热质交换原理与设备考试题库版本.pdf

热 质 交 换 原 理 与 设 备 考 试 题 库一 、 名 词 解 释1热 舒 适 性 （ 人 体 对 周 围 空 气 环 境 的 舒 适 热 感 觉 ）2绝 热 饱 和 温 度 (绝 热 增 湿 过 程 中 空 气 降 温 的 极 限 )3传 质 通 量 （ 单 位 时 间 通 过 垂 直 与 传 质 方 向 上 单 位 面 积 的 物 质 的 量 ）4扩 散 系 数 (沿 扩 散 方 向 在 单 位 时 间 每 单 位 浓 度 降 的 条 件 下 ， 垂 直 通 过 单 位 面 积 所 扩 散某 物 质 的 质 量 或 摩 尔 数 )5空 气 调 节 （ 利 用 冷 却 或 者 加 热 设 备 等 装 置 ， 对 空 气 的 温 度 和 湿 度 进 行 处 理 ， 使 之 达 到 人 体 舒 适 度 的 要 求 ）6新 风 （ 从 室 外 引 进 的 新 鲜 空 气 ， 经 过 热 质 交 换 设 备 处 理 后 送 入 室 内 的 环 境 中 ）7回 风 （ 从 室 内 引 出 的 空 气 ， 经 过 热 质 交 换 设 备 的 处 理 再 送 回 室 内 的 环 境 中 ）8露 点 温 度 (指 空 气 在 水 汽 含 量 和 气 压 都 不 改 变 的 条 件 下 冷 却 到 饱 和 时 的 温 度 )9机 器 露 点 (空 气 在 机 器 上 结 露 产 生 凝 结 水 的 温 度 值 )10分 子 传 质 、 扩 散 传 质 (由 于 分 子 的 无 规 则 热 运 动 而 形 成 的 物 质 传 递 现 象 )11对 流 传 质 (是 流 体 流 动 条 件 下 的 质 量 传 输 过 程 )12质 量 浓 度 (单 位 体 积 混 合 物 中 某 组 分 的 质 量 ）13浓 度 边 界 层 （ 质 量 传 递 的 全 部 阻 力 集 中 于 固 体 表 面 上 一 层 具 有 浓 度 梯 度 的 流 层 中 ， 该 流 层 即 为 浓 度 边 界 层 ）14析 湿 系 数 （ 总 热 交 换 量 与 由 温 差 引 起 的 热 交 换 量 的 比 值 为 析 湿 系 数 ， 用 表 示 ，定 义 为 表 示 由 于 存 在 湿 交 换 而 增 大 了 换 热 量 ， 其 值 大 小 直 接 反 映 了 表 冷 器 上 凝 结 水 析出 的 多 少 ）二 、 填 空 题1、 流 体 的 粘 性 、 热 传 导 性 和 _质 量 扩 散 性 _通 称 为 流 体 的 分 子 传 递 性 质 。2、 当 流 场 中 速 度 分 布 不 均 匀 时 ， 分 子 传 递 的 结 果 产 生 切 应 力 ； 温 度 分 布 不 均 匀 时 ， 分子 传 递 的 结 果 产 生 热 传 导 ； 多 组 分 混 合 流 体 中 ， 当 某 种 组 分 浓 度 分 布 不 均 匀 时 ， 分 子 传递 的 结 果 会 产 生 该 组 分 的 _质 量 扩 散 _； 描 述 这 三 种 分 子 传 递 性 质 的 定 律 分 别 是 _牛 顿 粘 性 定 律 、 傅 立 叶 定 律 _、 菲 克 定 律 _。3、 热 质 交 换 设 备 按 照 工 作 原 理 不 同 可 分 为 _间 壁 式 、 _混 合 式 _、 _蓄 热 式 _和 热 管 式 等 类 型 。 表 面 式 冷 却 器 、 省 煤 器 、 蒸 发 器 属 于 _间 壁 _式 ， 而 喷 淋 室 、 冷 却 塔 则 属 于 _混 合 式 。4、 热 质 交 换 设 备 按 其 内 冷 、 热 流 体 的 流 动 方 向 ， 可 分 为 _顺 流 _式 、 _逆 流 _式 、 _叉 流 _式 和 _混 合 _式 。 工 程 计 算 中 当 管 束 曲 折 的 次 数 超 过 _4_次 ， 就 可 以 作为 纯 逆 流 和 纯 顺 流 来 处 理 。5、 _温 度 差 _是 热 量 传 递 的 推 动 力 ， 而 _浓 度 差 _则 是 产 生 质 交 换 的 推 动 力 。6、 质 量 传 递 有 两 种 基 本 方 式 ： 分 子 扩 散 和 对 流 扩 散 ， 两 者 的 共 同 作 用 称 为 _对 流 质 交换 _。7、 相 对 静 坐 标 的 扩 散 通 量 称 为 绝 对 扩 散 通 量 ， 而 相 对 于 整 体 平 均 速 度 移 动 的 动 坐 标 扩散 通 量 则 称 为 相 对 扩 散 通 量 。8、 在 浓 度 场 不 随 时 间 而 变 化 的 稳 态 扩 散 条 件 下 ， 当 无 整 体 流 动 时 ， 组 成 二 元 混 合 物 中 的 组 分 A和 组 分 B发 生 互 扩 散 ， 其 中 组 分 A向 组 分 B的 质 扩 散 通 量 mA与 组 分 A的 _浓 度梯 度 成 正 比 ， 其 表 达 式 为 smkgdydCDm AABA 2 ； 当 混 合 物 以 某 一 质 平 均 速 度 V移动 时 ， 该 表 达 式 的 坐 标 应 取 _随 整 体 移 动 的 动 坐 标 _。9、 麦 凯 尔 方 程 的 表 达 式 为 ： dAiihdQ dmdz ， 它 表 明 当 空 气 与 水 发 生 直 接 接 触 ，热 湿 交 换 同 时 进 行 时 。 总 换 热 量 的 推 动 力 可 以 近 似 认 为 是 湿 空 气 的 焓 差 。10、 质 量 传 递 有 两 种 基 本 方 式 ： 分 子 扩 散 和 对 流 扩 散 ， 两 者 的 共 同 作 用 称 为 对 流 质 交换 _。11、 相 对 静 坐 标 的 扩 散 通 量 称 为 绝 对 扩 散 通 量 ， 而 相 对 于 整 体 平 均 速 度 移 动 的 动 坐 标 扩 散 通 量 则 称 为 相 对 扩 散 通 量 。