熱質(zhì)交換考試題庫-修正版.doc

一、填空題1總熱交換是 潛熱交換和顯熱交換的總和。2當(dāng)流體中存在速度、溫度和濃度的梯度時，就會分別產(chǎn)生動量、熱量和質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。3潛熱交換是發(fā)生熱交換的同時伴有質(zhì)交換（濕交換）空氣中的水蒸氣凝結(jié)（或蒸發(fā)）而放出（或吸收）汽化潛熱的結(jié)果.4流體的粘性、熱傳導(dǎo)性和質(zhì)量擴(kuò)散通稱為流體的分子傳遞性質(zhì)。5當(dāng)流場中速度分布不均勻時，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生切應(yīng)力；溫度分布不均勻時，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，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。6熱質(zhì)交換設(shè)備按照工作原理不同可分為間壁式、直接接觸式、蓄熱式、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、冷卻塔則屬于直接接觸式。7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、混合流式和叉流式。工程計(jì)算中當(dāng)管束曲折的次數(shù)超次，就可以作為純逆流和純順流來處理。8溫差是熱量傳遞的推動力，而焓差則是產(chǎn)生質(zhì)交換的推動力。9質(zhì)量傳遞有兩種基本方式:分子傳質(zhì) 和對流傳質(zhì)，兩者的共同作用稱為擴(kuò)散傳質(zhì)。10相對靜坐標(biāo)的擴(kuò)散通量稱為以絕對速度表示的質(zhì)量通量，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 以擴(kuò)散速度表示的質(zhì)量通量。11相際間對流傳質(zhì)模型主要有 薄膜理論、溶質(zhì)滲透理論、表面更新理論。12一個完整的干燥循環(huán)由吸濕過程、再生過程和冷卻過程構(gòu)成。13冷卻塔分為干式和濕式。由有淋水裝置、配水系統(tǒng)、通風(fēng)筒組成。14換熱器的熱工計(jì)算有兩種方法:平均溫差法 (LMTD法)和效能-傳熱單元數(shù)法 (-NUT法)。二、名詞解釋熱舒適性（人體對周圍空氣環(huán)境的舒適熱感覺）、絕熱飽和溫度(絕熱增濕過程中空氣降溫的極限)、傳質(zhì)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）、擴(kuò)散系數(shù)(沿?cái)U(kuò)散方向在單位時間每單位濃度降的條件下，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)、)空氣調(diào)節(jié)（利用冷卻或者加熱設(shè)備等裝置，對空氣的溫度和濕度進(jìn)行處理，使之達(dá)到人體舒適度的要求）、新風(fēng)（從室外引進(jìn)的新鮮空氣，經(jīng)過熱質(zhì)交換設(shè)備處理后送入室內(nèi)的環(huán)境中）、回風(fēng)（從室內(nèi)引出的空氣，經(jīng)過熱質(zhì)交換設(shè)備的處理再送回室內(nèi)的環(huán)境中）、露點(diǎn)溫度(指空氣在水汽含量和氣壓都不改變的條件下冷卻到飽和時的溫度)、分子傳質(zhì)(由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象)（擴(kuò)散傳質(zhì)）、對流傳質(zhì)(：是流體流動條件下的質(zhì)量傳輸過程)、質(zhì)量濃度(單位體積混合物中某組分的質(zhì)量)、濃度邊界層（質(zhì)量傳遞的全部阻力集中于固體表面上一層具有濃度梯度的流層中，該流層即為濃度邊界層）、速度邊界層(質(zhì)量傳遞的全部阻力集中于固體表面上一層具有濃度梯度的流層中，該流層即為濃度邊界層)、熱邊界層流體流動過程中.在固體壁面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的薄層、雷諾類比（對流傳熱和摩擦阻力間的聯(lián)系）、宣烏特準(zhǔn)則數(shù)(流體傳質(zhì)系數(shù)hm和定型尺寸的乘積與物體的互擴(kuò)散系數(shù)（Di）的比值)、施密特準(zhǔn)則數(shù)(流體的運(yùn)動黏度（v）與物體的擴(kuò)散系數(shù)（D）的比值)、普朗特準(zhǔn)則數(shù)(流體的運(yùn)動黏度（v）與物體的導(dǎo)溫系數(shù)a的比值)三、簡答題1解釋顯熱交換、潛熱交換和全熱交換，并說明他們之間的關(guān)系。顯熱交換是空氣與水之間存在溫差時，由導(dǎo)熱、對流和輻射作用而引起的換熱結(jié)果。潛熱交換是空氣中的水蒸氣凝結(jié)（或蒸發(fā)）而放出（或吸收）汽化潛熱的結(jié)果?？