1、热质交换原理与设备考试题库一、名词解释1 热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉）2 绝热饱和温度 (绝热增湿过程中空气降温的极限)3 传质通量（单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量）4 扩散系数 (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)5 空气调节（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的要求）6 新风（从室外引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中）7 回风（从室内引出的空气，经过热质交换设备的处理再送回室内的环境中）8 露点温度 (指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和
2、时的温度)9 机器露点 (空气在机器上结露产生凝结水的温度值)10 分子传质、扩散传质 (由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象)11 对流传质 (是流体流动条件下的质量传输过程)12 质量浓度(单位体积混合物中某组分的质量）13 浓度边界层 （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层中，该流层即为浓度边界层）14 析湿系数 （总热交换量与由温差引起的热交换量的比值为析湿系数，用 表示，定义 为 表示由于存在湿交换而增大了换热量，其值大小直接反映了表冷器上凝结水析出的多少）二、填空题1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性_通称为流体的分子传递性质。2、当流场中速度分布不均匀
3、时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的_质量扩散_；描述这三种分子传递性质的定律分别是_牛顿粘性定律 、傅立叶定律_、 菲克定律_。3、热质交换设备按照工作原理不同可分为_间壁式、_混合式_、_蓄热式_和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于_间壁_式，而喷淋室、冷却塔则属于_混合式。4、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为_顺流_式、_逆流_式、_叉流_式和_混合_式。工程计算中当管束曲折的次数超过_4_次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。5、_温度差_是热量传递的
4、推动力，而_浓度差_则是产生质交换的推动力。6、质量传递有两种基本方式：分子扩散 和对流扩散，两者的共同作用称为_对流质交换_。7、相对静坐标的扩散通量称为绝对扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。8、在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分 A 和组分 B 发生互扩散，其中组分 A 向组分 B 的质扩散通量 mA与组分 A 的_浓度梯度成正比，其表达式为smkgdyCDmBA2；当混合物以某一质平均速度 V移动时，该表达式的坐标应取_随整体移动的动坐标_。9、麦凯尔方程的表达式为： AihQdmz，它表明当空气与水发生直接
5、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。10、质量传递有两种基本方式：分子扩散 和对流扩散，两者的共同作用称为对流质交换_。11、相对静坐标的扩散通量称为绝对扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。12、喷雾室是以实现 雾 和 空气 在直接接触条件下的热湿交换。13、当表冷器的表面温度低于 空气的露点湿度 时，就会产生减湿冷却过程。14、某一组分的速度与整体流动的平均速度之差，成为该组分的 扩散 速度。15、冷凝器的类型可以分为水冷式,空气冷却式 ( 或称风冷式 ) 和蒸发式三 种 类型 .16、冷却塔填料的作用是延长冷却水停留时间，
6、增加换热面积从而增加换热量。均匀布水。将进塔的热水尽量细化，增加水和空气的接触面，延长接触时间，增进水汽之间的热值交换17、总热交换是 潜热交换 和 显热交换 的总和。18、当流体中存在速度、温度、和浓度的梯度时，就会分别产生 动量 、热量 和 质量 的传递现象。19、大空间沸腾可以分为：自然对流沸腾区、核态沸腾区、过度沸腾区 和 膜态沸腾区 四个区域。20、潜热交换是 发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）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。21、相际间对流传质模型主要有 薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论 。22、 一个完整的干燥循环由_吸湿_过程、再生过程和冷却过
7、程构成。23、用吸收、吸附法处理空气的优点是_独立除湿 。24、当流体中存在速度、温度和浓度的梯度时，就会分别产生动量、热量和质量的传递现象。25、潜热交换是发生热交换的同时伴有质交换（湿交换）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.26、流体的粘性、热传导性和质量扩散通称为流体的分子传递性质。27 当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的质量扩散；描述这三种分子传递性质的定律分别是牛顿粘性定律 、傅立叶定律、菲克定律。28、热质交换设备按照工作
8、原理不同可分为间壁式、直接接触式、蓄热式、热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于间壁式，而喷淋室、冷却塔则属于直接接触式。29、温差是热量传递的推动力，而焓差则是产生质交换的推动力。30 质量传递有两种基本方式:分子传质 和对流传质，两者的共同作用称为扩散传质。31、相对静坐标的扩散通量称为以绝对速度表示的质量通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为 以扩散速度表示的质量通量。32、相际间对流传质模型主要有 薄膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。33、一个完整的干燥循环由吸湿过程、再生过程和冷却过程构成。34、冷却塔分为干式和湿式。由有淋水装置、配水系统、通风筒组成。35、
