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#
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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#
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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)
