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《热质交换原理与设备》 复习重点(特选资料)

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热质交换原理与设备 复习重点 (个人总结可能不全,请大家补充指正)

考试时间:2013年5月8日下午1:30 考试地点:

考试题型:问答题、计算题(10~20分)

苏新军老师 Tel:13702189844 E-mail:suxinjun@tjcu.edu.cn

第一章 绪论

1.1.1 三种传递现象的联系

当物质中存在速度、温度和浓度的梯度时,则分别发生动量、热量和质量的传递现象。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,也可以是由涡旋混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。

各类系数 总的效应

?S????t??(???t)dudu???effdydy?eff:有效动力粘度系数 qS??(???t)dtdt???effdydy?eff:有效导热系数DABeff:有效质量扩散系数

mS??(DAB?DABt)d?Ad?A??DABeffdydy 通常,充分发展湍流中,湍流传递系数远远大于分子传递系数。

两种传递系数的比较

? 分子传递系数ν, a, DAB:

? 是物性,与温度、压力有关; ? 通常各项同性。

? 湍流传递系数νt, at, DABt:

? 不是物性,主要与流体流动有关; ? 通常各项异性。

1.1.3 热质交换设备的分类

热质交换设备的分类方法很多,可以按工作原理、流体流动方向、设备用途、传热传质表面结构、制造材质等分为各种类型。最基本的是按工作原理分类。

? (1)按工作原理分类(可参考书后思考题第二题)

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

参照材料#

1

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。

? (2)按热流体与冷流体的流动方向分类(可参考书后思考题第三题)

热质交换设备按照其内热流体与冷流体的流动方向,可分为:顺流式、逆流式、叉流式和混合式等类型。

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。

思考题

1、分子传递现象可以分为几类?各自由什么原因引起的? 答:分为三类:动量传递、热量传递和质量传递现象。 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、热质交换设备按照工作原理分为哪几类?他们各自的特点是什么?

答: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、简述顺流、逆流、叉流和混合流各自的特点,并对顺流和逆流做一比较和分析。 答: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。

参照材料#

2

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。

第二章 传质的理论基础

7个基本的物理量

物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一(长度、质量、时间、电流强度、发光强度、温度、物质的量),它和“长度”,“质量”等概念一样,是一个物理量的整体名词。单位为摩尔(mol)。物质的量是表示物质所含微粒数(N)与阿伏伽德罗常数(NA)之比,即n=N/NA。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理量。

2.1.2.1 传质的速度 多组分的传质过程中,uA、uB代表组分A、B的实际移动速度,称为绝对速度。u代表混合物的移动速度,称为主体流动速度或平均速度(以质量为基准)(若以摩尔为基准,用um表示);uA-u及uB-u代表相对于主体流动速度的移动速度,称为扩散速度。

uA=u+(uA-u) uB=u+(uB-u)

uA=um+(uA-um) uB=um+(uB-um)

绝对速度=主体流动速度(平均速度)+扩散速度 2.1.2.2 传质通量【重点看三种传质通量、表示】

单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。 传质通量=传质速度×浓度 质量传质通量:m (kg/m2·s); 摩尔传质通量:N (kmol/m2·s)。 (1)以绝对速度表示的质量通量

m? ?AuAm? ?uB1 A B B u?(?AuA??BuB)? ? m ? ? mmAB ?AuA??BuB??u

上式为质量平均速度定义式

(总摩尔通量)N=N A+NB=CAuA+CBuB=Cum

um=(CAuA+CBuB)/C

(2)以扩散速度表示的质量通量 传质通量=扩散速度×浓度 质量通量: j 摩尔通量: J ? C ( 总通量: j?j?jAAuA?um)A??A(uA?u)AB

jB??B(uB?u)JB?CB(uB?um)J?JA?JB

(3)以主体流动速度表示的质量通量 传质通量=主体流动速度×浓度 质量通量: ? 1 ? 同理:

?Bu?aB(mA?mB)?Au??A?(?AuA??BuB)?? ????A(?AuA??BuB)?aA(mA?mB)?3 参照材料#

摩尔通量: u ? 1 ( C u ? 同理: CC A u A ?Am?CA?BB)?CBum?xB(NA?NB)C??? 稳态扩散:扩散范围内各点参数不变(恒定)

C2.2扩散传质(了解) CBuB)?xA(NA?NB)?A(CAuA?C两组分扩散系统中,组分A在组分B中的扩散系数等于组分B在组分A中的扩散系数。 (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。

定义:扩散系数是言扩散方向,在单位时间单位浓度降得条件下,垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数。单位m2/s)

2.3.5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)

?? Sc?Pr?Dia

( 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 )

hlh?l Nu?Sh?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

NuhhSh St??Stm??mRe?Pr?CpulRe?Scu

2.4.1薄膜理论

简述“薄膜理论”的基本观点。

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。

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:以扩散速度表示的质量通量:

mA??AuA,mB??BuB,m?eAuA?eBuB

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)

参照材料#

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《热质交换原理与设备》 复习重点(特选资料)

热质交换原理与设备复习重点(个人总结可能不全,请大家补充指正)考试时间:2013年5月8日下午1:30考试地点:考试题型:问答题、计算题(10~20分)苏新军老师Tel:13702189844E-mail:suxinjun@tjcu.edu.cn第一章绪论1.1.1三种传递现象的联系
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