热质交换原理与设备 期末复习范围

1.三种传递现象：动量、热量、质量的传递现象。 2.牛顿黏性定律：????du dy切应力τ，表示单位时间内通过单位面积传递的动量，又称动量通量密度。N/m2。

3.当流场中速度、温度、浓度分布不均时，它们动量交换、热量交换、质量交换的规律可以类比。

4.二元体系：两种组成构成混合流体，或称二元混合物。

5.绝对速度=主体流动速度+扩散速度

6.分子传质又称分子扩散，简称为扩散，它是由分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。分子扩散可以因浓度梯度、温度梯度或压力梯度而产生，或者是因对混合物施加一个有向的外加电势或者其他势而产生。

7.分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。

8.流动越明显，分子扩散越微弱。

9.固体壁面与流体之间的对流传质速率可定义为：NA=hm(CAs-CA∞)

10.浓度边界层：可以认为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体层中，该流体层即称为浓度边界层。

11.三种边界层的主要的表现形式:表面摩擦、对流换热以及对流传质。

12.对流传质系数hm在大多数情况下，与扩散系数D呈线性关系。流体的分子传递性质：流体的黏性、热传导性和质量扩散性通称为流体的分子传递性质。

13.在给定Re准则条件下，成立的首要条件：当流体a=D即流体的Pr=Sc或Le=1时，通常空气中的热湿交换就属此.对于气体混合物，通常可近似地认为L≈1。

14.通过大量被不同液体润湿的管壁和空气之间的质交换实验。

15.对流传质系数，亦称蒸发系数，表示以湿空气的含湿量差为驱动力的对流传质系数，为hmd=hmρA，M. （hm是整个平板上的平均值）

传质速率的大小与方向影响了壁面上的温度梯度，即t’(0)的值，从而影响了壁面上的导热量。

16.烧蚀冷却：为了冷却表面，在表面上涂上一层材料，当温度升高时涂层材料就升华、融化或分解，这些化学过程吸收热量，而反应所产生的气体的质量从表面离去，从而有效的冷却壁面，这种冷却方法称为烧蚀冷却。

17.经常被用来与空气进行热质交换的介质有水、水蒸气、冰、各种盐类及其水溶液、制冷剂及其他物质。

交换设备分为两大类：混合式热质交换设备和间壁式热质交换设备。

18.麦凯尔方程式hw(ti-tw)=hmd(i-ii)它清楚地说明湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中，湿空气主流与紧靠水膜饱和空气的焓差是湿空气与水膜表面之间热、质交换的推动势，而不是温差。（焓差是热质交换总推动力）

19.边界层内饱和空气间温差及水蒸气分压力差的大小有关。

20.水膜表面的空气与水接触时的热湿交换。边界层特点：饱和温度与水相同。

21.如果在空气处理设备中空气与水的接触时间足够长，水量是有限的，水温都将发生变化，空气状态变化过程也就不是一条直线。(理想过程) 结论：空气的变化过程为曲线，空气的终温为水的初温。

22.假定与空气接触的水量无限大，接触时间无限长，在所谓的假象条件下，全部空气都能达到具有水温的饱和状态点，空气终状态点将在饱和曲线上，空气温终温将等于水温。与空气接触的水温不同，空气的状态变化过程也不同。

实际上空气与水直接接触时，接触时间也是有限的，因此，空气状态的实际变化过程既不是直线，也难以达到与水的终温（顺流）或初温（逆流）相等的饱和状态。

23.使气体浓缩的物体叫做吸附剂，被浓缩的物质叫做吸附质。

当某固体物质吸附水蒸气时，此固体物质就是吸附剂，水蒸气就是吸附质。 在同态物质中，分子间的吸引力是平衡的，而在两相物质的交界处，原子、离子或分子处于非平衡作用之下。

