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第一章 绪论
1、答：分为三类。动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）； 热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）； 质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。
2、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。
3、 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
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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。
第二章 传质的理论基础
1、答：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)
2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为C?O2?CO2，即为1摩尔的C与1摩尔的O2反应，生成1摩尔的CO2，所以O2与CO2通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。
3、从分子运动论的观点可知：D∽pT
两种气体A与B之间的分子扩散系数可用吉利兰提出的半经验公式估算：
?132D?435.7T1332131p(VA?VB)?A?51?B?10?4
32若在压强P0?1.013?10Pa,T0?273K时各种气体在空气中的扩散系数D0，在其他P、T
D?D0状态下的扩散系数可用该式计算（1）氧气和氮气：
P0?T???P?T0?
V02?25.6?10?3m3/(kg?kmol)?o2?32 VN2?31.1?10?3m3/(kg?kmol)?N2?28
11??10?43228D??1.54?10?5m2/s111.0132?105?(25.63?31.13)2
435.7?298?32（2）氨气和空气：
P?1.0132?105Pa T?25?273?298K P0?1.0132?105Pa T0?273K
2-4、解：气体等摩尔互扩散问题
1.0132983D?0.2??()2?0.228cm2/s1.0132273
D0.6?10?4?(16000?5300)2NA?(PA1?PA2)??0.0259kmol/(m?s)?3RT?z8.314?298?10?10
m2s R0通用气体常数单位：J/kmol﹒K 2
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05、解：25C时空气的物性：??1.185kg/m,??1.835?10Pa?s,
3?5??15.53?10?6m2/s,D0?0.22?10?4m2/s
P0?T?D?D0???0.25?10?4m2/sP?T0?Re?uod4?0.08??20605?6v15.53?10v15.53?10?6Sc???0.62D0.25?10?432用式子（2-153）进行计算
shm?0.023Re0.83Sc0.44?0.023?206050.83?0.620.44?70.95shmD70.95?0.25?10?4hm???0.0222m/sd0.08 设传质速率为GA，则
dGA??d(dx)hm(?A?s??A)??4d2u0(d?A)?l0dx?du0?A2d?A4hm??A1?A?s??A
2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D需修正）
du0?A?s??A1l?ln4hm?A?s??A2??1.205kg/m,3??1.81?10?5Pa?s,D?D0Re?P0?T?1.013?10?293??4?42?0.22?10???0.24?10m/s????5P?T0?1.0132?10?273??325320.05?3?1.205?9990v1.81?10?5?1.81?10?5Sc???0.626?D1.205?0.24?10?40.830.44sh?0.023RSmec（1）用式计算hm
shmD0.023?99900.83?0.6260.44?0.24?10?4hm???0.01875d0.05
（2）用式
?uod
sh?0.0395Re4Sc计算hm
3413313shD0.0395(9990)(0.626)?0.24?10?4hm???0.01621m/sd0.05
?92 2-7、错解：氨在水中的扩散系数D?1.24?10m/s，空气在标准状态下的物性为；
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??1.293kg/m,3??1.72?10?5Pa?s,Pr?0.708,cp?1.005?10?3J/(kg?k)由热质交换类比律可得
?1.72?10?5Sc???10727.74?9?D1.293?1.24?10 hm1?h?cp?Pr????Sc?
232323
hm1?Pr?56?0.708??5????????7.04?10m/sh?cp?Sc?1.293?1001?10727.74?
? 1）（第3版P25）用水吸收氨的过程，气相中的NH3（组分A）通过不扩散的空气
（组分B），扩散至气液相界面，然后溶于水中，所以D为NH3在空气中的扩散。 ? 2）刘易斯关系式只对空气——水系统成立，本题为氨——空气系统，计算时类比关
系不能简化。
? 3）定压比热的单位是J/kgK
正解：组分A为NH3，组分B为空气，空气在0℃时物性参数查附录3-1
13.28?10?6Sc???0.664D0.2?10?4Pr?0.708?
D?0.2?10?4m2/s(查P36表2-2)hm1?h?cphhm??cp?Pr????Sc?
?Sc?????Pr??2/32356?0.664?????1.293?1.005?0.708??2/3?44.98m/s?161?103m/h
8、解：
CCO2CN2?CCO2344?105?CO2???1.776kg/mRT8314?298MN?Pi328?1052?N2???1.13kg/mRT8314?298
MCO2?Pi
3Pi105???0.04036kmol/mRT8314(273?25)
CN2xN2?xCO2??0.5CN2?CCO2
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aCO2?
?CO22?CO??N?0.6112
aN2?0.389
9、解：（a）已知MA，MB，xA，xB
MAnAMAxAMA??MA?MBnAMA?nBMBxAMA?xBMB MBnBMBxBMBaB???MA?MBnAMA?nBMBxAMA?xBMB 已知aB，aA，MA，MB aA?
（b）
nA??aAanA?nBmA?mB?BMAMBMAMB
mBaBnBMBMBxB???aAanA?nBmA?mB?BMAMBMAMB
xO2MO232aO2???0.3077xO2MO2?xN2MN2?xCO2MCO232?28?44xA?
mAMAaAMA
aN2?0.2692aCO2?0.4231aO2aO2MO2?MO2aN2MN2?
xO2?若质量分数相等，则
aCO2MCO2132??0.3484111??322844
xN2?0.3982
xCO2?0.2534 10、解；（a）O2，N2的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动： （b）O2，N2的浓度梯度沿垂直方向空气由下部向上部运动，有传质过程。
2-11、解；
GA?NAAaV?DAaV(CA1?CA2)?zAaV?2?L(r2?r1)rln2r1
2?L(r2?r1)1,V??d2L r4ln2r14 球形：Aav?4?r1r2,V??d3
3? 1）柱形：Aav?? 2）d=100mm为内径，所以r1=50，r2=52
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热质交换原理与设备习题答案第3版 - 图文