偀峤粨Q是顯熱交換和潛熱交換的代數(shù)和。2擴(kuò)散系數(shù)是如何定義的？影響擴(kuò)散系數(shù)值大小的因素有哪些？擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時間每單位濃度降的條件下，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)，大小主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類及其溫度和壓力。3試比較分析對流傳質(zhì)與對流傳熱的相關(guān)準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系？傳質(zhì)傳熱Sc=v/diPr=v/aSh=hm .l/DiNu=hl/Stm=Sh/Re.ScSt=Nu/Re.Pr4如何認(rèn)識傳質(zhì)中的三種速度，并寫出三者之間的關(guān)系？Ua Ub:絕對速度 Um：混合物速度 Ua Ub 擴(kuò)散速度 Ua=Um+(Ua-Um) 絕對速度=主體速度+擴(kuò)散速度5簡述“薄膜理論”的基本觀點(diǎn)。當(dāng)流體靠近物體表面流過，存在著一層附壁的薄膜，在薄膜的流體側(cè)與具有濃度均勻的主流連續(xù)接觸，并假定膜內(nèi)流體與主流不相混合和擾動，在此條件下，整個傳質(zhì)過程相當(dāng)于此 薄膜上的擴(kuò)散作用，而且認(rèn)為在薄膜上垂直于壁面方向上呈線性的濃度分布，膜內(nèi)的擴(kuò)散傳質(zhì)過程具有穩(wěn)態(tài)的特性。6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。當(dāng)邊界層傳遞方程的擴(kuò)散系數(shù)相等時即v=a=D或V/a=V/D=a/D=1時 具有完全相同的形式7分別寫出對流換熱與對流傳質(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)傳遞同時存在時，對流換熱系數(shù)h和對流傳質(zhì)系數(shù)hm之間存在什么樣的關(guān)系？hm=0.664DAB/L Re0.5Sc1/38簡述表面式冷卻器處理空氣時發(fā)生的熱質(zhì)交換過程的特點(diǎn)。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，則空氣只是冷卻而不產(chǎn)生凝結(jié)水，稱干工況。如果低于空氣露點(diǎn)，則空氣不被冷卻，且其中所含水蒸氣部分凝結(jié)出來，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，稱濕工況，此過程中，水膜周圍形成飽和空氣邊界層，被處理與表冷器之間不但發(fā)生顯熱交換還發(fā)生質(zhì)交換和由此引起的潛熱交換。9吸附（包括吸收）除濕法和表冷器，除濕處理空氣的原理和優(yōu)缺點(diǎn)是什么？吸附除濕是利用吸附材料降低空氣中的含濕量。吸附除濕既不需要對空氣進(jìn)行冷卻也不需要對空氣進(jìn)行壓縮，且噪聲低并可以得到很低的露點(diǎn)溫度。表冷器缺點(diǎn)：僅為降低空氣溫度，冷媒溫度無需很低，但為了除濕必須較低，10分析說明動量、熱量和質(zhì)量三種傳遞現(xiàn)象之間的類比關(guān)系。當(dāng)物系中存在速度、溫度、濃度的梯度時，則分別發(fā)生動量、熱量、質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。動量、熱量、質(zhì)量的傳遞，既可以是由分子的微觀運(yùn)動引起的分子擴(kuò)散，也可以是由旋渦混合造成的流體微團(tuán)的宏觀運(yùn)動引起的湍流運(yùn)動。動量傳遞、能量傳遞、質(zhì)量傳遞三種分子傳遞和湍流質(zhì)量傳遞的三個數(shù)學(xué)關(guān)系式是類似的。11寫出施密特準(zhǔn)則數(shù)和宣烏特準(zhǔn)則數(shù)及他們的物理含義施密特準(zhǔn)則數(shù)(Sc)對應(yīng)于對流傳熱中的普朗特準(zhǔn)則數(shù)（Pr) 流體的運(yùn)動粘度（即動量傳輸系數(shù)） 物體的導(dǎo)溫系數(shù)（即熱量傳輸系數(shù)Di物體的擴(kuò)散系數(shù) 聯(lián)系動量和質(zhì)量傳遞的相似準(zhǔn)則表示速度分布和濃度分布的相互關(guān)系。體現(xiàn)了流體的傳質(zhì)物性。舍伍德準(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) 對流傳熱系數(shù),物體的導(dǎo)熱系數(shù)l:定型尺寸系數(shù)hm:對流傳質(zhì)系數(shù) Di物體的擴(kuò)散系數(shù) 12解釋析濕系數(shù) (換熱擴(kuò)大系數(shù)) ,13冷卻塔熱質(zhì)交換的特點(diǎn) 冷卻塔內(nèi)水的降溫主要是由于水的蒸發(fā)換熱和氣水之間的接觸傳熱。