熱質(zhì)交換原理與設(shè)備 復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、熱質(zhì)交換原理與設(shè)備 復(fù)習(xí)重點(diǎn)（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(diǎn)：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(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(yùn)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(yùn)動引起的湍流傳遞。各類系數(shù)總的效應(yīng) 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(xiàng)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(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，

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?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(shí)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(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

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(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、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

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(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(shí)現(xiàn)傳熱。3、簡述順流、逆流、叉流和混合流各自的特點(diǎn)，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，

7、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(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。

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(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(shí)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

9、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(diǎn)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(kuò)散速度表示的質(zhì)量通量傳質(zhì)通量擴(kuò)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(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) ( 2 )

11、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 ) ( 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 2.4.1薄膜理論簡述“薄膜理論”的基本觀點(diǎn)。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)

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(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：第三章 傳熱傳質(zhì)問題的分析和計算【此章有計算題，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?yàn)樗愿鶕?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(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(yùn)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(yùn)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

14、速率擴(kuò)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(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 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：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)系由傳熱系數(shù)h 計算傳質(zhì)系數(shù) 3、定義施米特準(zhǔn)則和劉伊斯準(zhǔn)則，從動

15、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 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(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

16、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。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?。?163KJ/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?xiàng)l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(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(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，高溫下有一個吸附極大點(diǎn)）（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(qiáng)。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(qiáng)（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(dāng)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(jī)物具有獨(dú)特的吸附特性，選擇吸附能力。· 非極性吸附劑（