9、换热器的热工计算有两种方法:平均温差法 (LMTD 法)和效能-传热单元数法 (-NUT 法)。三、简答题1、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。答：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点温度时，空气只被冷却并不产生凝结水，此为等湿冷却过程（干冷）；当冷却器表面温度低于空气的露点温度时，空气不但被冷却且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）；在湿冷过程，推动总热交换的动力是湿空气的焓差，而不是温差。2、质量传递的推动力是什么？传质有几种基本方式？其机理有什么不同？答：质量传递的推动力是浓度梯度。传质有两种基本方式：分子扩散与对流扩散。在静止的流体
10、或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体及固体中的扩散，本质上由微观分子的不规则运动引起，称为分子扩散，机理类似于热传导；流体作宏观对流运动时由于存在浓度差引起的质量传递称为对流扩散，机理类似于热对流。3、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到如图所示的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种过程的特点，然后将给出的表格填写完整。过程线 水温特点 tdi过程名称A-1 lwt减 减 减 减湿冷却A-2 l减 不变 减 等湿冷却A-3 swltt减 增 减 减焓加湿A-4 s减 增 不变 等焓加湿A-5 Awstt减 增 增 增焓加湿A-6 不变 增 增
11、等温加湿A-7 Awt增 增 增 增温加湿4、简述斐克定律，并写出其数学表达式以及各项的意义；当混合物以整体平均速度v运动时，斐克定律又该如何表示？（20 分）答：斐克定律克：在浓度场不随时间而变的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分 A 和 B 发生互扩散，其中组分 A 向组分 B 的扩散通量与组分A 的浓度梯度成正比，其表达式为： smkgdyCDmAB2或smkoldynDNABA2A， N分别为组分 A 的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；dynCA,分别为组分 A 的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；BD组分 A 向组分 B 中的质扩散系数，单位 sm/2；当混合物以整体平均速
12、度 v运动时 AcABAVkgdyCD,5、简述“薄膜理论”的基本观点。（15 分）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。6、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
13、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。 7、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5 分）答： dAihdQmdz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， zd为潜热和显热的代数和； i为主流空气的焓， bi为边界层中饱和湿空气的焓， mh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。8、解释斐克定律 ：在浓度场不随时间而变化的稳态扩散的条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分 A 和组分 B 将发生互扩散。其
14、中组分 A 向组分 B 的扩散通量与组分 A 的浓度梯度成正比。9、干燥剂表面水蒸气分压与其吸湿量的关系：吸湿量增加，表面蒸汽压力也随之增加；干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系：当表面蒸汽压超过了周围空气的蒸汽压事，干燥剂脱湿，这一过程称为再生过程。干燥剂加热干燥后，它的蒸汽压仍然很高，吸湿能力较差，冷却干燥剂，降低其表面蒸汽压使之可重新吸湿。10、喷淋式的结构特性对空气处理的影响1、空气质量流速 2、喷水系数 3、喷嘴排数 4、喷嘴密度 5、喷水方向 6、排管间距 7、喷嘴孔径 8、空气与水的初参数11、影响混合式设备热质交换的主要因素1、空气与水之间的焓差 2、空气的流动状况 3、水滴大
15、小 4、水气比 5、设备的结构特性。12、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。答：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点温度时，空气只被冷却并不产生凝结水，此为等湿冷却过程（干冷）；当冷却器表面温度低于空气的露点温度时，空气不但被冷却且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焓差，而不是温差。13、质量传递的推动力是什么？传质有几种基本方式？其机理有什么不同？答：质量传递的推动力是浓度梯度。传质有两种基本方式：分子扩散与对流扩散。在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体及固体中的扩散，本质上由微观分
16、子的不规则运动引起，称为分子扩散，机理类似于热传导；流体作宏观对流运动时由于存在浓度差引起的质量传递称为对流扩散，机理类似于热对流。14、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。答: 湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱)()(imdwiht和空气的焓差是热值交换的推动势，其在单位时间内单位面积上的总传热量可近似的用传值系数 与焓差动力 的乘积来表示。di15、解释显热交换、潜热交换和全热交换，并说明他们之间的关系。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
17、换的代数和。16、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些？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。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。17、表冷器处理空气的工作特点是什么？与空气进行热质交换的介质不和空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进行的。空气与水的流动方式主要为逆交叉流。18、吸附（包括吸收）除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么？原理： 吸附除湿是利用吸附材料降低空气中的含湿量。吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩，且噪声低并可以得到很低的露点温度。表冷器缺点：仅为