24.两相物质的交界处，处于非平衡力作用之下，因此能发生吸附现象。 在平衡状态下吸附剂对吸附质的吸附量与压力温度有关。

25.当物质的比表面积很大时，表面能就会对物质的性能产生很大的影响。

26.常用的固体吸附剂可分为极性吸附剂和非极性吸附剂。

极性吸附剂具有亲水性，属于极性吸附剂的有硅胶、多孔活性铝、沸石等铝硅酸盐类吸附剂。

非极性吸附剂具有憎水性，属于非极性吸附剂的有活性炭等，这些吸附剂对油的亲和力比水强。

27.硅胶是传统的吸附除湿机。它是硅酸的胶体溶液通过受控脱水凝结后形成的吸附剂颗粒。对水蒸气有较好的吸附性。缺点：暴露在水滴中会很快裂解成粉末，失去除湿性能。

在水蒸气分子较高的表面覆盖情况下，硅胶对水蒸气的吸附热接近水蒸气的汽化潜热。较低的吸附热使得吸附剂和水蒸气分子结合较弱。

28.活性氧化铝：吸湿能力比硅胶稍差，但更耐用且成本降低一半。

29.沸石：由于沸石具有非常一致的微孔尺寸，因而可以根据分子大小有选择的吸收或排斥分子，故而称做“分子筛沸石”。

30.静态吸附除湿：是指吸附剂和密闭空间内的静止空气接触时，吸附空气中水蒸气的方法。

动态吸附除湿：让湿空气流经吸附剂的除湿方法。所需吸附剂量较少，设备占地面积小，花费较少就能进行大空气流量的除湿。

31.干燥循环的构成：吸湿、干燥、冷却。

32.独立除湿：对空气降温与除湿分开独立处理，这种除湿过程不依赖于降温方式实现。

典型的独立除湿方式主要采用吸收或吸附方式，这样所需要的冷源只需要将空气温度降低到送风温度即可，可以克服传统空调冷却除湿时浪费能源的缺点。

33.气体吸收：用适当的液体吸收剂来吸收气体或气体混合物中的某种组分的一种操作过程。

34.液体除湿剂：吸收剂中的一个分类，对水蒸气有很强的吸收能力。利用液体除湿剂除湿，是空气处理过程中最常用的方法之一。

35.间壁式换热器从构造上可分为：管壳式、肋片管式、板式、板翘式、螺旋板式等。 前三种用得广泛。

36.算术平均温差使用条件：当△tmax/△tmin≤2,时，两者的差别小于4％。△tm称为对数平均温差，简称LMTD。

37.效能：表示换热器的实际换热效果与最大可能的换热效果之比。

38.对于空气调节系统中常用的水冷式表冷器，空气与水的流动方式主要为逆交叉流，而当冷却器的排数达到4排以上时，可将逆交叉流看成完全逆流。（表冷器2个，换热器3个）

39.增加表冷器的ε值，排数不宜增加过多，一般多用4~8排。比较合适的Vy值是2~3m/s。

40.混合式热交换器类型:冷却塔、气体洗涤塔、喷射式热交换器、混合式冷凝器。

41.一般低速喷淋室内空气的流速为2~3m/s。

42. 斯密特准则

表示物性对对流传质的影响，速度边界层和浓度边界层的相对关系

vSDaLe?c??vPrDaSc?vDi

刘伊斯准则

表示热量传递与质量传递能力相对大小 热边界层于浓度边界层厚度关系

43. 斐克定律：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，组成二元混合物中组分A和组分B发生扩散。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，这就是斐克定律。

1.热质交换设备的分类及特点

（1）按工作原理分类可分为：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，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。它是应用最广泛、使用数量最大的一类。

直接接触式又称混合式，两种流体直接接触相互掺混，传热传质效率高。 蓄热式又称回热式或再生式换热器，热、冷流体依时间先后交替流过由蓄热体组成的流道。

热管换热器是以热管为换热元件的换热器。

（2）按热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式、逆流式、叉流式和混合式等

类型。

顺流式或称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同一方向流动。 逆流式，两种流体也是平行流动，但它们的流动方向相反。 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。当冷、热流体交叉次数在四次以上时，可根据两种流体流向的总趋势，将其看成逆流或顺流。

2.顺流和逆流的比较

优：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。

缺：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，对于高温换热器来说，存在高温隐患。

3.质量扩散系数特点

质量扩散系数D和动量扩散系数v及热量扩散系数a具有相同的单位（m2/s）或(cm2/s)。扩散系数D与气体的浓度无直接关系，它随气体温度的升高及总压力的下降而加大。

