热质交换
一、复习总结各章知识点
第一章：P4～6；9
1、三种传递现象的类比关系；
2、分子传递现象可以分为几类？各自是由什么原因引起的？
3、热质交换设备按工作原理分类、按流动方向分类；
第二章：传质的理论基础
1、传质通量、P19传质速度、P21质量传递的基本方式；
2、P22~24菲克定律（文字表述、数学式、物理意义、普遍表达形式）
3、P24～35各物质中稳态扩散过程分类；（固体扩散类型）；
扩散系数影响因素；D气>D液>D固
4、P39-41对流传质定义，求解对流传质系数的步骤；P40浓度边界层
5、P43边界层的重要意义；P44湍流边界层组成（紊流传质机理）
6、P51施密特准则数Sc、宣乌特准则数Sh、刘伊斯准则数Le的定义式、物理意义；
7、P60-62相际间对流传质模型有哪些？理论要点？
第三章：传热传质问题的分析和计算
1、P73-75动量交换与热交换的类比在质交换中的应用、计算（柯尔本类比、热质传输同时存在的类比）；
2、P76利用对流传质准则关联式计算；
3、P84传质的存在对传热的影响（有传质无相变问题，方向影响）
4、P86刘伊斯关系式及成立条件。
第四章：空气的热湿处理
1、P104-106图4－1表4－1说明空气处理的各种途径；
2、P108－110湿空气在冷表面上的冷却降湿影响因素；
3、P115显热交换、潜热交换；热湿交换影响因素；
4、P120-123图4－15空气与水接触时的状态变化过程；对流增湿和减湿，热质交换影响因素；
第五章：吸附和吸收处理空气的原理与方法
1、P136常用吸附剂类型；P138 干燥循环过程
2、P142转轮除湿机原理及在i-d图上表示；
3、P162常用液体除湿剂种类；
第六章：间壁式热质交换设备的热工计算
1、P164威尔逊图解法确定分热阻；
2、P165换热器热工计算常用方法（对数平均温差法）；
3、P170-171效能－传热单元数定义
4、P175换热扩大系数（析湿系数）定义、物理意义；
5、P180表冷器热工计算主要原则；计算要确定哪些参数P177；简化计算。
6、P187思考题2、3
第七章：混合式热质交换设备的热工计算
1、P190喷淋室构造、P192冷却塔构造及作用；
2、P196喷淋室的结构特性对空气处理的影响；冷却塔热质交换特点P198
3、P199喷淋室热交换效率系数与接触系数
4、P200-201喷淋室热工计算主要原则；计算要确定哪些参数；简化计算。
第八章：复合式热质交换设备的热工计算
1、P223、229直接蒸发冷却与间接蒸发冷却技术定义、原理、特点
2、P234-239一级蒸发冷却系统、二级蒸发冷却系统和三级蒸发冷却系统定义、
空气处理过程
3、P240-241常用除湿技术的原理与特点；（在i-d图上分析传统除湿与独立除湿区别）
4、P242温湿度独立处理系统组成、主要设备特点
5、P254思考题3、4、5
第九章：热质交换设备的优化设计及性能评价
1、热质交换设备仿真建模步骤
2、热质交换设备的性能评价基本要求。
二、分析考试题型与重点
题型：填空10分；
名词解释20分；
简答30分；
作图分析10分；
计算30分
三、解答疑难问题
――――――――――――End of the 20th lesson.
一、填空题（共30分）
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。
3、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m A 与组
分A 的_浓度梯度成正比，其表达式为s
m kg dy dC D m A
AB A ?-=2；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：()dA i i h dQ d m d z -=，它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。 二、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时，对流换热系数h 和对流传质系数h m 之间存在什么样的关系？（10分）
答：（1）对流换热的基本计算式：()2
m W t t h q w ∞-=
q
——流体与壁面之间的对流换热热流通量，2
m W ；
h
——对流换热系数，
K m W ?2
； ∞t t w , ——壁面温度，K 。
对流传质的基本计算式：()∞-=,,A S A m A h m ρρ
A m ——组分A 的质扩散通量，s m kg ?2； m h ——对流传质系数，s m ；
∞,,,A S A ρρ——组分在壁面处和在主流中的质量浓度，3m kg ；
（2）当热质传递同时存在时，对流换热系数h 和对流传质系数h m 之间满足下列
关系式：
3
2
-?=Le c h h p
m ρ或3
2
Le c h h p m ρ=
三、下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了类比，请将其补充完整。（20分）
四、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。（10分）
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。
五、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
（10分）
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。
二、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：
s m kg dy dC D m A AB A ?-=2或s
m kmol dy dn
D N A AB A ?-=2
A m
，A N －分别为组分A 的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；
dy dn dy dC A
A ,
——分别为组分A 的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度；
AB D ——组分A 向组分B 中的质扩散系数，单位s m /2；
当混合物以整体平均速度v 运动时A
c A
AB A V s m kg dy dC D m ,2+?-=
三、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。
四、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。
五、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5分） 答：()dA i i h dQ d m d z -=
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，z dQ 为潜热和显热的代数和；i 为主流空气的焓，b i 为边界层中饱和湿
空气的焓，md h 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。
六、氢气和空气在总压强为1.013×105
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
()
s
m mol y p p T R D N N A A m B A ??=-???=?-?=-=--22421/1059.201.05300
160002988314106.0
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1.013×105Pa 、温度为25℃的空气，以5.18m/s 的速度
流过直径为3.05×10-2m 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=0.826×10-5㎡/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s m 2
61015.15-?=ν）（15分）
管内受迫层流：333.0333
.0Re 86.1Sc Sh = 管内受迫紊流：44
.083.0Re 023.0Sc Sh =
解：88.110826.01053.155
6
=??==--D v Sc
10173
1053.151005.318.5Re 6
2
=???==--v ud ()()35.6488.110173
023.0Re 023.044.083.044.083.0=??==Sc Sh s m d Sh D h m 017.01005.310826.035.642
5
=???=?=--
()s m kmol n n h N m m m A ?=-=2
017.00
八、已知空调系统送风量G ＝5㎏/s ，空气初状态参数t 1=35℃，t s1=26.9℃， i 1=85kJ/㎏；终状态参数为t 2=19℃，t s2=18.1℃，i 2=51.4kJ/㎏；空气压强101325Pa ，试选用JW 型空气冷却器并求出其中的传热系数范围。（空气密度ρ=1.2 kg/m 3，定压比热c p =1.005 kJ/( kg ·℃)，水定压比热c p =4.19 kJ/( kg ·℃)，可选表冷器中水流速范围w=0.8-1.6m/s ）。（15分） 已知水冷式表面冷却器作为冷却用之传热系数（W/ ㎡·℃）:
4排:
????????+-=8.003.152.06.33217.3911
ωξy k V
6排:
????????+-=8.002.152.06.32515.4111
ωξy k V
8排:
????????+-=8.00.158.06.35315.3511
ωξy k V
解：（1）计算需要的接触系数2ε，确定冷却器的排数
889
.09.26351
.181********=---=---=s s t t t t ε
查表可知，在常用的y V
范围内，JW 型6排表冷器能满足889.02=ε的要求，故选用6排。
（2）假定s m V y 5.2='，则 ()
2667.15.22.15m V G A y y
=?='='ρ
查表可选用JW20－4型表冷器一台，其迎风面积2
87.1m A y =
故实际迎面风速()s m A G V y y 23.287.12.15=?==ρ
查2ε表可知，在
s
m V y 23.2=时，JW 型6排表冷器实际的2ε值可以满足要求，
所选JW20－4型表冷器每排散热面积
,05.202
m A d =通水断面积2
00407.0m A w =。
（3）求析湿系数
()()1
.21935005.14
.51852121=-?-=--=
t t c i i p ξ
（4）由已知，可选水流速范围s m 6.18.0-=ω
代入
????????+-=8.002.152.06.32515.4111
ωξy k V
当
8.0=ω()
K
m W y k V 21
9.898.002.152.06.3251
5.411==????????+-ωξ
当
8.0=ω()
K
m W y k V 21
6.1046.32515.411==????????+-ωξ
填空题
1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1。405*10-5 m2/s。
3、喷雾室是以实现雾和空气在直接接触条件下的热湿交换。
4、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。
5、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。6刘伊斯关系式是h/h mad=Cp 。
1273K，则空气向氨的扩散系数是m2/s。
2、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.