18、降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿必须较低，19、间壁式换热器可分为哪几种类型？如何提高其换热系数？解:间壁式换热器从构造上可分为：管壳式、胶片管式、板式、板翘式、螺旋板式等。提高其换热系数措施：在空气侧加装各种形式的肋片，即增加空气与换热面的接触面积。增加气流的扰动性。采用小管径。20、在湿工况下，为什么一台表冷器，在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度越高则换热能力越大 ？解：空气的湿球温度越高所具有的焓值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交换的动力是焓差，焓差越大，则换热能力就愈大。21、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时
19、，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。动量、热量、质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。22、扩散系数是如何定义的？影响扩散系数值大小的因素有哪些？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，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。23、如何认识传质中的三种速度，并写出三者之间的关系？Ua Ub:绝对速度 Um：混合物速度 Ua Ub 扩散速度 Ua=Um+(Ua-Um) 绝
20、对速度=主体速度+扩散速度24、简述“薄膜理论”的基本观点。当流体靠近物体表面流过，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。25、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度，但高于其露点温度时，则空气只是冷却而不产生凝结水，称干工况。如果低于空气露点，则空气不被冷却，且其中所含水蒸气部分凝结出来，并在冷凝器的肋片管表面形成水膜，称湿工况，此过程中，水
21、膜周围形成饱和空气边界层，被处理与表冷器之间不但发生显热交换还发生质交换和由此引起的潜热交换。26、请说明空气调节方式中热湿独立处理的优缺点？对空气的降温和除湿分开处理，除湿不依赖于降温方式实现。节约传统除湿中的缺点，节约能源，减少环境污染。27、表冷器处理空气的工作特点是什么？与空气进行热质交换的介质不和空气直接接触，是通过表冷器管道的金属壁面来进行的。空气与水的流动方式主要为逆交叉流。28、吸附（包括吸收）除湿法和表冷器，除湿处理空气的原理和优缺点是什么？吸附除湿是利用吸附材料降低空气中的含湿量。吸附除湿既不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩，且噪声低并可以得到很低的露点温度。表冷器
22、缺点：仅为降低空气温度，冷媒温度无需很低，但为了除湿必须较低29、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系。当物系中存在速度、温度、浓度的梯度时，则分别发生动量、热量、质量的传递现象。动量、热量、质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流运动。动量传递、能量传递、质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。30、说明集中空调系统采用冰蓄冷系统的优缺点？1 优点 1) 平衡电网峰谷荷，减缓电厂和供配电设施的建设。 2) 制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。 3) 利用电网峰谷荷电力差价，降
23、低空调运行费用。 4) 电锅炉及其蓄热技术无污染、无噪声、安全可靠且自动化程度高不需要专人管理。5) 冷冻水温度可降到 14，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。 6) 相对湿度较低，空调品质提高，可有效防止中央空调综合症。 7) 具有应急冷热源，空调可靠性提高。 8) 冷（热）量全年一对一配置，能量利用率高。 2 缺点 1) 通常在不计电力增容费的前提下，其一次性投资比常规空调大 2) 蓄能装置要占用一定的建筑空间。 3) 制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低、电锅炉制热时效率有可能较热泵低。4) 设计与调试相对复杂。 31、热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各
24、自的特点是什么？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
25、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。32、简述顺流、逆流、汊流、和混合流各自的特点，并对顺流和逆流做一比较和分析解：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
26、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。33、简述冷却塔的各主要部件及其作用 。解：冷却塔的主要部件及作用：（1）淋水装置，又称填料，作用在于将进塔的热水尽可能的形成细小的水滴或水膜，增加水和空气的接触面积，延长接触时间，从而增进水气之间的
27、热质交换。（2）配水系统，作用在于将热水均匀分配到整个淋水面积上，从而使淋水装置发挥最大的冷却能力。（3）通风筒：冷却塔的外壳气流的通道。34、在湿工况下，为什么一台表冷器，在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度越高则换热能力越大 ？解：空气的湿球温度越高所具有的焓值也愈大，在表冷器减湿冷却中，推动总热质交换的动力是焓差，焓差越大，则换热能力就愈大。35、什么叫析湿系数 ?它的物理意义是什么 ？解：总热交换量与由温差引起的热交换量的比值为析湿系数，用 表示，定义 为表示由于存在湿交换而增大了换热量，其值大小直接反映了表冷器上凝结水析出的多少。四、计算题六、氢气和空气在总压强为 1.013105
28、Pa，温度为 25的条件下作等摩尔互扩散，已知扩散系数为 0.6 2/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 smolypTRDNAmBA 22421 /1059.01.369831.0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 1.013105Pa、温度为 25的空气，以 5.18m/s 的速度流过直径为 3.0510-2m 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=0.82610-5/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