12、 喷 雾 室 是 以 实 现 雾 和 空 气 在 直 接 接 触 条 件 下 的 热 湿 交 换 。13、 当 表 冷 器 的 表 面 温 度 低 于 空 气 的 露 点 湿 度 时 ， 就 会 产 生 减 湿 冷 却 过 程 。14、 某 一 组 分 的 速 度 与 整 体 流 动 的 平 均 速 度 之 差 ， 成 为 该 组 分 的 扩 散 速 度 。15、 冷 凝 器 的 类 型 可 以 分 为 水 冷 式 ,空 气 冷 却 式 ( 或 称 风 冷 式 ) 和 蒸 发 式 三 种 类 型 .16、 冷 却 塔 填 料 的 作 用 是 延 长 冷 却 水 停 留 时 间 ， 增 加 换 热 面 积 从 而 增 加 换 热 量 。 均 匀 布水 。 将 进 塔 的 热 水 尽 量 细 化 ， 增 加 水 和 空 气 的 接 触 面 ， 延 长 接 触 时 间 ， 增 进 水 汽 之 间 的热 值 交 换17、 总 热 交 换 是 潜 热 交 换 和 显 热 交 换 的 总 和 。 18、 当 流 体 中 存 在 速 度 、 温 度 、 和 浓 度 的 梯 度 时 ， 就 会 分 别 产 生 动 量 、 热 量 和 质 量的 传 递 现 象 。19、 大 空 间 沸 腾 可 以 分 为 ： 自 然 对 流 沸 腾 区 、 核 态 沸 腾 区 、 过 度 沸 腾 区 和 膜 态 沸 腾 区 四 个 区 域 。20、 潜 热 交 换 是 发 生 热 交 换 的 同 时 伴 有 质 交 换 （ 湿 交 换 ） 空 气 中 的 水 蒸 气 凝 结 （ 或 蒸发 ） 而 放 出 （ 或 吸 收 ） 汽 化 潜 热 的 结 果 。21、 相 际 间 对 流 传 质 模 型 主 要 有 薄 膜 理 论 、 溶 质 渗 透 理 论 、 表 面 更 新 理 论 。22、 一 个 完 整 的 干 燥 循 环 由 _吸 湿 _过 程 、 再 生 过 程 和 冷 却 过 程 构 成 。23、 用 吸 收 、 吸 附 法 处 理 空 气 的 优 点 是 _独 立 除 湿 。24、 当 流 体 中 存 在 速 度 、 温 度 和 浓 度 的 梯 度 时 ， 就 会 分 别 产 生 动 量 、 热 量 和 质 量 的 传 递现 象 。25、 潜 热 交 换 是 发 生 热 交 换 的 同 时 伴 有 质 交 换 （ 湿 交 换 ） 空 气 中 的 水 蒸 气 凝 结 （ 或 蒸 发 ） 而 放 出 （ 或 吸 收 ） 汽 化 潜 热 的 结 果 .26、 流 体 的 粘 性 、 热 传 导 性 和 质 量 扩 散 通 称 为 流 体 的 分 子 传 递 性 质 。27 当 流 场 中 速 度 分 布 不 均 匀 时 ， 分 子 传 递 的 结 果 产 生 切 应 力 ； 温 度 分 布 不 均 匀 时 ， 分子 传 递 的 结 果 产 生 热 传 导 ； 多 组 分 混 合 流 体 中 ， 当 某 种 组 分 浓 度 分 布 不 均 匀 时 ， 分 子 传递 的 结 果 会 产 生 该 组 分 的 质 量 扩 散 ； 描 述 这 三 种 分 子 传 递 性 质 的 定 律 分 别 是 牛 顿 粘 性 定律 、 傅 立 叶 定 律 、 菲 克 定 律 。28、 热 质 交 换 设 备 按 照 工 作 原 理 不 同 可 分 为 间 壁 式 、 直 接 接 触 式 、 蓄 热 式 、 热 管 式 等 类型 。 表 面 式 冷 却 器 、 省 煤 器 、 蒸 发 器 属 于 间 壁 式 ， 而 喷 淋 室 、 冷 却 塔 则 属 于 直 接 接 触 式 。29、 温 差 是 热 量 传 递 的 推 动 力 ， 而 焓 差 则 是 产 生 质 交 换 的 推 动 力 。 30质 量 传 递 有 两 种 基 本 方 式 :分 子 传 质 和 对 流 传 质 ， 两 者 的 共 同 作 用 称 为 扩 散 传 质 。31、 相 对 静 坐 标 的 扩 散 通 量 称 为 以 绝 对 速 度 表 示 的 质 量 通 量 ， 而 相 对 于 整 体 平 均 速 度 移动 的 动 坐 标 扩 散 通 量 则 称 为 以 扩 散 速 度 表 示 的 质 量 通 量 。32、 相 际 间 对 流 传 质 模 型 主 要 有 薄 膜 理 论 、 溶 质 渗 透 理 论 、 表 面 更 新 理 论 。33、 一 个 完 整 的 干 燥 循 环 由 吸 湿 过 程 、 再 生 过 程 和 冷 却 过 程 构 成 。34、 冷 却 塔 分 为 干 式 和 湿 式 。 由 有 淋 水 装 置 、 配 水 系 统 、 通 风 筒 组 成 。35、 换 热 器 的 热 工 计 算 有 两 种 方 法 :平 均 温 差 法 (LMTD 法 )和 效 能 -传 热 单 元 数 法 (-NUT法 )。三 、 简 答 题 1、 简 述 表 面 式 冷 却 器 处 理 空 气 时 发 生 的 热 质 交 换 过 程 的 特 点 。答 ： 当 冷 却 器 表 面 温 度 低 于 被 处 理 空 气 的 干 球 温 度 但 高 于 其 露 点 温 度 时 ， 空 气 只 被 冷 却 并 不 产 生 凝 结 水 ， 此 为 等 湿 冷 却 过 程 （ 干 冷 ） ； 当 冷 却 器 表 面 温 度 低 于 空 气 的 露 点温 度 时 ， 空 气 不 但 被 冷 却 且 其 中 所 含 水 蒸 气 也 将 部 分 凝 结 出 来 ， 此 为 减 湿 冷 却 过 程 （ 湿冷 ） ； 在 湿 冷 过 程 ， 推 动 总 热 交 换 的 动 力 是 湿 空 气 的 焓 差 ， 而 不 是 温 差 。