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) , a, dab： 是物性，與溫度、壓力有關(guān)； 通常各項(xiàng)同性。湍流傳遞系數(shù) t, at, dabt ： 不是物性，主要與流體流動(dòng)有關(guān)； 通常各項(xiàng)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(dòng)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

3、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(dòng)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(shí)間先后交替流過蓄熱體組成的流道，熱流體先對(duì)其加熱， 使蓄熱體壁溫升高， 把熱量?jī)?chǔ)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

4、 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(dòng)實(shí)現(xiàn)傳熱。（2）按熱流體與冷流體的流動(dòng)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(dòng)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(dòng)， 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(dòng)方向相反， 即冷、熱兩種流體逆向流動(dòng)， 由相對(duì)得到兩端進(jìn)入換熱器，向著相反的方向流動(dòng)

5、，并由相對(duì)的兩端離開換熱器。叉流式又稱錯(cuò)流式，兩種流體的流動(dòng)方向互相垂直交叉。 混流式又稱錯(cuò)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(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞現(xiàn)象。 動(dòng)量傳遞：流場(chǎng)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(diǎn)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

6、、冷介質(zhì)在各自的流道中連續(xù)流動(dòng)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(shí)間先后交替流過蓄熱體組成的流道，熱流體先對(duì)其加熱， 使蓄熱體壁溫升高， 把熱量?jī)?chǔ)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

7、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(dòng)實(shí)現(xiàn)傳熱。3、簡(jiǎn)述順流、逆流、叉流和混合流各自的特點(diǎn)，并對(duì)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(dòng)，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(dòng)方向相反， 即冷、熱兩種流體逆向流動(dòng)， 由相對(duì)得到兩端進(jìn)入換熱器，向著相反的方向流動(dòng)，并由相對(duì)的兩端離開換熱器。叉流式又稱錯(cuò)流式，兩種流體的流動(dòng)方向互相垂直交叉。 混流式又稱錯(cuò)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，

8、順流的平均溫1u ( au abub )ja ca(ua um) 總通量：jb cb (ub um)j ja j bj ja jb(3)以主體流動(dòng)速度表示的質(zhì)量通量 傳質(zhì)通量主體流動(dòng)速度×濃度 質(zhì)量通量：1aua 1 ( auabub)aa ( auabub ) aa(ma mb)同理：bu ab(ma mb )摩爾通量：caum ca1c (caua cbub )同理：cbum xb (na nb)差最小， 順流時(shí)， 冷流體的出口溫度總是低于熱流體的出口溫度， 而逆流時(shí)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

9、流， 但逆流也有一定的缺點(diǎn)， 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(shí)有意改為順流。第二章 傳質(zhì)的理論基礎(chǔ)7 個(gè)基本的物理量 物質(zhì)的量是國際單位制中 7 個(gè)基本物理量之一(長度、質(zhì)量、時(shí)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(gè)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

10、的實(shí)際移動(dòng)速度， 稱為 絕對(duì)速度 。u 代表混合物的移動(dòng)速度，稱為 主體流動(dòng)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(duì)于主體流動(dòng)速度的移動(dòng)速度，稱為 擴(kuò)散速度 。ua =u+(u a-u)ub=u+(u b-u)ua=um+(ua-um)ub=um+(u b-um)絕對(duì)速度主體流動(dòng)速度(平均速度)擴(kuò)散速度2.1.2.2 傳質(zhì)通量 【重點(diǎn)看三種傳質(zhì)通量、表示】 單位時(shí)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/m 2·s)； 摩爾傳質(zhì)通量： n

11、(kmol/m 2·s)。(1)以絕對(duì)速度表示的質(zhì)量通量maau ambbubm ma mbauabubu上式為質(zhì)量平均速度定義式總摩爾通量) n=n a+nb=caua+cbub=cum um=(caua+cbub) /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×濃度 質(zhì)量通量： j aa(ua u) 摩爾通量：j bb(ub u)caa (caua cbub) xa (na nb) c穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：擴(kuò)散范圍內(nèi)各點(diǎn)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

12、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(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)于對(duì)流傳熱中的普朗特準(zhǔn)則數(shù)（pr）prscdi（ 2 ） 宣烏特準(zhǔn)則數(shù)（sh）對(duì)應(yīng)于對(duì)流傳熱中的努謝爾特準(zhǔn)則數(shù)( nu )nuhlshhm ldi（ 3 ） 傳質(zhì)的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)（stm）對(duì)應(yīng)于對(duì)流傳熱中的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)stnu h re prc pulstmshhmre sc u2.4.1 薄膜理論 簡(jiǎn)述“薄膜理論”的基本觀點(diǎn)。 答：當(dāng)流體流經(jīng)固體或液體