3、冷却塔填料的作用是延长冷却水停留时间，增加换热面积，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
4、冰蓄冷空调可以实现电力负荷的调峰填谷(均衡)。
5、吸附式制冷系统中的脱附—吸附循环装置代替了蒸汽制冷系统中的压缩机装置。
6、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一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。
7、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。
8、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。
9、吸收式制冷机可以“以热制冷”，其向热源放热Q1，从冷热吸热Q2，消耗热能Q0，则其性能系数COP= Q1-Q2/Qo 。
10、冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有电除霜、四通阀换相除霜、排气温度除霜
1、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。
2、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。
3、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。
4、总压力为0.1MPa的湿空气，干球温度为20℃，湿球温度为10℃，则其相对湿度为。
6、某翅片管换热器，表面对流换热系数位10W/m2·K，翅片表面温度为50℃，表面流体温度为30℃，翅片效率为 2.5，则换热器的热流密度为W/m2。
7、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是。
8、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。
10、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。
11、根据冷却介质的不同，冷凝器可以分为、和三类。
12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25m2。
1、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。
2、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、傅里叶定律、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、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。
3、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、_混合流_式和_叉流_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、_温差_是热量传递的推动力，而_焓差_则是产生质交换的推动力。
6、质量传递有两种基本方式：分子传质和对流传质，两者的共同作用称为__ __。
7、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。
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m A 与组分A的浓度梯度成正比，其表达式为；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。
9、麦凯尔方程的表达式为：hw （ti –tw）=hmd(i-i i)，它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传热系数与焓差驱动力的乘积
10、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。
1.当流体中存在着速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生___动量___传递、__热量____传递和___质量___传递现象。
2.质量传递的基本方式可分为_____分子传质______与____对流传质______。
3.冰蓄冷系统中的制冰方式主要有两种：_动态_制冰方式和_静态_制冰方式。
4.一个完整的干燥循环由___吸湿___过程、___再生___过程和冷却过程构成。
5.用吸收、吸附法处理空气的优点是_____独立除湿______________________。
6.热质交换设备按不同的工作原理分类，可分为_______间壁式
____________、_____直接接触式______、_______蓄热式_________、_______热管式________。
7.蒸发冷却所特有的性质是__蒸发冷却过程中伴随着物质交换，水可以被冷却到比用以冷却它的空气的最初温度还要低的程度_______________________。
8.冷却塔的热工计算原则是____冷却数N = 特性数N＇______________。
名词解释
热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉）、绝热饱和温度(绝热增湿过程中空气降温的极限)、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）、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、)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）、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）、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）、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时的温度)
、机器露点(空气在机器上结露产生凝结水的温度值)
、分子传质(由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象)（扩散传质）、对流传质(：是流体流动条件下的质量传输过程)、质量浓度(单位体积混合物中某组分的质量
)、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）、速度边界层(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
)、热边界层流体流动过程中.在固体壁面附近流体温度发生剧烈变化的薄层
、雷诺类比（对流传热和摩擦阻力间的联系）、宣乌特准则数(流体传质系数hm 和定型尺寸的乘积与物体的互扩散系数（Di）的比值)、施密特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）的比值
)、普朗特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的导温系数a的比值)
简要回答问题
1、什么叫冰蓄冷空调？其系统种类有哪些？
冰蓄冷空调是利用夜间低谷负荷电力制冰储存在蓄冰装置中，白天融冰将所储存冷量释放出来，减少电网高峰时段空调用电负荷及空调系统装机容量
2、根据冷却介质和冷却方式的不同，冷凝器可分为哪几类？试说明他们各自的特点？
水冷和风冷冷凝器水冷，空冷，水—空气冷却以及靠制冷剂蒸发或其他工艺介质进行冷却的冷凝器。采用水冷式冷凝器可以得到比较低的温度，这对制冷系的制冷能力和运行经济性均比较有利。
3、冷却塔分为哪几类？由哪些主要构件组成？干式和湿式。有淋水装置、配水系统、通风筒组成。
4、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换的代数和。
5、表冷器与喷水室比较，有什么区别？
表冷器有两种：一是风机盘管的换热器，它的性能决定了风机盘管输送冷（热）量的能力和对风量的影响。一般空调里都有这个设备。二是空调机组内的风冷的翅片冷凝器。空调里的表冷器铝翅片采用二次翻边百页窗形，保证进行空气热交换的扰动性，使其处于紊流状态下，较大地提高了换热效率。表冷器是给制冷剂散热的，把热量排到室外，它把压缩机压缩排出高温高压的气体冷却到低温高压的气体。利用制冷剂在表冷器内吸热,使之被冷却空间温度逐渐降低。
空气处理机组的风机盘管表冷器，通过里面流动的空调冷冻水（冷媒水）把流经管外换热翅片的空气冷却，风机将降温后的冷空气送到使用场所供冷，
冷媒水从表冷器的回水管道将所吸收的热量带回制冷机组，放出热量、降温后再被送回表冷器吸热、冷却流经的空气，不断循环。
喷水室是一种多功能的空气调节设备，可对空气进行加热、冷却、加湿及减湿等多种处理。喷水室由喷嘴、喷水管路、挡水板、集水池和外壳等组成。空气进入喷水室内，喷嘴向空气喷淋大量的雾状水滴，空气与水滴接触，两者产生热、湿交换，达到所要求的温、湿度。喷水室的优点是可以实现空气处理的各种过程；主要缺点是耗水量大，占地面积大，水系统复杂，水易受污染，目前在舒适性空调中应用不多。工程中选用的喷水室除卧式、单级外，还有立式、双级喷水室。
6、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。
7、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系？
8、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) 绝对速度=主体速度+扩散速度
9、写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用？
NA=-DdCA/dz +xA ( NA+NB)
10、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。
11、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。
当边界层传递方程的扩散系数相等时即v=a=D或V/a=V/D=a/D=1时具有完全相同的形式
12、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。
hw （ti –tw）=hmd(i-i i) 湿空气在冷却降湿过程中，湿空气主流与仅靠水膜饱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hmd与焓差动力Δi的乘积来表示。
13、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时，对流换热系数h和对流传质系数h m之间存在什么样的关系？
h m=0.664D AB/L Re0.5Sc1/3
14、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。 15、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。 16、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。
17、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，
pp250的练习题1至9题 计算题
1、有一管道充满了氮气和氧气的混合气体，其温度为200℃，总压力位0.1MPa ，一端氮气浓度为1.0 Kmol/m 3，另一端浓度为0.4 Kmol/m 3，两端相距50cm ，已知D AB =0.5×10-4m 2/s ，计算稳态下氮气的物质的量通量。 解：由斐克第一定律得：?