2、 质 量 传 递 的 推 动 力 是 什 么 ？ 传 质 有 几 种 基 本 方 式 ？ 其 机 理 有 什 么 不 同 ？答 ： 质 量 传 递 的 推 动 力 是 浓 度 梯 度 。 传 质 有 两 种 基 本 方 式 ： 分 子 扩 散 与 对 流 扩 散 。在 静 止 的 流 体 或 垂 直 于 浓 度 梯 度 方 向 作 层 流 运 动 的 流 体 及 固 体 中 的 扩 散 ， 本 质 上 由 微 观分 子 的 不 规 则 运 动 引 起 ， 称 为 分 子 扩 散 ， 机 理 类 似 于 热 传 导 ； 流 体 作 宏 观 对 流 运 动 时 由于 存 在 浓 度 差 引 起 的 质 量 传 递 称 为 对 流 扩 散 ， 机 理 类 似 于 热 对 流 。3、 空 气 与 水 直 接 接 触 时 ， 在 水 量 无 限 大 、 接 触 时 间 无 限 长 的 假 象 条 件 下 ， 随 着 水 温 不 同 ， 可 以 得 到 如 图 所 示 的 七 种 典 型 空 气 状 态 变 化 过 程 ， 请 分 析 这 七 种 过 程 的 特 点 ， 然 后将 给 出 的 表 格 填 写 完 整 。过 程 线 水 温 特 点 t d i 过 程 名 称A-1 lw tt 减 减 减 减 湿 冷 却A-2 lw tt 减 不 变 减 等 湿 冷 却A-3 swl ttt 减 增 减 减 焓 加 湿A-4 sw tt 减 增 不 变 等 焓 加 湿A-5 Aws ttt 减 增 增 增 焓 加 湿A-6 Aw tt 不 变 增 增 等 温 加 湿A-7 Aw tt 增 增 增 增 温 加 湿4、 简 述 斐 克 定 律 ， 并 写 出 其 数 学 表 达 式 以 及 各 项 的 意 义 ； 当 混 合 物 以 整 体 平 均 速 度 v运动 时 ， 斐 克 定 律 又 该 如 何 表 示 ？ （ 20 分 ）答 ： 斐 克 定 律 克 ： 在 浓 度 场 不 随 时 间 而 变 的 稳 态 扩 散 条 件 下 ， 当 无 整 体 流 动 时 ， 组成 二 元 混 合 物 中 组 分 A 和 B 发 生 互 扩 散 ， 其 中 组 分 A 向 组 分 B 的 扩 散 通 量 与 组 分 A 的浓 度 梯 度 成 正 比 ， 其 表 达 式 为 ：smkgdydCDm A ABA 2 或 smkmoldydnDN AABA 2Am ， AN 分 别 为 组 分 A 的 相 对 质 扩 散 通 量 和 摩 尔 扩 散 通 量 ； dydndydC AA , 分 别 为 组 分 A 的 质 量 浓 度 梯 度 和 摩 尔 浓 度 梯 度 ；ABD 组 分 A 向 组 分 B 中 的 质 扩 散 系 数 ， 单 位 sm /2 ；当 混 合 物 以 整 体 平 均 速 度 v运 动 时 AcAABA VsmkgdydCDm ,2 5、 简 述 “ 薄 膜 理 论 ” 的 基 本 观 点 。 （ 15 分 ）答 ： 当 流 体 流 经 固 体 或 液 体 表 面 时 ， 存 在 一 层 附 壁 薄 膜 ， 靠 近 壁 面 一 侧 膜 内 流 体 的浓 度 分 布 为 线 性 ， 而 在 流 体 一 侧 ， 薄 膜 与 浓 度 分 布 均 匀 的 主 流 连 续 接 触 ， 且 薄 膜 内 流 体与 主 流 不 发 生 混 和 与 扰 动 。 在 此 条 件 下 ， 整 个 传 质 过 程 相 当 于 集 中 在 薄 膜 内 的 稳 态 分 子扩 散 传 质 过 程 。 6、 在 什 么 条 件 下 ， 描 述 对 流 传 质 的 准 则 关 联 式 与 描 述 对 流 换 热 的 准 则 关 联 式 具 有 完 全类 似 的 形 式 ？ 请 说 明 理 由 。 （ 10分 ）答 ： 如 果 组 分 浓 度 比 较 低 ， 界 面 上 的 质 扩 散 通 量 比 较 小 ， 则 界 面 法 向 速 度 与 主 流 速度 相 比 很 小 可 以 忽 略 不 计 时 ， 描 述 对 流 换 热 系 数 和 对 流 传 质 的 准 则 关 联 式 具 有 完 全 类 似的 形 式 。 此 时 ， 对 流 换 热 与 对 流 传 质 的 边 界 层 微 分 方 程 不 仅 控 制 方 程 的 形 式 类 似 ， 而 且具 有 完 全 相 同 的 边 界 条 件 ， 此 时 对 流 换 热 和 对 流 传 质 问 题 的 解 具 有 完 全 类 似 的 形 式 。7、 写 出 麦 凯 尔 方 程 的 表 达 式 并 说 明 其 物 理 意 义 。 （ 5 分 ）答 ： dAiihdQ dmdz 麦 凯 尔 方 程 表 明 ， 当 空 气 与 水 发 生 直 接 接 触 ， 热 湿 交 换 同 时 进 行 时 。 总 换 热 量 的 推 动 力 可 以 近 似 认 为 是 湿 空 气 的 焓 差 。上 式 中 ， zdQ 为 潜 热 和 显 热 的 代 数 和 ； i为 主 流 空 气 的 焓 ， bi 为 边 界 层 中 饱 和 湿 空 气 的焓 ， mdh 为 湿 交 换 系 数 或 空 气 与 水 表 面 之 间 按 含 湿 量 之 差 计 算 的 传 质 系 数 。8、 解 释 斐 克 定 律 ：在 浓 度 场 不 随 时 间 而 变 化 的 稳 态 扩 散 的 条 件 下 ， 当 无 整 体 流 动 时 ， 组 成 二 元 混 合 物中 组 分 A和 组 分 B将 发 生 互 扩 散 。 其 中 组 分 A向 组 分 B的 扩 散 通 量 与 组 分 A的 浓 度 梯 度成 正 比 。