13、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(jiǎn)述質(zhì)擴(kuò)散通量的幾種表示方法：以絕對(duì)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(dòng)速度表示的質(zhì)量通量。 單位時(shí)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。 速度與濃度的乘積。傳質(zhì)通量等于傳質(zhì)以絕對(duì)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：maaua,mbbub, m eaua ebubj aa(ua u), jbb(u

14、b u)ub, j j a jb(eaua ebub ) aa (ma mb)eau ea 1eebu ab(ma mb )第三章 傳熱傳質(zhì)問題的分析和計(jì)算【此章有計(jì)算題，重點(diǎn)看例題】 例題 3-1常壓下的干空氣從 “濕球” 溫度計(jì)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(jì)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(jì)算干

15、空氣的溫度。解：求出單位時(shí)間單位面積上蒸發(fā)的水量為m水 hm cw cf水從濕球上蒸發(fā)帶入空氣的熱量等于空氣通過對(duì)流傳熱傳給濕球的熱量：1)ha t f trm水a(chǎn)干空氣的溫度為： t fr m水r hm水tw2）j hjm所以，hm1 pr 3 (3)hc p sc將（ 1），（3）帶入（ 2）中整理得r pr 2/3tfcp sc cw cf t w因?yàn)?(pr/ sc)2/3 (0.7/0.6)2/3 1.11r0 8.314kj /(molk )所以50.0187 105pwcw3w r0t 8.314 103 289根據(jù)題意， cf= 0，水的分子量為 18 g /mol ，則7.7

16、83 10 4mol/m3tf 1.21254613.01045 1.11 18 7.783 10 4 1631.38 16 47.38思考題：1、如何理解動(dòng)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(shí)，則分別會(huì)發(fā)生動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞現(xiàn) 象。動(dòng)量、 熱量和質(zhì)量的傳遞， 既可以是由分子的微觀運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)引起的湍流傳遞。 對(duì)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)×傳遞推動(dòng)力，清楚地表明了“三傳”之間的類比性

17、。另外， 從動(dòng)量方程、 熱量方程和擴(kuò)散方程及相對(duì)應(yīng)的邊界條件可以看出它們?cè)谛问缴鲜?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(duì)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(duì)流質(zhì)交換可知，傳遞因子等于傳質(zhì)因子jhjdg 2 2g2 st pr3 st m sc3 且可以把對(duì)流傳熱中有關(guān)的計(jì)算式用于對(duì)流傳質(zhì)，只要將對(duì)流傳熱計(jì)算式中的有關(guān)物理 參數(shù)及準(zhǔn)則數(shù)用對(duì)流傳質(zhì)中相對(duì)應(yīng)的代換即可，如 t c,a d,d,prsc,nu sh,stst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(shí)， 同樣可用類比關(guān)系由傳熱系數(shù) h

18、計(jì)算傳質(zhì)系數(shù) hme3、定義施米特準(zhǔn)則和劉伊斯準(zhǔn)則，從動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞類比的觀點(diǎn)來說 明他們的物理意義。答：斯密特準(zhǔn)則 i表示物性對(duì)對(duì)流傳質(zhì)的影響，速度邊界層和濃度邊界層的相對(duì)關(guān)系sc d aprv d劉伊斯準(zhǔn)則 a表示熱量傳遞與質(zhì)量傳遞能力相對(duì)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(shí)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(diǎn) 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

19、特征為：1）吸附質(zhì)與吸附劑之間無化學(xué)反應(yīng)；2）對(duì)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(shí)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。化學(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(xiàng)目物理吸附化學(xué)吸附吸附熱?。?2163kj/mol ），相當(dāng)于 1.53 倍 凝結(jié)熱大（ 42125kj/mol ），相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng) 熱吸附力范德華力，較小未飽和化學(xué)鍵力，較大可

20、逆性可逆，易脫附不可逆，不能或不易脫附吸附速度慢（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?xiàng)l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，附只能單層吸等溫線特點(diǎn)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(diǎn)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(gè)吸附極大點(diǎn)）3）吸附平衡、等溫吸附線和等壓吸附線對(duì)于給定的吸附劑和吸附質(zhì)，平衡時(shí)吸附劑對(duì)吸附質(zhì)的吸附量q 為：q f (p,t )吸附等壓線： q f1（t ）,p 常數(shù)q f2（ p）, 吸附等溫線：典型等溫吸附線t 常數(shù)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)，多孔介質(zhì)，比表面積比表面積：?jiǎn)挝毁|(zhì)量吸附劑具有的表面積