?-=21
2
1,CA CA AB z z A n dcA D dz j
()1
221z z C C D j A A AB --=
=5.0)
4.00.1(10
5.04-??-=6×10-5kmol/(m 2.S) 2、有一管道充满了氮气和氦气的混合气体，其温度为300K ，总压力位0.1MPa ，一端氮气的分压力为0.06MPa ，另一端为0.01MPa ，两端相距30cm ，已知D AB =0.687×10-4m 2/s ，计算稳态下氮气的物质的量通量。 解：由斐克第一定律得：?
?-=2
1
2
1,CA CA AB z z A n dcA D dz j
()1
221z z C C D j A A AB --=
对于理想气体，RT n V p A A =，RT
p V n c A A A ==
)
()(1221,z z RT p p D j A A AB A
n --=
=3.0300314.8)
100600(10678.04??-??-=4.59×10-6kmol/m 2·s
3、某空气冷却式冷凝器，以R134a 为制冷剂，冷凝温度为t s =50℃，蒸发温度t 0=5℃，时的制冷量Q 0=5500W ，压缩机的功耗是1500W ，冷凝器空气进口温度为35℃，出口温度为43℃。（1）制冷剂与空气的对数平均温差是多少？（2）已知在空气平均温度39℃下，空气的比热为1013J/kg.K ，密度为1.1kg/m 3,所需空气流量是多少？
解：（1）△t ‘=50-35=15℃,△t ’’=50-43=7℃ '
'''
''t t In t t m ???-?=θ=10.5℃
(2)冷凝总负荷021W Q Q +==5500+1500=7000W
ρ
t c Q q v ?=
1
=7000/（1.1×1013×8）=0.79m 3/s 4、一个直径为3cm 的萘球悬挂于空气管道中，求下述条件的瞬时传质系数；（1）萘球周围的空气静止，温度为259K ，压力为101.325kPa ，萘在空气中的扩散率为5.14×10-6m 2/s ；（2）空气以0.15m/s 的速度流过萘球，温度为259K ，压力为101.325kPa ，1=?Sc Gr 。 解：（1）Sh=2.0（2分）
d D sh h AB
c ?==2.0×5.14×10-6/0.03=3.43×10-4m/s
（2）υud =Re =0.15×0.03/1.0×105=4.5×102，（1分）AB
D Sc υ
==1.95
+=0.2Sh 0.569（Sc Gr ?）0.25=2.569
d
D sh h AB
c ?==2.569×5.14×10-6/0.03=4.4×10-4m/s
5、一管式逆流空气加热器，空气由15℃加热到30℃，水在80℃下进入换热器管内，40℃时离开，总换热量位30kW ，传热系数为40W/(m 2.℃),求：（1）平均换热温差；（2）换热器面积。
解：（1）△t ‘=80-30=50℃,△t ’’=40-15=25℃ '
'''
''t t In t t t m ???-?=?=35.7℃
（2）m
t k Q
A ?==30000/（40×35.7）=21m 2
加上作业题 综述题
1、空气与水接触时，由于水温的不同空气的状态变化过程也将不同，随着水温的不同可以得到多种空气状态变化过程，试用热湿交换理论简单分析这几种过程。
1空气与水直接接触时的状态变化过程130页（图4-6和图4-7掌握，其旁边的
文字介绍理解掌握，图4-8的图有误，但是也不需要掌握其图形，但旁边的文
字要掌握，就是以水和空气为研究的分析）
2、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。
12、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1－4℃，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。
1.热质交换设备按照工作原理分为几类，他们各自的特点是什么？
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、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。
3、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：⑴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。⑵增加气流的扰动性。⑶采用小管径。
4、混合式换热器分为哪几种类型？各种类型的特点是什么？
解：混合式换热器按用途分为以下几种类型：
⑴冷却塔⑵洗涤塔⑶喷射式热交换器⑷混合式冷凝器
a、冷却塔是用自然通风或机械通风的方法，将生产中已经提高了温度的水进行冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。
b、洗涤塔是以液体与气体的直接接触来洗涤气体以达到所需要的目的，例液体吸收气体混合物中的某些组分除净气体中的灰尘，气体的增湿或干燥等。
c、喷射式热交换器是使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进行传热传质，并一同进入扩散管，在扩散管的出口达到同一压力和温度后送给用户。
d、混合式冷凝器一般是用水与蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝，最后得到的是水与冷凝液的混合物，或循环使用，或就地排放。
5、湿式冷却塔可分为哪几类？各类型的特点是什么？
解：湿式冷却塔可分为：（1）开放式冷却塔（2）风筒式自然冷却塔（3）鼓风逆流冷却塔（4）抽风逆流冷却塔、抽风横流冷却塔
a、开放式冷却塔是利用风力和空气的自然对流作用使空气进入冷却塔，其冷却效果要受到风力及风向的影响，水的散失比其它形式的冷却塔大。
b、风筒式自然冷却塔中利用较大高度的风筒，形成空气的自然对流作用，使空气流过塔内与水接触进行传热，冷却效果较稳定。
c、鼓风逆流冷却塔中空气是以鼓风机送入的形式，而抽风冷却塔中空气是以抽风机吸入的形式，鼓风冷却塔和抽风冷却塔冷却效果好，稳定可靠。
6、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。
7、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。
8、说明水冷式表面冷却器在以下几种情况其传热系数是否发生变化？如何变化？a , b, c, b ,
表冷器的传热系数定义为
Ks随迎风面积Vy的增加而增加：随水流速w的增加而增加。
析水系数ξ与被处理的空气的初状态和管内水温有关，所以二者改变也会引起传热系数Ks的变化。
9、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。
热质交换原理与设备习题答案