9、 干 燥 剂 表 面 水 蒸 气 分 压 与 其 吸 湿 量 的 关 系 ：吸 湿 量 增 加 ， 表 面 蒸 汽 压 力 也 随 之 增 加 ； 干 燥 剂 吸 湿 量 与 水 蒸 气 分 压 及 温 度 的 关 系 ： 当 表 面 蒸 汽 压 超 过 了 周 围 空 气 的 蒸 汽 压 事 ， 干 燥 剂 脱 湿 ， 这 一 过 程 称 为 再 生 过 程 。 干 燥剂 加 热 干 燥 后 ， 它 的 蒸 汽 压 仍 然 很 高 ， 吸 湿 能 力 较 差 ， 冷 却 干 燥 剂 ， 降 低 其 表 面 蒸 汽 压使 之 可 重 新 吸 湿 。 10、 喷 淋 式 的 结 构 特 性 对 空 气 处 理 的 影 响1、 空 气 质 量 流 速 2、 喷 水 系 数 3、 喷 嘴 排 数 4、 喷 嘴 密 度 5、 喷 水 方 向 6、 排 管间 距 7、 喷 嘴 孔 径 8、 空 气 与 水 的 初 参 数11、 影 响 混 合 式 设 备 热 质 交 换 的 主 要 因 素1、 空 气 与 水 之 间 的 焓 差 2、 空 气 的 流 动 状 况 3、 水 滴 大 小 4、 水 气 比 5、 设 备 的结 构 特 性 。12、 简 述 表 面 式 冷 却 器 处 理 空 气 时 发 生 的 热 质 交 换 过 程 的 特 点 。答 ： 当 冷 却 器 表 面 温 度 低 于 被 处 理 空 气 的 干 球 温 度 但 高 于 其 露 点 温 度 时 ， 空 气 只 被冷 却 并 不 产 生 凝 结 水 ， 此 为 等 湿 冷 却 过 程 （ 干 冷 ） ； 当 冷 却 器 表 面 温 度 低 于 空 气 的 露 点温 度 时 ， 空 气 不 但 被 冷 却 且 其 中 所 含 水 蒸 气 也 将 部 分 凝 结 出 来 ， 此 为 减 湿 冷 却 过 程 （ 湿 冷 ） ； 在 湿 冷 过 程 ， 推 动 总 热 交 换 的 动 力 湿 湿 空 气 的 焓 差 ， 而 不 是 温 差 。13、 质 量 传 递 的 推 动 力 是 什 么 ？ 传 质 有 几 种 基 本 方 式 ？ 其 机 理 有 什 么 不 同 ？答 ： 质 量 传 递 的 推 动 力 是 浓 度 梯 度 。 传 质 有 两 种 基 本 方 式 ： 分 子 扩 散 与 对 流 扩 散 。在 静 止 的 流 体 或 垂 直 于 浓 度 梯 度 方 向 作 层 流 运 动 的 流 体 及 固 体 中 的 扩 散 ， 本 质 上 由 微 观分 子 的 不 规 则 运 动 引 起 ， 称 为 分 子 扩 散 ， 机 理 类 似 于 热 传 导 ； 流 体 作 宏 观 对 流 运 动 时 由于 存 在 浓 度 差 引 起 的 质 量 传 递 称 为 对 流 扩 散 ， 机 理 类 似 于 热 对 流 。14、 写 出 麦 凯 尔 方 程 的 表 达 式 并 说 明 其 物 理 意 义 。答 : )()( imdwiw iihtth 湿 空 气 在 冷 却 降 湿 过 程 中 ， 湿 空 气 主 流 与 仅 靠 水 膜 饱 和空 气 的 焓 差 是 热 值 交 换 的 推 动 势 ， 其 在 单 位 时 间 内 单 位 面 积 上 的 总 传 热 量 可 近 似 的 用 传 值 系 数 mdh 与 焓 差 动 力 i 的 乘 积 来 表 示 。15、 解 释 显 热 交 换 、 潜 热 交 换 和 全 热 交 换 ， 并 说 明 他 们 之 间 的 关 系 。显 热 交 换 是 空 气 与 水 之 间 存 在 温 差 时 ， 由 导 热 、 对 流 和 辐 射 作 用 而 引 起 的 换 热 结 果 。潜 热 交 换 是 空 气 中 的 水 蒸 气 凝 结 （ 或 蒸 发 ） 而 放 出 （ 或 吸 收 ） 汽 化 潜 热 的 结 果 。 总 热 交换 是 显 热 交 换 和 潜 热 交 换 的 代 数 和 。16、 扩 散 系 数 是 如 何 定 义 的 ？ 影 响 扩 散 系 数 值 大 小 的 因 素 有 哪 些 ？扩 散 系 数 是 沿 扩 散 方 向 ， 在 单 位 时 间 每 单 位 浓 度 降 的 条 件 下 ， 垂 直 通 过 单 位 面 积 所扩 散 某 物 质 的 质 量 或 摩 尔 数 。 大 小 主 要 取 决 于 扩 散 物 质 和 扩 散 介 质 的 种 类 及 其 温 度 和 压力 。17、 表 冷 器 处 理 空 气 的 工 作 特 点 是 什 么 ？ 与 空 气 进 行 热 质 交 换 的 介 质 不 和 空 气 直 接 接 触 ， 是 通 过 表 冷 器 管 道 的 金 属 壁 面 来 进行 的 。 空 气 与 水 的 流 动 方 式 主 要 为 逆 交 叉 流 。18、 吸 附 （ 包 括 吸 收 ） 除 湿 法 和 表 冷 器 ， 除 湿 处 理 空 气 的 原 理 和 优 缺 点 是 什 么 ？ 原 理 ： 吸 附 除 湿 是 利 用 吸 附 材 料 降 低 空 气 中 的 含 湿 量 。 吸 附 除 湿 既 不 需 要 对 空 气进 行 冷 却 也 不 需 要 对 空 气 进 行 压 缩 ， 且 噪 声 低 并 可 以 得 到 很 低 的 露 点 温 度 。 表 冷 器 缺 点 ：仅 为 降 低 空 气 温 度 ， 冷 媒 温 度 无 需 很 低 ， 但 为 了 除 湿 必 须 较 低 ，19、 间 壁 式 换 热 器 可 分 为 哪 几 种 类 型 ？ 如 何 提 高 其 换 热 系 数 ？解 :间 壁 式 换 热 器 从 构 造 上 可 分 为 ： 管 壳 式 、 胶 片 管 式 、 板 式 、 板 翘 式 、 螺 旋 板式 等 。提 高 其 换 热 系 数 措 施 ： 在 空 气 侧 加 装 各 种 形 式 的 肋 片 ， 即 增 加 空 气 与 换 热 面 的 接触 面 积 。 