发布时间 : 星期四 文章建环专业热质交换原理与设备考试资料2013最新版更新完毕开始阅读7bcf6e846529647d272852d7
物质A的分子运动容易与邻近液体B的分子相碰撞，使本身的扩散速率减慢。
常见有两种情况：即组分A与组分B的等分子反方向扩散 及 组分A通过停滞组分B的扩散。
固体中的扩散，包括气体、液体和固体在固体内部的分子扩散。一般来说，固体中的扩散分为两种类型：一种是与固体内部结构基本无关的扩散，另一种是与固体内部结构基本有关的多孔介质中的扩散。当气体在固体中扩散时，溶质的浓度常用溶解度S表示。在多孔固体中充满了空隙和孔道，当扩散物质在孔道内进行扩散时，其扩散通量除与扩散物质本身的性质有关外，还与孔道的尺寸密切相关。
高压下的气体和常压下的液体，由于其密度较大，因而?很小，故密度大的气体和液体在多孔固体中的扩散时，一般发生斐克型扩散。
克努森扩散通量：除与低压下的气体在多孔固体中扩散时，一般发生克努森扩散。 克努森扩散通量：NA?DKADKA(CA1?CA2) NA?(pA1?pA2) z1?z2RT(z1?z2)扩散系数：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，D?MAnA?,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d?AdCA??dydy同的单位m/s，扩散系数的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。
（扩散系数：物质的分子扩散系数表示它的扩散能力，是物质的物理性质之一。
对流传质所涉及的内容即为运动着的流体之间或流体与界面之间的物质传递问题，这种过程既包括由流体位移所产生的对流作用，同时也包括流体分子间的扩散作用，这种分子扩散和对流扩散的总作用称为对流传质。对流传质是在流体流动条件下的质量传输过程，其中包含着由质点对流和分子扩散两因素决定的传质过程。对流传质过程与流体的运动特性密切相关，如流体流动的起因、流体的流动性质以及流动的空间条件等等。
固体壁面与流体之间的对流传质速率可定义为：NA?hm(CAs?CA?)，对流传质系数hm与流体的性质、壁面的几何形状和粗糙度、流体的速度等因素有关。
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，该流体层称为浓度边界层。
流体流过壁面进行传质时，在壁面上会形成两种边界层，即速度边界层与浓度边界层。 浓度边界层厚度为?c，其定义通常为(CA?CAs)/(CA??CAs)=0.99时与壁面的垂直距离。 当组分A进行传递时，首先以分子传质的方式通过该静止流层，然后再向流体主体对流传质。 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，重要的边界层参数分别是摩擦系数
2Cf、对流换热系数h以及对流传质系数hm。
对流传质过程的相关准则数
1 施密特准则数SC对应于对流传热中的普朗特准则数Pr，其值由流体的运动黏度与物体的扩散系数之比构成
2 宣乌特准则数Sh 对应于传热中的Nu,其值由流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比， 3 传质的斯坦登准则数Stm
??（1）施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr) Pr?Sc?Dia
h?l( 2 ) 宣乌特准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢尔特准则数( Nu ) Nu?hlSh?m?Di
( 3 ) 传质的斯坦顿准则数(Stm)对应于对流传热中的斯坦顿准则数St
St?Nuh?Re?Pr?CpulStm?hSh?mRe?Scu
渗透理论：当流体流过表面时，有流体质点不断地穿过流体的附壁层向表面迁移并与之接触，流体质点在表面接触之际则进行质量的转移过程，此后流体质点又回到主流核心中去。可将由无数质点群与表面之间的质量转移，视为流体靠壁薄层对表面的不稳态扩散扩散传质过程。
薄膜理论：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。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。 思考题：简述质扩散通量的几种表示方法：以绝对速度表示的质量通量；以扩散速度表示的质量通量；以主体流动速度表示的质量通量。
单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
以绝对速度表示的质量通量：mA??AuA,mB??BuB,m?eAuA?eBuB 以扩散速度表示的质量通量：jA??A(uA?u),jB??B(uB?u)uB,j?jA?jB
?1?eAu?eA?(eAuA?eBuB)??aA(mA?mB)?e?以主流速度表示的质量通量：
eBu?aB(mA?mB)
流体宏观运动既可导致动量传递，同时也会把热量和质量从流体的一个部分传递到另一个部分，所以温
度分布、浓度分布和速度分布是相互联系的。
第三章 传热传质问题的分析和计算【此章有计算题，重点看例题】
动量、热量和质量传递类比：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、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扩散，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。动量通量密度正比于动量浓度的变化率，能量通量密度正比于能量浓度的变化率，组分A的质量通量密度正比于组分A的质量浓度的变化率。 刘伊斯准则数是反映热边界层与浓度边界层厚度关系的准则数。 热质交换类比律：hm?Dh??ha??hcp?，这个关系称为刘伊斯关系式