第一章 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）。 第二章 热质交换过程 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：,,A A A B B B A A B B m u m u m e u e u ρρ===+ 以扩散速度表示的质量通量：(),(),A A A B B B B A B j u u j u u u j j j ρρ=-=-=+ 以主流速度表示的质量通量：1()() A A A A B B A A B e u e e u e u a m m e ?? =+=+???? 2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为22C O CO +=，即为1摩尔的C 与1摩尔的2O 反应，生成1摩尔的2CO ，所以2O 与2CO 通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。 3、答：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，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递） 动量传递、能量传递和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都是类似的。 4、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 ①22 3 3 r P 2m H D t t c G J J S S S ===?=? 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 参数及准则数用对流传质中相对应的代换即可，如：r ,,,P ,,m c u h t t t c a D D S N S S S λ?????? 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 计算传质系数m h 2 3 m h h Le e φ-=? 5：答：斯密特准则 c i v S D = 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 刘伊斯准则r P c v S D a Le v D a === 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 6、从分子运动论的观点可知：D ∽3 1 2 p T - 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： 若在压强 5 001.01310,273P Pa T K =?=时各种气体在空气中的扩散系数0D ，在其他P 、T 32 00 0P T D D P T ??= ??? （1）氧气和氮气：
维修工考试试题(含答案)
水气工段维修工劳动竞赛理论考试试题 总分：100分时间：60分钟 姓名：职务分数： 第一题、填空题（每空分，共20分） 1、离心泵主要由（泵体）、（叶轮）、（密封）、（轴）、（轴封箱）等部件组成,有些离心泵还装有导轮、诱导轮、平衡盘等。 2、泵的常见故障分为（机械故障）和（水力故障）两类。流量不足、发生汽蚀等均为（水力故障）。泵不运转、轴承过热则属于（机械故障）。通常情况下，两种故障同时存在于一种现象中，如扬程不足、泵不出水或泵运行时存在异常振动及声音等。 3、机械密封弹簧的预压缩量一般为（4--6 ）㎜。 4、联轴器对中检查及校正，要求达到：平行偏差不大于（）mm（百分表指示值不大于）；角偏差不大于（）mm（百分表指示值不大于）。 5、游标卡尺是一种常用的量具，具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大等特点，可以用它来测量零件的（内径）、（外径）、（长度）、宽度、厚度、深度和孔距等，应用范围很广。 6、百分表是用来校正零件或夹具的安装位置检验零件的形状精度或相互位置精度的。使用百分表必须注意几点；使用前，应检查测量杆活动的（灵活性）；测量零件时，测量杆必须（垂直）于被测量表面；不要使测量杆的行程超过它的（量程）；不要使百分表受到剧烈的（振动）和（撞击），亦不要把零件强迫推入测量头下，因此，用百分表测量表面粗糙或有显着凹凸不平的零件是错误的。 7、螺杆式冷冻机由（螺杆压缩机）、（蒸发器）、（经济器）、（冷凝器）、（油分离器）、（节流阀）、（控制系统）组成。热水型溴化锂吸收式冷水机组包括：（吸收器）、（蒸发器）、（发生器）、（冷凝器）、溶液热交换器、溶液泵、冷剂泵、自动抽排气装置及控制系统组成。 8、焊接就是通过（加热）或（加压），或者两者并用，使用或不使用填充材料，使焊件达到永久性的连接的方法。 9、零部件安装时涉及到配合，那么配合的类型分为（间隙）配合、（过渡）配合、（过盈）配合三种。 10、润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液体润滑剂，主要起（润滑）、（冷却）、（防锈）、（清洁）、（密封）和缓冲等作用。 第二题判断题，对的在后面括号内打√错的打×。（每题2分，共20分） 1、冷和热是同一个范畴的物理概念，都是物质分子运动平均动能的标志。日常生活中常说的热或冷是指温度高低的相对概念，是人体对温度高低感觉的反应。（√） 2、温度是描述热力系数系统冷热状态的物理量，它的高低反应物体内部分子无规则运动的剧烈程度，是标志物体冷热程度的参数，是物体状态的基本参数之一。（√） 3、蒸发是指液体表面分子汽化变成蒸汽分子的过程。（√）
《热质交换原理与设备》第三版重点、总复习资料
一、填空题（共30分） 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。 3、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m A与组分A的_浓度梯度成正比，其表达式为 s m kg dy dC D m A AB A ? - =2 ；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： ()dA i i h dQ d m d z - = ，它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。1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1.405×10-5 m2/s。 3、喷雾室是以实现雾和空气在直接接触条件下的热湿交换。 4、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。 5、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。 6刘伊斯关系式是h/h mad=Cp。 2、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. 3、冷却塔填料的作用是延长冷却水停留时间，增加换热面积，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 4、冰蓄冷空调可以实现电力负荷的调峰填谷(均衡) 。 6、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一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。 7、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。 8、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。 9、吸收式制冷机可以“以热制冷”，其向热源放热Q1，从冷热吸热Q2，消耗热能Q0，则其性能系数COP= Q1-Q2/Qo 。 10、冬季采暖时，蒸发器表面易结霜，融霜的方法有电除霜、四通阀换相除霜、排气温度除霜 1、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。 2、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。 3、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。 8、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。 10、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。 12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25 m2。 1、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。 2、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、傅里叶定律、菲克定律。