增 加 气 流 的 扰 动 性 。 采 用 小 管 径 。20、 在 湿 工 况 下 ， 为 什 么 一 台 表 冷 器 ， 在 其 他 条 件 相 同 时 ， 所 处 理 的 空 气 湿 球 温 度 越 高则 换 热 能 力 越 大 ？ 解 ： 空 气 的 湿 球 温 度 越 高 所 具 有 的 焓 值 也 愈 大 ， 在 表 冷 器 减 湿 冷 却 中 ， 推 动 总 热 质交 换 的 动 力 是 焓 差 ， 焓 差 越 大 ， 则 换 热 能 力 就 愈 大 。21、 分 析 说 明 动 量 、 热 量 和 质 量 三 种 传 递 现 象 之 间 的 类 比 关 系 。当 物 系 中 存 在 速 度 、 温 度 、 浓 度 的 梯 度 时 ， 则 分 别 发 生 动 量 、 热 量 、 质 量 的 传 递 现象 。 动 量 、 热 量 、 质 量 的 传 递 ， 既 可 以 是 由 分 子 的 微 观 运 动 引 起 的 分 子 扩 散 ， 也 可 以 是由 旋 涡 混 合 造 成 的 流 体 微 团 的 宏 观 运 动 引 起 的 湍 流 运 动 。 动 量 传 递 、 能 量 传 递 、 质 量 传递 三 种 分 子 传 递 和 湍 流 质 量 传 递 的 三 个 数 学 关 系 式 是 类 似 的 。22、 扩 散 系 数 是 如 何 定 义 的 ？ 影 响 扩 散 系 数 值 大 小 的 因 素 有 哪 些 ？扩 散 系 数 是 沿 扩 散 方 向 ， 在 单 位 时 间 每 单 位 浓 度 降 的 条 件 下 ， 垂 直 通 过 单 位 面 积 所扩 散 某 物 质 的 质 量 或 摩 尔 数 ， 大 小 主 要 取 决 于 扩 散 物 质 和 扩 散 介 质 的 种 类 及 其 温 度 和 压 力 。23、 如 何 认 识 传 质 中 的 三 种 速 度 ， 并 写 出 三 者 之 间 的 关 系 ？Ua Ub:绝 对 速 度 Um： 混 合 物 速 度 Ua Ub 扩 散 速 度 Ua=Um+(Ua-Um) 绝 对 速 度 =主 体速 度 +扩 散 速 度24、 简 述 “ 薄 膜 理 论 ” 的 基 本 观 点 。当 流 体 靠 近 物 体 表 面 流 过 ， 存 在 着 一 层 附 壁 的 薄 膜 ， 在 薄 膜 的 流 体 侧 与 具 有 浓 度 均匀 的 主 流 连 续 接 触 ， 并 假 定 膜 内 流 体 与 主 流 不 相 混 合 和 扰 动 ， 在 此 条 件 下 ， 整 个 传 质 过程 相 当 于 此 薄 膜 上 的 扩 散 作 用 ， 而 且 认 为 在 薄 膜 上 垂 直 于 壁 面 方 向 上 呈 线 性 的 浓 度 分布 ， 膜 内 的 扩 散 传 质 过 程 具 有 稳 态 的 特 性 。25、 简 述 表 面 式 冷 却 器 处 理 空 气 时 发 生 的 热 质 交 换 过 程 的 特 点 。 当 冷 却 器 表 面 温 度 低 于 被 处 理 空 气 的 干 球 温 度 ， 但 高 于 其 露 点 温 度 时 ， 则 空 气 只 是冷 却 而 不 产 生 凝 结 水 ， 称 干 工 况 。 如 果 低 于 空 气 露 点 ， 则 空 气 不 被 冷 却 ， 且 其 中 所 含 水 蒸 气 部 分 凝 结 出 来 ， 并 在 冷 凝 器 的 肋 片 管 表 面 形 成 水 膜 ， 称 湿 工 况 ， 此 过 程 中 ， 水 膜 周围 形 成 饱 和 空 气 边 界 层 ， 被 处 理 与 表 冷 器 之 间 不 但 发 生 显 热 交 换 还 发 生 质 交 换 和 由 此 引起 的 潜 热 交 换 。26、 请 说 明 空 气 调 节 方 式 中 热 湿 独 立 处 理 的 优 缺 点 ？对 空 气 的 降 温 和 除 湿 分 开 处 理 ， 除 湿 不 依 赖 于 降 温 方 式 实 现 。 节 约 传 统 除 湿 中 的 缺点 ， 节 约 能 源 ， 减 少 环 境 污 染 。27、 表 冷 器 处 理 空 气 的 工 作 特 点 是 什 么 ？与 空 气 进 行 热 质 交 换 的 介 质 不 和 空 气 直 接 接 触 ， 是 通 过 表 冷 器 管 道 的 金 属 壁 面 来 进行 的 。 空 气 与 水 的 流 动 方 式 主 要 为 逆 交 叉 流 。28、 吸 附 （ 包 括 吸 收 ） 除 湿 法 和 表 冷 器 ， 除 湿 处 理 空 气 的 原 理 和 优 缺 点 是 什 么 ？ 吸 附 除 湿 是 利 用 吸 附 材 料 降 低 空 气 中 的 含 湿 量 。 吸 附 除 湿 既 不 需 要 对 空 气 进 行 冷 却也 不 需 要 对 空 气 进 行 压 缩 ， 且 噪 声 低 并 可 以 得 到 很 低 的 露 点 温 度 。表 冷 器 缺 点 ： 仅 为 降 低 空 气 温 度 ， 冷 媒 温 度 无 需 很 低 ， 但 为 了 除 湿 必 须 较 低29、 分 析 说 明 动 量 、 热 量 和 质 量 三 种 传 递 现 象 之 间 的 类 比 关 系 。当 物 系 中 存 在 速 度 、 温 度 、 浓 度 的 梯 度 时 ， 则 分 别 发 生 动 量 、 热 量 、 质 量 的 传 递 现象 。 动 量 、 热 量 、 质 量 的 传 递 ， 既 可 以 是 由 分 子 的 微 观 运 动 引 起 的 分 子 扩 散 ， 也 可 以 是由 旋 涡 混 合 造 成 的 流 体 微 团 的 宏 观 运 动 引 起 的 湍 流 运 动 。 