因?yàn)槔鋮s塔多為封閉形式，且水溫與周圍構(gòu)件的溫度都不很高，故輻射傳熱量可不予考慮。在冷卻塔內(nèi)，不論水溫高于還是低于周圍空氣溫度，總能進(jìn)行水的蒸發(fā)隨著水溫的降低Q= Q+ Q QQ Q= Q- Q Q= Q- Q=014試比較分析對流傳質(zhì)與對流傳熱的相關(guān)準(zhǔn)數(shù)之間的關(guān)系。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(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，有時有意改為順流。四、推導(dǎo)題1、寫出動量、熱量和質(zhì)量的分子擴(kuò)散的定律及通用表達(dá)式 發(fā)生動量傳遞。動量濃度的變化率 動量濃度，單位體積內(nèi)流動的動量在y方向上的變化率。傳熱、傅立葉定律焓濃度的變化率 焓濃度，單位體積內(nèi)流體的焓在y方向上的變化率。導(dǎo)熱系數(shù)a 熱擴(kuò)散系數(shù)q 熱流通量傳質(zhì)、斐克定律 質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 為常數(shù)時數(shù)質(zhì)量濃度的變化率，密度的變化率A在B中的擴(kuò)散系數(shù) 質(zhì)流通量這三個表達(dá)式從“分子擴(kuò)散”機(jī)理的角度說明了三傳的類比性。傳遞的量的傳遞速率正比于傳遞的量的變化率，從而為通過傳熱來研究物質(zhì)提供了可能性。 2、混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)表示方法及互換關(guān)系 質(zhì)量分?jǐn)?shù)： 摩爾分?jǐn)?shù)：3、推出氣體中穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程的等分子反向擴(kuò)散通量方程 等分子反向擴(kuò)散得出：4、推導(dǎo)傳質(zhì)微分方程 五、計(jì)算題1、有一管道充滿了氮?dú)夂脱鯕獾幕旌蠚怏w，其溫度為200，總壓力位0.1MPa，一端氮?dú)鉂舛葹?.0 Kmol/m3，另一端濃度為0.4 Kmol/m3，兩端相距50cm，已知DAB=0.510-4m2/s，計(jì)算穩(wěn)態(tài)下氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量通量。解：由斐克第一定律得：=610-5kmol/(m2.S)2、有一管道充滿了氮?dú)夂秃獾幕旌蠚怏w，其溫度為300K，總壓力位0.1MPa，一端氮?dú)獾姆謮毫?.06MPa，另一端為0.01MPa，兩端相距30cm，已知DAB=0.68710-4m2/s，計(jì)算穩(wěn)態(tài)下氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量通量。解：由斐克第一定律得：對于理想氣體，=4.5910-6kmol/m2s3、某空氣冷卻式冷凝器，以R134a為制冷劑，冷凝溫度為ts=50，蒸發(fā)溫度t0=5，時的制冷量Q0=5500W，壓縮機(jī)的功耗是1500W，冷凝器空氣進(jìn)口溫度為35，出口溫度為43。（1）制冷劑與空氣的對數(shù)平均溫差是多少？（2）已知在空氣平均溫度39下，空氣的比熱為1013J/kg.K，密度為1.1kg/m3,所需空氣流量是多少？解：（1）t=50-35=15,t=50-43=7 =10.5 (2)冷凝總負(fù)荷=5500+1500=7000W =7000/（1.110138）=0.79m3/s4、一個直徑為3cm的萘球懸掛于空氣管道中，求下述條件的瞬時傳質(zhì)系數(shù)；（1）萘球周圍的空氣靜止，溫度為259K，壓力為101.325kPa，萘在空氣中的擴(kuò)散率為5.1410-6m2/s；（2）空氣以0.15m/s的速度流過萘球，溫度為259K，壓力為101.325kPa，。解：（1）Sh=2.0（2分）=2.05.1410-6/0.03=3.4310-4m/s（2）=0.150.03/1.0105=4.5102，（1分）=1.950.569（）0.25=2.569=2.5695.1410-6/0.03=4.410-4m/s5、一管式逆流空氣加熱器，空氣由15加熱到30，水在80下進(jìn)入換熱器管內(nèi)，40時離開，總換熱量位30kW，傳熱系數(shù)為40W/(m2.),求：（1）平均換熱溫差；（2）換熱器面積。解：（1）t=80-30=50,t=40-15=25 =35.7=30000/（4035.7）=21m27、含少量碘的壓力為1.013105Pa、溫度為25的空氣，以5.18m/s的速度流過直徑為3.0510-2m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=0.82610-