热质考试题
1、填空题 1、用来表征由分子扩散引起的动量传递规律的定律是牛顿粘性定律。用来表征由分子扩散引起的热量传递规律的定律是傅里叶定律。用来表征由分子扩散引起的质量传递规律的定律是菲克定律。 2、按工作原理分类，热质交换设备可分为间壁式、直接接触式、 蓄热式和热管式。蒸发器和冷凝器属于间壁式。喷淋室属于直接接触式。蒸气喷射泵属于直接接触式。 3、按照热流体和冷流体的流动方向分，热质交换设备分为顺流式、逆流式、混流式、叉流式。在相同进出口温度条件下，逆流流动方式平均温差最大，顺流流动方式平差最小。 4、按用途分类，热质交换设备分为表冷器、预热器、加热器、喷淋室、过热器、冷凝器、蒸发器、加湿器。 5、按制造材料分类，热质交换设备分为金属材料、非金属材料、 稀有金属材料。 6、质交换的推动力是浓度差。热交换的推动力是温度差。动量交换的推动力是速度差.热质交换同时存在过程的推动力是焓差。 7、质交换的基本型式是分子扩散、对流扩散。对流扩散较强烈。
8、对流传质系数的模型理论包括薄膜理论、渗透理论。 9、对于水－空气系统，当未饱和的空气流过一定量的冷水水面时，空气的温度下降，湿度增加，焓值不变。 10、大容器饱和沸腾的4个特性区为自然对流换热区、核态沸腾区、 过度沸腾区、稳定膜态沸腾区。 11、凝结形式包括膜状凝结、珠状凝结，其中珠状凝结的换热系数要大于膜状凝结的换热系数。 12、冷却减湿可以使用表冷器或喷淋室设备来实现。其中水温应满足下列条件小于空气的露点温度。 13、若表冷器中的水温小于空气温度，大于空气露点温度，可实现 等湿冷却过程。 14、若喷淋室的水温小于空气露点温度，则可实现减湿冷却过程。若水温等于空气露点温度，可实现等湿冷却过程。 15、热质交换同时存在的过程，其单位面积上的总热交换量等于传质系数和 焓差的乘积。 16、未饱和空气与热水接触，温度升高，湿度增大，焓也增大。 17、空气与水接触时，假想条件是指接触时间无限长，水量无限
物理化学试题及答案
物理化学试题之一 一、选择题(每题2分，共50分,将唯一的答案填进括号内) 1. 下列公式中只适用于理想气体的是1 A. ΔU=Q V B. W=nRTln(p 2/p 1)(用到了pv=nRT) C. ΔU=dT C m ,V T T 2 1? D. ΔH=ΔU+p ΔV 2. ΔH 是体系的什么 A. 反应热 B. 吸收的热量 C. 焓的变化 D. 生成热 3. 2000K 时反应CO(g)+1/2O 2(g)=CO 2(g)的K p 为 6.443,则在同温度下反应为2CO 2(g)=2CO(g)+O 2(g)的K p 应为 A. 1/6.443 B. (6.443)1/2 C. (1/6.443)2 D. 1/(6.443)1/2 4. 固态的NH 4HS 放入一抽空的容器中，并达到化学平衡，其组分数、独立组分数、相数及自由度分别是 A. 1，1，1，2 B. 1，1，3，0 C. 3，1，2，1 D. 3，2，2，2 5. 下列各量称做化学势的是 A. i j n ,V ,S i )n ( ≠?μ? B. i j n ,V ,T i )n p (≠?? C. i j n ,p ,T i )n (≠?μ? D. i j n ,V ,S i )n U (≠?? 6. A 和B 能形成理想溶液。已知在100℃时纯液体A 的饱和蒸汽压为133.3kPa, 纯液体B 的饱和蒸汽压为66.7 kPa, 当A 和B 的二元溶液中A 的摩尔分数为0.5时，与溶液平衡的蒸气中A 的摩尔分数是 A. 1 B. 0.75 C. 0.667 D. 0.5 7. 理想气体的真空自由膨胀，哪个函数不变？ A. ΔS=0 B. V=0 C. ΔG=0 D. ΔH=0 7. D ( ) 8. A 、B 两组分的气液平衡T-x 图上，有一最低恒沸点，恒沸物组成为x A =0.7。现有一组成为x A =0.5的AB 液体混合物，将其精馏可得到 A. 纯A 和恒沸混合物 B. 纯B 和恒沸混合物 C. 只得恒沸混合物 D. 得纯A 和纯B 8. B
热质交换
1.传质通量：单位时间内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。 2.质量传递的基本方式：分子传质与对流传质。 3.分子传质：又称为分子扩撒，简称扩散，它是由于分子的无规则运动而形成的物质传递现象。 4.对流传质：是指壁面和运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。 5.菲克定律：当浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整流运动时，组成二元混合物中组分A和组分Ｂ将发生扩散。其中组分Ａ向组分Ｂ的扩散通与组分Ａ的浓度梯度成正比，这就是扩散基本定律——菲克定律。表达式：，只用于分子扩散传质。 ６.紊流扩撒：凭借物体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象。 ７.当物系中存在速度、温度、浓度梯度，分别发生动量、热量和质量的传递现象。 ８.傅里叶定律指出，在均匀同性材料的一维温度场中通过热传导方式的热量通量密度为：。９.气体中的稳态扩散过程，分子扩散有两种形式：双向扩散和单向扩散。双向扩散（反方向扩散）的扩散通量表达式：NA=JA=D(pA1-pA2)/(RT△z),单向扩散： NA=(Dp/RT△z)ln(p-pA2)/(p-pA1)。 10.浓度边界层：概念：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。意义：如果在表面处流体中的某组分Ａ的浓度ＣＡｓ和自由流中的ＣＡｓ不同，就将产生浓度边界层。浓度边界层厚度为，其定义通常规定为时与壁面的垂直距离，它是存在较大浓度梯度的流体区域。在表面和自有流的流体之间的对流传质是由这个边界层决定的。 11．薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时，存在一层附壁的薄膜，在薄膜的流动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的扰动。在此条件下，整个传质过程相当于此薄膜上的扩散过程，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。传质系数：。 12．渗透理论：当流体流过表面时，当流体质点不断地穿过流体的附壁薄层向表面迁移并与之接触，流体质点在与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。由薄膜理论确定的对流传值系数与扩散系数呈线性一次方关系，按渗透确定的对流传值系数与扩散系数呈线性二次方根关系。实验表明，对于大多数的对流传质过程，传质系数与扩散系数的关系是：。 13.表面更新理论：。 14.热量、动量和质量传递的类比：当物系中存在速度、温度、浓度梯度，分别发生动量、热量和质量的传递现象。三种分子传递性质的数学关系分别由牛顿粘性定律、傅里叶定律、菲克定律。湍流动量、湍流热量和湍流质量传递的三个数学关系式是类似的。 15.三传方程：及边界层传递方程，当三个方程的扩散系数相等时，即ｖ＝ａ＝Ｄ时，且边界条件的数学表达式也相同时，它们的解应当是一致的。当ｖ＝Ｄ或a/D=1时，速度分布和浓度分布曲线相重合，或速度边界层和浓度边界层厚度相等；当v>D时，速度边界层比浓度边界层厚度厚，当v 传热学基础试题 一、选择题1．对于燃气加热炉：高温烟气→内炉壁→外炉壁→空气的传热过 程次序为A.复合换热、导热、对流换热 B.对流换热、复合换热、导热 C. 导热、对流换热、复合换热 D.