动 量 传 递 、 能 量 传 递 、 质 量 传递 三 种 分 子 传 递 和 湍 流 质 量 传 递 的 三 个 数 学 关 系 式 是 类 似 的 。30、 说 明 集 中 空 调 系 统 采 用 冰 蓄 冷 系 统 的 优 缺 点 ？1 优 点 1) 平 衡 电 网 峰 谷 荷 ， 减 缓 电 厂 和 供 配 电 设 施 的 建 设 。2) 制 冷 主 机 容 量 减 少 ， 减 少 空 调 系 统 电 力 增 容 费 和 供 配 电 设 施 费 。3) 利 用 电 网 峰 谷 荷 电 力 差 价 ， 降 低 空 调 运 行 费 用 。4) 电 锅 炉 及 其 蓄 热 技 术 无 污 染 、 无 噪 声 、 安 全 可 靠 且 自 动 化 程 度 高 不 需 要 专 人 管 理 。5) 冷 冻 水 温 度 可 降 到 1 4 ， 可 实 现 大 温 差 、 低 温 送 风 空 调 ， 节 省 水 、 风 输 送 系 统 的投 资 和 能 耗 。6) 相 对 湿 度 较 低 ， 空 调 品 质 提 高 ， 可 有 效 防 止 中 央 空 调 综 合 症 。7) 具 有 应 急 冷 热 源 ， 空 调 可 靠 性 提 高 。8) 冷 （ 热 ） 量 全 年 一 对 一 配 置 ， 能 量 利 用 率 高 。2 缺 点 1) 通 常 在 不 计 电 力 增 容 费 的 前 提 下 ， 其 一 次 性 投 资 比 常 规 空 调 大2) 蓄 能 装 置 要 占 用 一 定 的 建 筑 空 间 。 3) 制 冷 蓄 冰 时 主 机 效 率 比 在 空 调 工 况 下 运 行 低 、 电 锅 炉 制 热 时 效 率 有 可 能 较 热 泵 低 。4) 设 计 与 调 试 相 对 复 杂 。31、 热 质 交 换 设 备 按 照 工 作 原 理 分 为 几 类 ， 他 们 各 自 的 特 点 是 什 么 ？解 ： 热 质 交 换 设 备 按 照 工 作 原 理 分 为 ： 间 壁 式 ， 直 接 接 触 式 ， 蓄 热 式 和 热 管 式 等 类型 。间 壁 式 又 称 表 面 式 ， 在 此 类 换 热 器 中 ， 热 、 冷 介 质 在 各 自 的 流 道 中 连 续 流 动 完 成 热 量 传递 任 务 ， 彼 此 不 接 触 ， 不 掺 混 。直 接 接 触 式 又 称 混 合 式 ， 在 此 类 换 热 器 中 ， 两 种 流 体 直 接 接 触 并 且 相 互 掺 混 ， 传 递热 量 和 质 量 后 ， 在 理 论 上 变 成 同 温 同 压 的 混 合 介 质 流 出 ， 传 热 传 质 效 率 高 。蓄 热 式 又 称 回 热 式 或 再 生 式 换 热 器 ， 它 借 助 由 固 体 构 件 （ 填 充 物 ） 组 成 的 蓄 热 体 传 递 热 量 ， 此 类 换 热 器 ， 热 、 冷 流 体 依 时 间 先 后 交 替 流 过 蓄 热 体 组 成 的 流 道 ， 热 流 体 先 对 其 加热 ， 使 蓄 热 体 壁 温 升 高 ， 把 热 量 储 存 于 固 体 蓄 热 体 中 ， 随 即 冷 流 体 流 过 ， 吸 收 蓄 热 体 通道 壁 放 出 的 热 量 。热 管 换 热 器 是 以 热 管 为 换 热 元 件 的 换 热 器 ， 由 若 干 热 管 组 成 的 换 热 管 束 通 过 中 隔 板置 于 壳 体 中 ， 中 隔 板 与 热 管 加 热 段 ， 冷 却 段 及 相 应 的 壳 体 内 穷 腔 分 别 形 成 热 、 冷 流 体 通道 ， 热 、 冷 流 体 在 通 道 内 横 掠 管 束 连 续 流 动 实 现 传 热 。32、 简 述 顺 流 、 逆 流 、 汊 流 、 和 混 合 流 各 自 的 特 点 ， 并 对 顺 流 和 逆 流 做 一 比 较 和 分 析解 ： 顺 流 式 又 称 并 流 式 ， 其 内 冷 、 热 两 种 流 体 平 行 地 向 着 同 方 向 流 动 ， 即 冷 、热 两 种 流 体 由 同 一 端 进 入 换 热 器 。逆 流 式 ， 两 种 流 体 也 是 平 行 流 体 ， 但 它 们 的 流 动 方 向 相 反 ， 即 冷 、 热 两 种 流 体 逆 向 流 动 ， 由 相 对 得 到 两 端 进 入 换 热 器 ， 向 着 相 反 的 方 向 流 动 ， 并 由 相 对 的 两 端 离 开 换 热器 。 叉 流 式 又 称 错 流 式 ， 两 种 流 体 的 流 动 方 向 互 相 垂 直 交 叉 。混 流 式 又 称 错 流 式 ， 两 种 流 体 的 流 体 过 程 中 既 有 顺 流 部 分 ， 又 有 逆 流 部 分 。顺 流 和 逆 流 分 析 比 较 ：在 进 出 口 温 度 相 同 的 条 件 下 ， 逆 流 的 平 均 温 差 最 大 ， 顺 流 的 平 均 温 差 最 小 ， 顺 流 时 ，冷 流 体 的 出 口 温 度 总 是 低 于 热 流 体 的 出 口 温 度 ， 而 逆 流 时 冷 流 体 的 出 口 温 度 却 可 能 超 过热 流 体 的 出 口 温 度 ， 以 此 来 看 ， 热 质 交 换 器 应 当 尽 量 布 置 成 逆 流 ， 而 尽 可 能 避 免 布 置 成顺 流 ， 但 逆 流 也 有 一 定 的 缺 点 ， 即 冷 流 体 和 热 流 体 的 最 高 温 度 发 生 在 换 热 器 的 同 一 端 ，使 得 此 处 的 壁 温 较 高 ， 为 了 降 低 这 里 的 壁 温 ， 有 时 有 意 改 为 顺 流 。 33、 简 述 冷 却 塔 的 各 主 要 部 件 及 其 作 用 。