同一表面上传质过程对传热过程的影响：传质阿克曼修正系数表示传质速率的大小与方向对传热的影响，随着传质方向的不同，C0值有正有负，当传质的方向是从壁面到流体主流方向时，C0为正值，反之为负。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大于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小于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小的。因传质的存在，传质速率的大小与方向影响了壁面上的温度梯度t（0）的值，从而影响了壁面上的导热量。 刘伊斯关系式：cp?'h，即在空气-水系统的热质交换过程中，当空气温度及含湿量在实用范围内变化hmd很小时，换热系数与传质系数之间需要保持一定的量值关系，条件的变化可使这两个系数中的某一个系数增大或减小，从而导致另一系数也相应地发生同样的变化。
刘伊斯关系式成立条件：1：0.6?Pr?60, 0.6?Sc?3000 2：Le?a/DAB?1
例题3-1
常压下的干空气从“湿球”温度计球部吹过。它所指示的温度是少量液体蒸发到大量饱和蒸汽——空气混合物的稳定平均温度，温度计的读数是16℃，如图所示。在此温度下的物性参数为：
水的蒸汽压 PW=0.01817bar； 空气的密度 ρ=1.215kg/m3； 空气的比热 Cp=1.0045kJ/kg.℃； 水蒸汽的汽化潜热 r = 2463.1kJ/kg； Sc=0.60，Pr = 0.70 。 试计算干空气的温度。
[解]：求出单位时间单位面积上蒸发的水量为 水 m ? C W ? C f ? （1） m? h水从湿球上蒸发带入空气的热量等于空气通过对流传热传给湿球的热量： hAt?t?rmAf?水 r?m水t??t （2）
干空气的温度为： f h W
JH?JM
2所以， h m 1 ? Pr ? 3 （3）
??? h?cp?Sc? 2/3rPr??将（1），（3）带入（2）中整理得 tf????Cw?Cf??tw?cp?Sc?
因为 (Pr/Sc)2/3?(0.7/0.6)2/3?1.11R0?8.314kJ/(molK)
Pw0.0187?105?43所以 Cw???7.783?10mol/m3RT8.314?10?2890
根据题意，Cf= 0，水的分子量为18 g /mol，则
2463.1 tf??1.11?18?7.783?10?4?161.215?1.0045
℃ ?31.38?16?47.38思考题：
1、如何理解动量、热量和质量传递的类比性
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。
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、把雷诺类比律和柯尔本类比律推广应用于对流质交换可以得到什么结论。
答：将雷诺类比律和柯尔本类比律推广应用于对流质交换可知，传递因子等于传质因子①
??② 且可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质，只要将对流传热计算式中的有关物理参数及准则数
22G3JH?JD??St?Pr?Stm?Sc32
用对流传质中相对应的代换即可，如：t?c,a?D,??D,Pr?Sc,Nu?Sh,St?Stm
③当流体通过一物体表面，并与表面之间既有质量又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h 计
2?hhm??Le3e?算传质系数hm
3、定义施米特准则和刘伊斯准则，从动量传递、热量传递和质量传递类比的观点来说明他们的物理意义。
答：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
Sc?vDi
vSDaLe?c??vPrDa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
第四章 空气的热湿处理
空气处理过程中的传热传质有几个概念，如下有
空气调节，即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要求。 热舒适性，就是人体对周围空气环境的舒适热感觉，在人的活动量和衣着一定的前提下，这主要取决于室内环境参数，如温度、湿度等。
新风，就是从室外引进的新鲜空气，经过热值交换设备处理后送入室内的环境中。（两个用途：一是满足室内人员的卫生要求；二是补充室内排风和保持室内正压）
回风，就是冲室内引出的空气，经过热值交换设备的处理再送回室内的环境中。
送风状态点指的是为了消除室内的余热余湿，以保持室内空气环境的要求，送入房间的空气的状态。 湿空气焓湿图：把描述湿空气状态参数及其变化过程的特性，描述在以焓值为纵坐标、以含湿量为横坐标的图线称为焓湿图。主要线条有等焓线、等含湿量线、等温线、等相对湿度线以及水蒸气分压力线等。 送风状态点：指的是为了消除室内的余热余湿，以保持室内空气环境要求，送入房间的空气的状态。 夏季室内设计工况：温度24~28摄氏度，相对湿度40%~65%，风速不应大于0.3m/s 冬季室内设计工况：温度18~22，湿度40%~65%，风速不应大于0.2m/s 一般夏季需对室外空气进行冷却减湿处理，而冬季则需要加热加湿。
空气与水直接接触时，根据水温的不同，可能仅发生显热交换，也可能既有显热交换又有潜热交换，即发生热交换的同时伴有质交换（湿交换） 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. 温差时热交换的推动力，而水蒸气分压力是湿（质）交换的推动力。
空气与水直接接触时的状态变化过程分析： A-2过程是空气增湿和减湿的分界线， A-4过程是空气增焓和减焓的分界线， A-6过程是空气升温和降温的分界线。
如图，当水温低于空气露点温度时，发生A-1过程。此时由于tw?t1?tA和Pq1?PqA，所以空气