复合换热、对流换热、导热2．温度对辐射 换热的影响（）对对流换热的影响。大于 D.可能大于、小于 C. 小于 A.等于 B.2℃的壁面，2777）、温度为3．对流换热系数为1000W/（m℃ 的水流经·K）其对流换热的热流密度为（ 24 42×1010W/mW/m ×2424 W/m W/m ××1010),r 简要回答问题 4、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换的代数和。 6、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。 8、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) 绝对速度=主体速度+扩散速度 10、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。 14、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。 15、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。 16、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。 17、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， pp250的练习题1至9题 计算题 3、某空气冷却式冷凝器，以R134a 为制冷剂，冷凝温度为t s =50℃，蒸发温度t 0=5℃，时的制冷量Q 0=5500W ，压缩机的功耗是1500W ，冷凝器空气进口温度为35℃，出口温度为43℃。 （1）制冷剂与空气的对数平均温差是多少？（2）已知在空气平均温度39℃下，空气的比热为1013J/kg.K ，密度为1.1kg/m 3,所需空气流量是多少？ 解：（1）△t ‘=50-35=15℃,△t ’’=50-43=7℃ ' '''''t t In t t m ???-?=θ=10.5℃ (2)冷凝总负荷021W Q Q +==5500+1500=7000W 1、有空气和氨组成的混合气体，压力为2个标准大气压，温度为273K，则空气向氨的扩散系数是1。405*10-5 m2/s。 2、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。 3、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。 4、冷却塔填料的作用是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延长冷却水停留时间，增加换热面积，增加换热量，均匀布水。 5、刘伊斯关系式文中叙述为h/h mad=Cp刘伊斯关系式文中叙述为即在空气一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。 6、一套管换热器、谁有200℃被冷却到120℃，油从100℃都被加热到120℃，则换热器效能是25% 。 7、总热交换是潜热交换和显热交换的总和。 8、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。 9、锅炉设备中的过热器、省煤器属于间壁式式换热器。 10、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。 11、有一空气和二氧化碳组成的混合物，压力为3个标准大气压，温度为0℃，则此混合物中空气的质扩散系数为0.547*10-5m2/s。 12、一管式逆流空气加热器，平均换热温差为40℃，总换热量位40kW，传热系数为40W/(m2.℃)则换热器面积为25m2。 13、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。 14、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、傅里叶定律、菲克定律。 15、热质交换设备按照工作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。 16、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、_混合流_式和_叉流_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。 17、_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。 18、质量传递有两种基本方式：分子传质和对流传质，分子扩散和对流扩散的总作用称为对流传质 19、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。 20、麦凯尔方程的表达式为：hw （ti –tw）=hmd(i-i i)，它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传热系数与焓差驱动力的乘积 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___过程和冷却过程构成。 23、用吸收、吸附法处理空气的优点是_独立除湿。 24、蒸发冷却所特有的性质是__蒸发冷却过程中伴随着物质交换，水可以被冷 却到比用以冷却它的空气的最初温度还要低的程度_。 化工原理习题及答案 第五章传热 姓名 ____________ 班级 ____________ 学号 _____________ 成绩 ______________ 一、填空题： 1.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为500℃ ,而 环境温度为20℃ ,采用某隔热材料, 其厚度为240mm,λ =此时单位面积的热损失为_______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 ***1140w 2.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为500℃ ,而 环境温度为20℃ ,采用某隔热材料, 其厚度为120mm, λ =此时单位面积的热损失为 _______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 *** 1000w 3.（ 6 分）某大型化工容器的外层包上隔热层, 以减少热损失 , 若容器外表温度为150℃ ,而 环境温度为20℃ , 要求每平方米热损失不大于500w, 采用某隔热材料, 其导热系数λ =则其 厚度不低于 _______。 ( 注 : 大型容器可视为平壁) *** 答案 *** 91mm 4.（ 6 分）某间壁换热器中 , 流体被加热时 , 圆形直管内湍流的传热系数表达式为 ___________________. 当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α= .K). 若水的其它物性不变, 仅改变水在管内的流速, 当流速为 0.8m.s时,此时传热系数α =_____________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr α = .K) 5.（ 6 分）某间壁换热器中 , 流体被加热时 , 圆形管内湍流的传热系数表达式为 _____________________. 当管内水的流速为0.5m.s时,计算得到管壁对水的传热系数α= .K). 若水的其它物性不变, 仅改变水在管内的流速, 当流速为 1.2m.s时,此时传热系数α =________________. *** 答案 ***α =(λ /d)Re Pr 绪论： 1.填空： 1．