解 ： 冷 却 塔 的 主 要 部 件 及 作 用 ： （ 1） 淋 水 装 置 ， 又 称 填 料 ， 作 用 在 于 将 进 塔 的 热 水 尽 可 能 的 形 成 细 小 的 水 滴 或 水膜 ， 增 加 水 和 空 气 的 接 触 面 积 ， 延 长 接 触 时 间 ， 从 而 增 进 水 气 之 间 的 热 质 交 换 。（ 2） 配 水 系 统 ， 作 用 在 于 将 热 水 均 匀 分 配 到 整 个 淋 水 面 积 上 ， 从 而 使 淋 水 装 置 发挥 最 大 的 冷 却 能 力 。（ 3） 通 风 筒 ： 冷 却 塔 的 外 壳 气 流 的 通 道 。34、 在 湿 工 况 下 ， 为 什 么 一 台 表 冷 器 ， 在 其 他 条 件 相 同 时 ， 所 处 理 的 空 气 湿 球 温 度 越 高则 换 热 能 力 越 大 ？解 ： 空 气 的 湿 球 温 度 越 高 所 具 有 的 焓 值 也 愈 大 ， 在 表 冷 器 减 湿 冷 却 中 ， 推 动 总 热 质交 换 的 动 力 是 焓 差 ， 焓 差 越 大 ， 则 换 热 能 力 就 愈 大 。35、 什 么 叫 析 湿 系 数 ?它 的 物 理 意 义 是 什 么 ？ 解 ： 总 热 交 换 量 与 由 温 差 引 起 的 热 交 换 量 的 比 值 为 析 湿 系 数 ， 用 表 示 ， 定 义 为表 示 由 于 存 在 湿 交 换 而 增 大 了 换 热 量 ， 其 值 大 小 直 接 反 映 了 表 冷 器 上 凝 结 水 析 出 的多 少 。四 、 计 算 题六 、 氢 气 和 空 气 在 总 压 强 为 1.013 10 5Pa， 温 度 为 25 的 条 件 下 作 等 摩 尔 互 扩 散 ， 已知 扩 散 系 数 为 0.6 2/s， 在 垂 直 于 扩 散 方 向 距 离 为 10 的 两 个 平 面 上 氢 气 的 分 压 强 分别 为 16000Pa和 5300Pa。 试 求 这 两 种 气 体 的 摩 尔 扩 散 通 量 。 (10分 )解 ： 用 A和 B分 别 代 表 氢 气 和 空 气由 于 等 摩 尔 互 扩 散 ， 根 据 菲 克 定 律 smmolyppTRDNN AAmBA 22421 /1059.201.0 5300160002988314 106.0负 号 表 示 两 种 气 体 组 分 扩 散 方 向 相 反 。 七 、 含 少 量 碘 的 压 力 为 1.013 105Pa、 温 度 为 25 的 空 气 ， 以 5.18m/s的 速 度 流 过 直径 为 3.05 10-2m 的 圆 管 。 设 在 空 气 中 碘 蒸 汽 的 平 均 摩 尔 浓 度 为 nm， 管 壁 表 面 碘 蒸 汽的 浓 度 可 视 为 0， 空 气 碘 的 质 扩 散 系 数 D=0.826 10-5 /s， 试 求 从 气 流 到 管 壁 的 对流 传 质 系 数 以 及 碘 蒸 汽 在 管 子 表 面 上 的 沉 积 率 。 （ 空 气 的 动 量 扩 散 系 数sm261015.15 ） （ 15分 ）管 内 受 迫 层 流 ： 333.0333.0Re86.1 ScSh 管 内 受 迫 紊 流 ： 44.083.0Re023.0 ScSh 解 ： 88.110826.0 1053.15 56 DvSc 101731053.15 1005.318.5Re 6 2 vud 35.6488.110173023.0Re023.0 44.083.044.083.0 ScSh smdShDhm 017.01005.3 10826.035.64 2 5 smkmolnnhN mmmA 2017.00 八 、 已 知 空 调 系 统 送 风 量 G 5 /s， 空 气 初 状 态 参 数 t1=35 ， ts1=26.9 ，i1=85kJ/ ； 终 状 态 参 数 为 t2=19 ， ts2=18.1 ， i2=51.4kJ/ ； 空 气 压 强 101325Pa，试 选 用 JW型 空 气 冷 却 器 并 求 出 其 中 的 传 热 系 数 范 围 。 （ 空 气 密 度 =1.2 kg/m3， 定 压比 热 cp=1.005 kJ/( kg )， 水 定 压 比 热 cp=4.19 kJ/( kg )， 可 选 表 冷 器 中 水 流速 范 围 w=0.8-1.6m/s） 。 （ 15分 ）已 知 水 冷 式 表 面 冷 却 器 作 为 冷 却 用 之 传 热 系 数 （ W/ ） :4排 : 8.003.152.0 6.332 17.39 1 1yk V 6排 : 8.002.152.0 6.325 15.41 1 1yk V8排 : 8.00.158.0 6.353 15.35 1 1yk V型 号 风 量（ m 3/h） 每 排 散 热 面积 Ad（ ） 迎 风 面 积 Ay（ ） 通 水 断 面 积 Aw（ ）JW10-4 5000-8350 12.15 0.944JW20-4 8350-16700 24.05 1.87JW30-4 16700-25000 33.40 2.57 JW40-4 25000-33400 44.50 3.43排数 迎 面 风 速 (m/s)1.5 2.0 2.5 3.02 0.590 0.545 0.515 0.4904 0.841 0.797 0.768 0.7406 0.940 0.911 0.888 0.8728 0.977 0.964 0.954 0.945 解 ： （ 1） 计 算 需 要 的 接 触 系 数 2 ， 确 定 冷 却 器 的 排 数889.09.2635 1.181911 11 222 sstt tt查 表 可 知 ， 在 常 用 的 yV 范 围 内 ， JW型 6排 表 冷 器 能 满 足 889.02 的 要 求 ， 故 选 用 6排 。