发布时间 : 星期一 文章热质交换原理与设备期末考题更新完毕开始阅读7ad517ef011ca300a7c3906b
dCAdnA,dydy——分别为组分A的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；
DAB ——组分A向组分B中的质扩散系数，单位m2/s；
当混合物以整体平均速度v运动时三、简述“薄膜理论”的基本观点。（15分）
mA??DABdCAkgm2?s?Vc,Ady
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。
四、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。 五、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5分） 答：
dQz?hmd?i?id?dA
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，dQz为潜热和显热的代数和；i为主流空气的焓，b为边界层中饱和湿空气的焓，md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。
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六、氢气和空气在总压强为1.013×10Pa，温度为25℃的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为0.6㎝/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
ihDpA1?pA20.6?10?416000?5300NA??NB?????2.59?10?2mol/m2?sRmT?y8314?2980.01
??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
??15.15?10?6m2s）（15分）
管内受迫层流：Sh?1.86Re0.333Sc0.333
0.830.44Sh?0.023ReSc管内受迫紊流：
v15.53?10?6Sc???1.88?5D0.826?10解：
ud5.18?3.05?10?2Re???101730.830.440.830.44?6????Sh?0.023ReSc?0.023?10173?1.88?64.35 v15.53?10D?Sh64.35?0.826?10?5hm???0.017ms?2d3.05?10
2NA?hm?nm?0??0.017nmkmolm?s
课程 热质交换原理与设备 考试形式（开 / 闭卷，考试 / 查）
一、填空题（每题2分，共16分）
1. 按照工作原理的不同可以将热质交换设备分为_________、___ _______、蓄热式和热管式。 2. ___ ___与_质__两者的共同作用称为对流传质。
3. 蓄热用固液相变材料的热性能要求为：合适的相变温度、 较大的相变潜热 以及合适的导热性能。 4. 吸附空气中水蒸气的吸附剂称为干燥剂，干燥剂的吸湿和放湿的机理是____由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差造成，当前者较低时，干燥剂吸湿，反之放湿_______________。
5. 吸附剂的再生方式有____加热再生方式______、_____减压再生方式_____、____使用清洗气体的再生方式____、___________。
6. 湿工况下表冷器的析湿系数的定义：_，
，其值的大小直接反映了__ _ ____。
7. 蒸发冷却所特有的性质是_______ _ ________。
8. 在冷却塔的热工计算中，一般要求冷却水出口温度 t2 比当地气温条件下的湿球温度 ts 高____3～5______℃。
二、分析简答题（每题6分，共36分）
1. 温度为30℃、水蒸气分压力为2kPa的湿空气吹过下面四种状态的水表面时，试用箭头表示传质和总传热的方向。 水温t 传热方向 传质方向
50℃ 30℃ 18℃ 10℃ 气 水 气 水 气 水 气 水 气 水 气 水 气 水 气 水 2. 如何理解动量、热量和质量传递现象的类比性？
答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生动量、热量和质量传递现象。动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子传递，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。对三类现象的分子传递和湍流传递分析可以得出这三种传递现象背后的机理是相同的，它们依从的规律也类似，都可以用共同的形式表示：传递速率＝扩散系数×传递推动力，清楚地表明了“三传”之间的类比性。（4分）
另外，从动量方程、热量方程和扩散方程及相对应的边界条件可以看出它们在形式上是完全类似的，也清楚地表明了“三传”之间的类比性。（2分）
3. 根据关系式程的影响。
答：式
，以及，说明同一表面上传质对传热过
表明，传质的存在对壁面导热量和总传热量的影响是相反的。在C0 > 0
时，随着C0的增大，壁面导热量是逐渐减少的，而膜总传热量是逐渐增大的；（3分）
在C0 < 0时，随着C0的减小，壁面导热量是逐渐增大的，而膜总传热量是逐渐减少的。（3分）
4. 分析用吸收、吸附法处理空气的优点。
答：利用吸收、吸附法处理空气的优点是独立除湿——在空气处理过程中，将降温和除湿分开来独立处理。即由吸收或吸附来完成除湿任务，降温的任务只是将空气温度降低到送风状态点温度即可，而不需要额外的加热处理。（2分）
传统的除湿方法是使用表冷器，冷却和除湿同时完成，由于除湿需冷却剂（冷冻水、制冷剂）的温度必须较低，一般为7-12℃，就会导致经过表冷器处理后的空气温度也较低，一般都需要通过加热器将空气加热，方能达到送风温度。（2分）
当使用表冷器进行降温和除湿时，会产生以下一些缺点：
（1）由于除湿的需要，要将表冷器的表面温度降低到空气的露点温度以下，这样冷却剂（冷冻水、制冷剂）的温度必须较低，而为了得到较低温度的冷却剂（冷冻水、制冷剂），会使制冷机的性能系数COP值降低。（
）
（2）一些天然冷源不能直接得到利用。
（3）由于除湿析出的冷凝水，使表冷器长期工作在湿工况下，容易滋生细菌，被处理的空气经过表冷器时会被（二次）污染，继而影响到室内空气品质。（2分）
5. 说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优点。
答：蓄冷空调系统可使制冷机容量减少，且经常在满负荷高效率下工作，它利用夜间廉价电，均衡电网负荷，是符合我国国情的。从典型蓄冷空调系统经济效益分析亦可知，系统所增加的制冰及蓄
冷设备费可由1－2年所节约的运行费回收。目前空调电量常占建筑物内用电量的大部分，若能综合分析空调负荷及建筑物内能源利用状况，利用楼宇整体化手法设计蓄冰空调系统，即可达到调峰填谷、降低运行费用的目的。（6分）
6. 简述在表冷器进行冷却减湿时所发生的热质交换过程。
答：湿工况下，表冷器的表面温度低于被处理空气的露点温度，空气不但被冷却，而且其所含的水蒸气也部分地凝结出来，在表冷器的肋片管表面上形成水膜，（3分）水膜周围形成一个饱和空气边界层，被处理空气与表冷器之间不但发生显热交换，而且也发生质交换和由此引起的潜热交换，空气被冷却减湿。（3分）
三、（12分）试导出空气与水直接接触时发生热质交换的5个基本方程式，并说明麦凯尔方程表示的物理意义。
解：假设当空气与水在一微元面 dA 上接触时，假设空气温度变化为 dt ，含湿量变化为 d(d) 。
（1）显热交换量： （2分） ——湿空气的质量流量，kg/s
——湿空气与水表面之间的显热交换系数，W/(m2.℃) （2）湿交换量：
（2分）
潜热交换量： （2分） ——温度为 tb 时水的汽化潜热，kJ/kg
——单位时间单位面积蒸发（凝结）的水量，kg/(m2.s)
（3）总热交换量：
对空气——水系统，存在刘易斯关系式：所以上式
因为：当温度为 t 时，湿空气焓为：当温度为 tb 时，湿空气焓为：：
如果忽略水蒸汽从0℃加热到t℃时的焓，即 的比热和水的汽化潜热变化不大，即有：
所以从（3）式可以得到：
（2分）
项，并考虑到 t 和tb 差别不大，所以空气
（4） —— 麦凯尔方程
麦凯尔方程表明：在热质交换同时进行时，如果满足刘伊斯关系式，则总热交换的推动力为空气——主流湿空气与紧靠水面的饱和边界层空气的焓差。（2分）
由于是空气与水之间发生的热质交换，所以不仅空气的状态会发生变化，水的状态也会发生变化。如果在热质交换中，水的温度变化为 dtw ，则根据热平衡：
（5） （2分） ——水的质量流量，kg/s
——水的定压比热，kJ/(kg.℃)