按传递热量的方式，换热器可以分为间壁式, 混合式, 蓄热式 2. 对于沉浸式换热器，传热系数低，体积大，金属耗量大。 3. 相比较沉浸式换热器和喷淋式换热器，沉浸式换热器传热系数较低，喷淋式换热器冷却水过少时，冷却器下部不能被润湿. 4.在沉浸式换热器、喷淋式换热器和套管式换热器中，套管式换热器中适用于高温高压流体的传热。 5.换热器设计计算内容主要包括热计算、结构计算流动阻力计算和强度计算 6.按温度状况来分，稳定工况的和非稳定工况的换热器 7.对于套管式换热器和管壳式换热器来说，套管式换热器金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。 2.简答： 1.说出以下任意五个换热器，并说明换热器两侧的工质及换热方式 答：如上图，热力发电厂各设备名称如下： 1．锅炉(蒸发器) *；2．过热器*；3．省煤器* 4．空气预热器*；5．引风机；6．烟囱；7．送风机；8．油箱9．油泵 1 0．油加热器*；11．气轮机；12．冷凝器*；13．循环水冷却培* 14．循环水泵；15．凝结水 泵；16．低压加热器*；17．除氧(加热)器*；18．给水泵19．高压加热器·柱!凡有·者均为换热器 2．比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点答：⑴沉浸式换热器 缺点：自然对流，传热系数低，体积大，金属耗量大。 优点：结构简单，制作、修理方便，容易清洗，可用于有腐蚀性流体 ⑵喷淋式换热器： 优点：结构简单，易于制造和检修。换热系数和传热系数比沉浸式换热器要大，可以用来冷却腐蚀性流体 缺点：冷却水过少时，冷却器下部不能被润湿，金属耗量大，但比沉浸式要小 ⑶套管式换热器： 优点：结构简单，适用于高温高压流体的传热。特别是小流量流体的传热，改变套管的根数，可以方便增减热负荷。方便清除污垢，适用于易生污垢的流体。 缺点：流动阻力大，金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。 ⑷管壳式换热器： 优点：结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，还可以适应高温高压的流体。可靠性程度高 缺点：与新型高效换热器相比，其传热系数低，壳程由于横向冲刷，振动和噪音大 第一部分选择题 一、单项选择题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分）在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1 ．对于过热器中：高温烟气→外壁→内壁→过热的传热过程次序为（） A ．复合换热、导热、对流换热 B ．导热、对流换热、复合换热 C ．对流换热、复合换热、导热 D ．复合换热、对流换热、导热 2 ．温度对辐射换热的影响对对流换热的影响。（） A ．等于 B ．大于 C ．小于 D ．可能大于、小于 3 ．对充换热系数为 1000W/(m 2 · K) 、温度为 77 ℃的水流经 27 ℃的壁面，其对流换热的热流密度为（） A ． 8 × 10 4 W/m 2 B ． 6 × 10 4 W/m 2 C ． 7 × 10 4 W/m 2 D ． 5 × 10 4 W/m 2 4 ．流体流过管内进行对流换热时，当 l/d 时，要进行入口效应的修正。（） A ．＞ 50 B ．＝ 80 C ．＜ 50 D ．＝ 100 5 ．炉墙内壁到外壁的热传递过程为（） A ．热对流 B ．复合换热 C ．对流换热 D ．导热 6 ．下述哪个参数表示传热过程的强烈程度？（） A ． k B ．λ C ．α c D ．α 7 ．雷诺准则反映了的对比关系？（） A ．重力和惯性力 B ．惯性和粘性力 C ．重力和粘性力 D ．浮升力和粘性力 8 ．下列何种材料表面的法向黑度为最大？ A ．磨光的银 B ．无光泽的黄铜 C ．各种颜色的油漆 D ．粗糙的沿 9 ．在热平衡的条件下，任何物体对黑体辐射的吸收率同温度下该物体的黑度。（） A ．大于 B ．小于 C ．恒等于 D ．无法比较 10 ．五种具有实际意义的换热过程为：导热、对流换热、复合换热、传热过程和（） A ．辐射换热 B ．热辐射 C ．热对流 D ．无法确定 二、填空题（本大题共 10 小题，每小题 2 分，共 20 分） 11 ．已知某大平壁的厚度为 10mm ，材料导热系数为 45W/(m · K) ，则通过该平壁单位导热面积的导热热阻为。 12 ．已知某换热壁面的污垢热阻为 0.0003 （ m 2 · K ），若该换热壁面刚投入运行时的传热系数为340W （ m 2 · K ），则该换热壁面有污垢时的传热系数为。 13 ．采用小管径的管子是对流换热的一种措施。 14 ．壁温接近换热系数一侧流体的温度。 15 ．研究对流换热的主要任务是求解，进而确定对流换热的热流量。 16 ．热对流时，能量与同时转移。 17 ．导热系数的大小表征物质能力的强弱。 18 ．一般情况下气体的对流换热系数液体的对流换热系数。 19 ．在一定的进出口温度条件下，的平均温差最大。 20 ．是在相同温度下辐射能力最强的物体。 三、名词解释（本大题共 5 小题，每小题 4 分，共 20 分） 21 ．稳态导热 22 ．稳态温度场 23 ．热对流 24 ．传热过程 25 ．肋壁总效率 四、简答题（本大题共 2 小题，每小题 8 分，共 16 分） 第一章第一章 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） 。 第二章热质交换过程 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： m A A U A M B B U B E e A U A e B U B 以扩散速度表示的质量通量： j A A （U A u ）, j B B （U B U ）U B , j j A j B e A u 1 e A — G A U A e B U B ） a A （m A m B ） 以主流速度表示的质量通量： e e B U a B （m A m B ） 2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为 C °2 C°2，即为1摩尔的C 与1摩尔的。2反应, 生成1摩尔的C °2,所以°2与C °2通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。 3、答：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 旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递） 动量传递、能量传递和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都是类 似的。 4、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 G 2 2 J H J D ~ S t P r S t m S C 且可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质， 数及准则数用对流传质中 C, a D , D ,p r S c , N u S h , S t 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 h m 7 e ① ② 参 t 只要将对流传热计算式中的有关物理 相对应的代换即可，如： S t I m 热系数h 计算传质系数h m 13.2 课后习题详解 （一）习题 过程的方向和极限 13-1 温度为30℃、水汽分压为2kPa的湿空气吹过如表13-1所示三种状态的水的表面时，试用箭头表示传热和传质的方向。 表13-1 解：已知：t＝30℃，P＝2kPa，与三种状态水接触。