（ 2） 假 定 smVy 5.2 ， 则 2667.15.22.1 5 mVGA yy 查 表 可 选 用 JW20 4型 表 冷 器 一 台 ， 其 迎 风 面 积 287.1 mAy 故 实 际 迎 面 风 速 smAGV yy 23.287.12.15 查 2 表 可 知 ， 在 smVy 23.2 时 ， JW型 6排 表 冷 器 实 际 的 2 值 可 以 满 足 要 求 ， 所 选JW20 4型 表 冷 器 每 排 散 热 面 积 ,05.20 2mAd 通 水 断 面 积 200407.0 mAw 。（ 3） 求 析 湿 系 数 1.21935005.1 4.518521 21 ttc iip（ 4） 由 已 知 ， 可 选 水 流 速 范 围 sm6.18.0 代 入 8.002.152.0 6.325 15.41 1 1yk V 当 8.0 KmWyk V 21 9.898.002.152.0 6.325 15.41 1 当 8.0 KmWyk V 21 6.1048.002.152.0 6.325 15.41 1 pp250 的 练 习 题 1 至 9 题计 算 题3、 某 空 气 冷 却 式 冷 凝 器 ， 以 R134a 为 制 冷 剂 ， 冷 凝 温 度 为 ts=50 ， 蒸 发 温 度t0=5 ， 时 的 制 冷 量 Q0=5500W， 压 缩 机 的 功 耗 是 1500W， 冷 凝 器 空 气 进 口 温 度 为35 ， 出 口 温 度 为 43 。 （ 1） 制 冷 剂 与 空 气 的 对 数 平 均 温 差 是 多 少 ？ （ 2） 已知 在 空 气 平 均 温 度 39 下 ， 空 气 的 比 热 为 1013J/kg.K， 密 度 为 1.1kg/m 3,所 需 空气 流 量 是 多 少 ？解 ： （ 1） t =50-35=15 , t =50-43=7 ttIn ttm =10.5 (2)冷 凝 总 负 荷 021 WQQ =5500+1500=7000WtcQqv 1 =7000/（ 1.1 1013 8） =0.79m3/s4、 一 个 直 径 为 3cm的 萘 球 悬 挂 于 空 气 管 道 中 ， 求 下 述 条 件 的 瞬 时 传 质 系 数 ； （ 1）萘 球 周 围 的 空 气 静 止 ， 温 度 为 259K， 压 力 为 101.325kPa， 萘 在 空 气 中 的 扩 散 率为 5.14 10-6m 2/s； （ 2） 空 气 以 0.15m/s的 速 度 流 过 萘 球 ， 温 度 为 259K， 压 力为 101.325kPa， 1ScGr 。解 ： （ 1） Sh=2.0（ 2分 ）dDshh ABc =2.0 5.14 10-6/0.03=3.43 10-4m/s（ 2） udRe =0.15 0.03/1.0 10 5=4.5 102， （ 1分 ） ABDSc =1.95 0.2Sh 0.569（ ScGr ） 0.25=2.569dDshh ABc =2.569 5.14 10-6/0.03=4.4 10-4m/s5、 一 管 式 逆 流 空 气 加 热 器 ， 空 气 由 15 加 热 到 30 ， 水 在 80 下 进 入 换 热 器管 内 ， 40 时 离 开 ， 总 换 热 量 位 30kW， 传 热 系 数 为 40W/(m 2. ),求 ： （ 1） 平 均换 热 温 差 ； （ 2） 换 热 器 面 积 。解 ： （ 1） t =80-30=50 , t =40-15=25 ttIn tttm =35.7（ 2） mtkQA =30000/（ 40 35.7） =21m 27、 含 少 量 碘 的 压 力 为 1.013 105Pa、 温 度 为 25 的 空 气 ， 以 5.18m/s的 速 度 流过 直 径 为 3.05 10-2m的 圆 管 。 设 在 空 气 中 碘 蒸 汽 的 平 均 摩 尔 浓 度 为 nm， 管 壁 表面 碘 蒸 汽 的 浓 度 可 视 为 0， 空 气 碘 的 质 扩 散 系 数 D=0.826 10-5 /s， 试 求 从气 流 到 管 壁 的 对 流 传 质 系 数 以 及 碘 蒸 汽 在 管 子 表 面 上 的 沉 积 率 。 （ 空 气 的 动 量 扩散 系 数 =15.15 10 -6m2/s） 管 内 受 迫 层 流 ： 333.0333.0Re86.1 ScSh ， 管 内 受 迫 紊 流 ： 44.083.0Re023.0 ScSh 解 ： 88.110826.0 1053.15 56 DvSc 101731053.15 1005.318.5Re 6 2 vud 35.6488.110173023.0Re023.0 44.083.044.083.0 ScSh smdShDhm 017.01005.3 10826.035.64 2 5 smkmolnnhN mmmA 2017.009、 氢 气 和 空 气 在 总 压 强 为 1.013 105Pa， 温 度 为 25 的 条 件 下 作 等 摩 尔 互 扩 散 ，已 知 扩 散 系 数 为 0.6 2/s， 在 垂 直 于 扩 散 方 向 距 离 为 10 的 两 个 平 面 上 氢 气的 分 压 强 分 别 为 16000Pa和 5300Pa。 试 求 这 两 种 气 体 的 摩 尔 扩 散 通 量 。解 ： 用 A和 B分 别 代 表 氢 气 和 空 气由 于 等 摩 尔 互 扩 散 ， 根 据 菲 克 定 律 smmolyppTRDNN AAmBA 22421 /1059.201.0 5300160002988314 106.0负 号 表 示 两