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：
（2）氨气和空气：
7、解：12423
0.610(160005300)
()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯
8、解：250
C 时空气的物性：351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅
用式子（2-153）进行计算
设传质速率为A G ，则
9、解：200
C 时的空气的物性： （1）用式0.830.44
0.023m e c sh R S =计算m h
（2）用式13
3
4
0.0395e c sh R S =计算m h
10、解：氨在水中的扩散系数92
1.2410/D m s -=⨯，空气在标准状态下的物性为； 由热质交换类比律可得
11、解：定性温度为
02520
22.5,
2
g t C +=
=此时空气的 物性ρυ⨯2
3
-6
=1.195kg/m ,=15.29510m /s
查表得：⨯-42o D =0.2210m /s,0
C 25饱和水蒸汽的浓度30.02383/v kg m ρ= 用式（2--153）计算
设传质速率为A G ，则
020C 时，饱和水蒸汽的浓度3
0.0179/A s kg m ρ⋅=
∴ 代入上面的式子得：2
3
0.01193/A kg m ρ=
12、解：040,C 时空气的物性ρυ⨯2
3-6
=1.128kg/m ,=16.9610m /s
转折点出现在
5
6
e 51010
1.1810e R , 4.24R c x l m μν
⨯⨯⨯=
==
因此，对此层流---湍流混合问题，应用式（2-157）3
0.8(0.037870)e c L
R S Sh γ
=-
查表2—4得，定性温度为350
C 时，
3
2
4000.26410O D P T D P T -⎛⎫=
=⨯ ⎪⎝⎭2
m /s
每2
m 池水的蒸发速率为()m A A S A n h ρρ⋅∞=-
300
C 时，3030.03037/;40,0.05116/A S A S kg m C kg m ρρ⋅⋅'==时 13、解：在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换热，即可得以下能量守衡方程式
2()s fg H O h T T h n ∞-=其中fg h 为水的蒸发潜热
又
2
3
r P 1m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⋅⎝⎭ 查附录2—1，当s T =0
35C 时，水蒸汽的饱和蒸汽压力5808S P =于是
14、解：
2()()s H O m S h T T r n r h ρρ∞∞-=⋅=⋅-
其中0026,20S t C t C ∞== 查表2—1，当
20S t C =时水蒸汽的饱和蒸汽压力2330S a P P = 于是2
2338180.017278314293H O
S S s P M kg
RT ρ⨯===⨯
当0
26t C ∞=，时定性温度为
023,2s
t t t C ∞+=
=31.193/ 1.005/()
p kg m c kJ kg k ρ=⋅=⋅
由奇科比拟知2
2
3
3
4
r P 110.749.59101.197 1.0050.6m p c h h c S ρ-⎛⎫⎛⎫===⨯ ⎪ ⎪⋅⨯⎝⎭⎝⎭
d=12.5g/kg
15、解：325
100.04036/8314(27325)i CO P C kmol m
RT ===+
16、解：（a ）已知A M ，B M ，A x ，B x
已知B a ，A a ，A M ，B M
（b ）
22
2222222
32
0.3077
322844O O O O O N N CO CO x M a x M x M x M =
=
=++++
若质量分数相等，则2
2
22222
2
2
1
320.3484111322844
O O O O N CO O N CO a M x a a a M M M =
==++++
17、解；（a ）2O ，2N 的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动： （b ）2O ，2N 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。

18、解；
12()aV
A A aV A A DA G N A C C z ==
-∆
19、解：98
123
10
(0.020.005)() 1.510/()110A A A D
N C C kmol m s z ---⨯-=-==⨯⋅∆⨯
20、解： 氨---空气
氢—空气
22、解、3
2
212
1
2()20.5100.12420
ln ln 19.5aV L r r A m r r ππ--⨯⨯===
质量损失
66
1.357102
2.71410/A G kg s --=⨯⨯=⨯ 23、解：02225CO N C 和在时，扩散系数420.16710/D m s -=⨯
25、解、该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程
整理得
()A A A dP DP
N RT P P dr =-
- 分离变量，并积分得0024AS A A
r P A
G RT dP dr DP r P P π∞=--⎰⎰得。