气体＞液体＞固体。

4.边界层的意义

三种边界层厚度的相对大小与三种传递的扩散系数的相对大小有直接的关系，扩散系数较大者，其边界层厚度越大。由于边界层的引入，整个的求解区域划分为主流区和边界层区。在主流区内，为等温、等浓度的势流，各种参数视为常数；在边界层内部具有较大的速度梯度、温度梯度和浓度梯度。

5.紊流传质的机理

湍流边界层由三部分组成：靠近壁面处为层流内层，离壁面稍远处为缓冲层，最外层为湍流主体。

1在层流内层中，流体沿壁面平行流动，在与流体流动方向相垂直的方向，分子无规则的微观运动，可用斐克定律描述。

2在缓冲层中，质量传递既有分子扩散存在，也有紊流扩散存在。在接近层流内层的边缘处主要发生分子扩散。

3在湍流主体中，接近湍流主体的边缘处则主要发生紊流扩散，，而分子扩散的影响可以忽略不计。

6.对流传质过程的相关准则数意义

（1）施密特准则数Sc对应于对流传热中的普朗特准则数Pr （2）宣乌特准则数Sh对应于对流传热中的怒谢尔特Nu

（3）传质的斯坦登准则数Stm对应于对流传热中的斯坦登准则数St

7.薄膜理论条件

当流体靠近物体表面流过时，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，膜速度为零，在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性的浓度分布。

8．传质对传热量的影响

传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响方向是相反的。在C0＞0时，随着C0的增大，壁面导热量是逐渐减小的，而膜总传热量是逐渐增大的；在C0＜0时，随着C0的逐渐减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减小的。

9.空气处理各种途径的方案说明

夏季：（1）W→L→O 喷淋室喷冷水(或用表面冷却器)冷却减湿→加热器再热。 （2）W→1→O 固体吸湿剂减湿→表面冷却器等湿冷却。 （3）W→O 液体吸湿剂减湿冷却。

冬季：（1）W’→2→L→O 加热器预热→喷蒸汽加湿→加热器再热。 （2）W’→3→L→O 加热器预热→喷淋式绝热加湿→加热器再热。 （3）W’→4→O 加热器预热→喷蒸汽加湿。

（4）W’→L→O 喷淋室喷热水加热加湿→加热器再热。 （5）W’→5→L'/5→O 加热器预热→一部分喷淋室绝热加湿→与另一 未加湿的空气混合: 部分 表面冷却器→处理空气 冷却减湿→减湿升温 喷淋室喷热水→等焓加湿

10.空气热湿处理及设备

经常被用来与空气进行热质交换的介质有水、水蒸气、冰、各种盐类及其水溶液、制冷剂及其他物质。

根据各种热质交换设备的特点不同可将它们分为两大类：混合式热质交换设备和间壁式热值交换设备。

第一类热质交换设备的特点是，与空气进行热质交换的介质直接与空气接触，通常是使被处理的空气流过热值交换介质表面，通过含有热质交换的填料层或将热质交换介质喷洒到空气中取。

第二类热质交换设备的特点是，与空气进行热质交换的介质不与空气接触，二者之间的热质交换是通过分隔壁面进行的。

10.表冷器除湿的缺点

仅为降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿，冷媒温度须较低，从而降低了制冷机的COP，还需将空气加热到适宜的送风状态。由于冷媒温度较低，使一些直接利用自然冷源的空调方式无法应用深井水作冷源。这些缺点不仅浪费了能源，还增加了对环境的污染。传统空调系统中表冷器产生的冷凝水易产生霉菌，会影响室内空气质量。

11.常用的液体除湿剂：氯化锂溶液、溴化锂溶液、三甘醇

1）三甘醇：容易进入空调房间，对人体造成危害，上述缺点限制了它们在液体除湿空调系统中的应用

2）溴化锂溶液：对金属材料腐蚀，但仍是一种有较强腐蚀性的介质。 3）氯化锂溶液：对金属有一定的腐蚀性

溴化锂、氯化锂等盐溶液虽然有一定的腐蚀性，但塑料等防腐材料的使用，可以防止盐溶液对管道等设备的腐蚀，而且成本较低，另外盐溶液不会挥发到空气中影响、污染室内空气，相反还有除尘杀菌功能，有益于提高室内空气品质，所以盐溶液成为优选的液体除湿剂。