求：传热、传质方向（用箭头表示） 查水的饱和蒸汽压 以Δt为传热条件，为传质条件，得： 表13-2 13-2 在常压下一无限高的填料塔中，空气与水逆流接触。入塔空气的温度为25℃、湿球温度为20℃。水的入塔温度为40℃。试求：气、液相下列情况时被加工的极限。（1）大量空气，少量水在塔底被加工的极限温度；（2）大量水，少量空气在塔顶被加工的极限温度和湿度。 解：已知：P＝101.3kPa，，逆流接触。求： （1）大量空气，少量水，（2）大量水，少量空气， （1）大量空气处理少量水的极限温度为空气的湿球温度 （2）大量水处理少量空气的极限温度为水的温度 且湿度为 查40℃下， 过程的计算 13-3 总压力为320kPa的含水湿氢气干球温度t＝30℃，湿球温度为t w＝24℃。求湿氢气的湿度H（kg水/kg干氢气）。已知氢-水系统的α/k H≈17.4kJ/（kg·℃）。 解：已知：P＝320kPa，t＝30℃，氢水-水系统， 求：H（kg水/kg干氢气） 查得24℃下， 13-4 常压下气温30℃、湿球温度28℃的湿空气在淋水室中与大量冷水充分接触后，被冷却成10℃的饱和空气，试求：（1）每千克干气中的水分减少了多少？（2）若将离开 淋水室的气体再加热至30℃，此时空气的湿球温度是多少？ 图13-1 解：已知：P＝101.3 kPa，求：（1）析出的水分W（kg水/kg干气） （1）查水的饱和蒸汽压 （2） 设查得 第一章 绪论 习题及答案 1-1 根据下图所示的电动机速度控制系统工作原理图，完成： (1) 将a ，b 与c ，d 用线连接成负反馈状态； (2) 画出系统方框图。 解 （1）负反馈连接方式为：d a ?，c b ?； （2）系统方框图如图解1-1 所示。 1-2 下图是仓库大门自动控制系统原理示意图。试说明系统自动控制大门开、闭的工作原理，并画出系统方框图。 解 当合上开门开关时，电桥会测量出开门位置与大门实际位置间对应的偏差电压，偏差电压经放大器放大后，驱动伺服电动机带动绞盘转动，将大门向上提起。与此同时，和大门连在一起的电刷也向上移动，直到桥式测量电路达到平衡，电动机停止转动，大门达到开启位置。反之，当合上关门开关时，电动机带动绞盘使大门关闭，从而可以实现大门远距离 开闭自动控制。 系统方框图如图解1-2所示。 1-3 图示为工业炉温自动控制系统的工作原理图。分析系统的工作原理，指出被控对象、被控量和给定量，画出系统方框图。 解 加热炉采用电加热方式运行，加热器所产生的热量与调压器电压c u 的平方成正比， c u 增高，炉温就上升，c u 的高低由调压器滑动触点的位置所控制，该触点由可逆转的直流电动机驱动。炉子的实际温度用热电偶测量，输出电压f u 。f u 作为系统的反馈电压与给定电压r u 进行比较，得出偏差电压e u ，经电压放大器、功率放大器放大成a u 后，作为控制电动机的电枢电压。 在正常情况下，炉温等于某个期望值T °C ，热电偶的输出电压f u 正好等于给定电压r u 。此时，0=-=f r e u u u ，故01==a u u ，可逆电动机不转动，调压器的滑动触点停留在某个合适的位置上，使c u 保持一定的数值。这时，炉子散失的热量正好等于从加热器吸取的热量，形成稳定的热平衡状态，温度保持恒定。 当炉膛温度T °C 由于某种原因突然下降(例如炉门打开造成的热量流失)，则出现以下的控制过程： 控制的结果是使炉膛温度回升，直至T °C 的实际值等于期望值为止。 ?→T C ?→↑→↑→↑→↑→↑→↓→↓T u u u u u c a e f θ1C ↑ 系统中，加热炉是被控对象，炉温是被控量，给定量是由给定电位器设定的电压r u （表征炉温的希望值）。系统方框图见图解1-3。 学年第二学期热质交换原理与设备课程试卷 标准答案及评分标准A( √)/B( ) 卷 专业_建筑环境与设备专业班级_ 注意：标题请用宋体4号，内容请用宋体5号。 一、判断题（2分×10=20分） 1．利用液体除湿剂吸收空气中的水蒸汽，溶液的活度系数越小表明其偏离理想溶液性质越大，其表面蒸汽压越大、除湿能力越弱。（×） 2．在冷却塔冷却水的过程中，室外空气干球温度相同情况下，其湿球温度越低越不利于水的冷却。（×） 3．干燥剂的吸湿和放湿是由干燥剂表面的蒸汽压与环境空气的蒸汽压差造成的，吸附剂表面的蒸汽压越小，表明其吸湿能力越强。（√） 4．吸附剂的比表面积越大，越有利于吸附质在吸附剂上的吸附。（√） 5．表冷器为一种间壁式热交换设备，因此处理空气过程不存在质交换。（×） 6. 喷淋室处理空气过程中，只要水温低于空气的温度，就可以达到减湿冷却的目的。（×） 7.常用的固体吸附剂可以分为极性吸附剂和非极性吸附剂，沸石是一种非极性吸附剂，对水分子具有很强的吸附能力。（×） 8．根据对流传质模型中的薄膜理论，对流传质系数与扩散系数成正比，与薄膜的厚度成反比。（√） 9．质扩散系数、热扩散系数和动量扩散系数具有相同的单位。（√） 10．对套管式换热器而言，冷、热两种流体的进出口温度相同，逆流布置的平均温差小于顺流布置的平均温差。（×） 二、填空题（1分×10=10分） 1、质扩散系数：米2/秒（m2/s） 对流传质系数: 米/秒（m/s） 质流通量: 千克/（米2·秒），kg/(m2·s) 传热系数：瓦/（米2·度），w/(m2·℃) 传质速率: 千克/秒，kg/s 2、传质通量是指单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量。 ①Nu准则数的表达式为（A ） ② ③根据流体流动的起因不同，把对流换热分为（ A） ④A．强制对流换热和自然对流换热B．沸腾换热和凝结换热 ⑤C．紊流换热和层流换热D．核态沸腾换热和膜态沸腾换热 ⑥雷诺准则反映了（ A） ⑦A．流体运动时所受惯性力和粘性力的相对大小 ⑧B．流体的速度分布与温度分布这两者之间的内在联系 ⑨C．对流换热强度的准则 ⑩D．浮升力与粘滞力的相对大小 ?彼此相似的物理现象，它们的（ D）必定相等。 ?A．温度B．速度 ?C．惯性力D．同名准则数 ?高温换热器采用下述哪种布置方式更安全（ D） ?A．逆流B．顺流和逆流均可 ?C．无法确定D．顺流 ?顺流式换热器的热流体进出口温度分别为100℃和70℃，冷流体进出口温度分别为20℃和40℃，则其对数平均温差等于（） A．60.98℃B．50.98℃ C．44.98℃D．40.98℃ ?7．为了达到降低壁温的目的，肋片应装在（ D） ?A．热流体一侧B．换热系数较大一侧 ?C．冷流体一侧D．换热系数较小一侧 21黑体表面的有效辐射（ D）对应温度下黑体的辐射力。 22A．大于B．小于 C．无法比较D．等于 23通过单位长度圆筒壁的热流密度的单位为（ D） 24A．W B．W／m2 C．W／m D．W／m3 25格拉晓夫准则数的表达式为（D ） 26 27.由炉膛火焰向水冷壁传热的主要方式是( A ) 28 A.热辐射 B.热对流 C.导 热 D.都不是 29准则方程式Nu=f(Gr,Pr)反映了( C )的变化规律。 30A.强制对流换热 B.凝结对流换热 31 C.自然对流换热 D.核态沸腾换热 32下列各种方法中，属于削弱传热的方法是( D ) 33A.增加流体流度 B.设置肋片 34 C.管内加插入物增加流体扰动 D.采用导热系数较小的材 料使导热热阻增加 35冷热流体的温度给定，换热器热流体侧结垢会使传热壁面的温度( A ) 36 A.增加 B.减小 C.不变 D.有时增 加，有时减小 37将保温瓶的双层玻璃中间抽成真空，其目的是( D ) 38A.减少导热 B.减小对流换热 39 C.减少对流与辐射换热 D.减少导热与对流换热 40下列参数中属于物性参数的是( B ) 41A.传热系数 B.导热系数 42 C.换热系数 D.角系数 43已知一顺流布置换热器的热流体进出口温度分别为300°C和150°C，冷流体进出口温度分别为50°C和100°C，则其对数平均温差约为( )传热学基础试题及答案
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