11. 对于表冷器可实现的工况：干工况、湿工况

（干工况）：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度，但尚高于其露点温度时，则空气只被冷却而并不产生凝结水。这种过程称为等湿冷却过程或干冷过程。

（湿工况）：如果冷却器的表面温度低于被处理空气的露点温度，则空气不但被冷却，而且其中所含水蒸气也将部分地凝结出来，并在冷却器的肋片管表面上形成水膜，这种过程称为减湿冷却过程或湿冷过程。

12.喷淋室的构造和类型

构造：应用比较广泛的单级、卧式、低速喷淋室。前挡水板有挡住飞溅出来的水滴和使进风均匀流动的双重作用，因此有时也称为均风板。底池和四种管道相同它们是；循环水管、溢水管、补水池、泄水池。 溢水管：底池通过溢水器与溢水管相连，以排除水池中维持一定水位后多余的水。 喷淋室的类型：卧式和立式、单级和双级、低速和高速之分。

13.冷却塔的类型与结构 冷却塔有很多种类，根据循环水在塔内是否与空气直接接触，可分为干式、湿式。湿式冷却塔类型：a开放式、b风筒式、c鼓风逆流式、d抽风逆流式、e抽风横流式（cd机械通风、b自然通风、d逆流塔、e横流塔）

按热质交换区段内水和空气流动方向不同，还有逆流塔、横流塔之分。水和空气流动方向相反的为逆流塔。方向垂直交叉的为横流塔。

结构：1）淋水装置：又称填料，其作用在于将进塔的热水尽可能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，以增进水气之间的热质交换。

淋水装置可根据水在其中所呈现的现状分为：点滴式、薄膜式、点滴薄膜式。

2）配水系统的作用在于将热水均匀地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。常用的有槽式、管式和池式。 3）通风筒。通风筒是冷却塔的外壳，气流的通道。

14.抽风和鼓风的区别

在机械通风冷却塔中，若鼓风机装在塔的下部区域，操作比较方便，这时由于它送的是比较冷的干空气，而不像装在塔顶的抽风机那样是用于排除受热而潮湿的空气，因此鼓风机的工作条件较好。但是，采用鼓风机时，从冷却塔排出的空气流速，仅有1.5~2.0m/s左右，而且由于这种塔的高度不大，因此只要有微风吹过，就有可能将塔顶排出的热而潮湿的空气吹向下部，以致被风机吸入，造成热空气的局部循环，恶化了冷却结果。

15.喷淋室的结构特性对空气处理的影响

1）喷嘴排数：单排喷嘴的热交换效果比双排差，三排和双排差不多。工程上多用双排喷嘴。只有喷水系数较大，需用较高的水压时，才改用三排喷嘴。 2）喷嘴密度：每1m2喷淋室断面上布置的单排喷嘴个数叫喷嘴密度。 一般以取喷嘴密度n=13~24个/（m2·排）为宜。

3）喷水方向：在单排喷嘴的喷淋室中，逆喷比顺喷热交换效果好；在双排喷淋室中，对喷比两排均喷效果好。这是因为单排逆喷和双排对喷时水苗能更好的覆盖喷淋室断面的缘故。如采用三排喷嘴的喷淋室，则应用一顺两逆的喷水方式为好。

4）排管间距：顺喷、对喷，节约占地面积考虑，排管间距取600mm为宜。 5）喷嘴孔径：优先采用孔径较大的喷嘴。

16.为什么生产中比冷却后的水温比要高 当水温下降到到某一定程度时，由空气传向水的接触传热量等于由水传向空气的蒸发传热量，这时总传热量等于零，水温也不再下降，这时的水温为水的冷却极限。 对于一般的水的冷却条件，此冷却极限与空气的湿球温度近似相等。因而湿球温度代表着在当地气温条件下，水可能冷却到的最低温度。水的出口温度越接近湿球温度ts时，所需冷却设备越庞大，故在生产中要求冷却后的水温比ts高3~5℃。

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