《热质交换原理与设备》 课程实验
热质交换原理与设备、供热工程指导书
热网水力工况一、实验目的使用热网水力工况模型实验装置进行几种水力工况变化的实验，能直接了解热水网路水压的变化情况，巩固热水网路水力工况计算的基本原理。
掌握水力工况分析方法、验证热水网路水压图和水力工况的理论。
二、实验装置如图1所示。
图1设备简图设备由管道、阀门、流量计、模拟锅炉、水泵等组成，用来模拟由5个用户组成的热水网路。
上半部有高位水箱和安装在一块垂直木版上的10根玻璃管，玻璃管的顶端与大气相通，玻璃管下端用胶管与网路分支点相接，用来测量热网用户连接点处的供水干管的测压管水头(水压曲线高度)。
每组用户的两支玻璃管间附有标尺以便读出各点压力。
三、实验步骤阀门操作见系统图。
1、平常水压图。
启动水泵缓慢打开阀A和a阀门，水由水泵经锅炉，一部分进入供水干管、用户、回水管；另一部分进入高位水箱，待系统充满水，打开B阀的同时关闭A阀，保持水箱稳定，调节各阀门，以增加或减少管段的阻力，使各节点之间有适当的压差，待系统稳定后，记录各点的压力和流量，并以此绘制正常水压图。
图2 系统图2、关小供水干管中阀门1时的水压图将阀门1关小些，这时热网中总流量将减少，供水干管与回干管的水速降低，单位长度的压力降减少，因此水压图比正常工况时平坦些，在阀门1处压力突然降低，阀门1以前的用户，由于支路水头增加，流量都有所增加，越接近阀门1的用户增加越多，阀1以后各用户的流量将减少，减少的比例相同。
即所谓一致等比失调，记录各点压力、流量。
绘制新水压图与正常的进行比较，并记录各用户流量的变化程度。
3、关闭E用户时的水压图将阀1恢复原状，各点压力一般不会恢复到原来读数位置，不一定强求符合原来正常水压图。
关闭阀门2，记录新水压图各点的压力、流量。
4、关小阀门3时的水压图将阀门2恢复到原来的位置，把阀门3关小，记录新水压图各点的压力、流量。
5、阀门3恢复到原来的位置打开阀门4，关小阀门5，观察网路各点的压力变化情况。
即回水定压。
6、关闭阀门4，打开阀门5。
《热质交换原理与设备》课程
(a)
(b)
冷凝器中的温度变化 蒸发器中的温度变化
图1.5 发生相变时,冷热流体的温度变化
(3)按用途分类:9类
表冷器:用于把流体冷却到所需温度,被冷却流体在 冷却过程中不发生相变,但其内部某种成分 (水蒸气)可能出现冷凝现象.
加热器:用于把流体加热到所需要的温度,被加热流 体在加热过程中不发生相变.
蓄热式(回热式,再热式)换热器:借助固体构件(填充物)组成的蓄 热体作中间 载体传递热量.冷热流体先后交替流过蓄热 体流道,属不稳定传热过程.炼铁长的热风炉,锅炉的中间 热式空气预热器及全热回收式空气调节器.
热管换热器:以热管为换热元件的换热器.若干支换热管与中隔板 置于壳体内,形成冷热流体通道,实现传热.主要用于各种 余热的回收利用.
在均匀的、各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式
传递的热量通量密度：
q dt
(1-3)
dy
对恒定热容量的流体：
q
c p
d (cpt) d (cpt)
dy
dy
(1-4)
式中：
d (cpt)
dy
导热系数， w /(moC)
热扩散系数，导温系数m2/s 焓浓度变化率，热量浓度变化率J/(m3m)
蒸汽凝结 管内外强迫流动时的相变换热 固液相变热质交换的基本原理。
空气热质处理方法：空气处理的途径，空气与水/固 体表面之间的热质交换，吸收剂处理空气和 用吸附材料处理空气的机理与方法。
其他形式的热质交换：经过处理的空气送入房间时与室 内空气发生热质交换，几种典型燃烧方式下发 生的热质交换。
热质交换设备：主要介绍常见热质交换设备的型式与结 构、基本性能参数；间壁式、混合式、相变热 质交换设备的热工计算；典型燃烧装置主要尺 寸和运行参数的计算；热质交换设备的性能评 价及优化设计。
《热质交换原理与设备》 课程实验
2、中央空调系统的运行及故障诊断。
熟练掌握暖通空调领域中典型设备与系统的性能特点、运行和 自动控制等基本知识，以及建筑物室内人工环境的控制理论与方法 等。学会能够“安全、有效、节能”的启动和停止全套中央空调系 统，并能针对运行过程中的发生的故障学会排查解除。
3、暖通空调系统的检测调试。
掌握包括温度、湿度、流速、流量、压力等参数的测试手段， 通过系统中这些热工参数的情况，对系统运行过程中的问题进行分 析判断，掌握系统运行特征。 4、选择感兴趣知识点或问题，学会开发设计实验方案，并进而 针对某一特定问题开展研究探索。
实验项目1.空调系统现场识图
1、实验目的： 1. 认识空调系统中的设备部件，了解其用途及安装事项 2. 掌握空调系统基本原理 3. 掌握现场识别空调系统的方法 2、预习题目： 1. 典型几种空调系统的基本原理（画出原理图）和构成。 2. 空调系统的设备有哪些，并进行分类。 3. 管道介质流向的判定方法有哪些？分系统运行/停止时两 种情况。 3、实验要求： 1. 土壤源空调实验系统的系统原理图。 2. 主要设备列表及功用。 3. 系统概述、包括功能组成及形式特点。 4. 系统可实现的运行方式和调节手段有哪些。
备选实验项目
序 号 1 2 3 4 实验项目名称 空 气 处 理 系 统风 量 平 衡 土 壤 源 热 泵 机组 性 能 测试实验 水 泵 运 行 调 节特 性 分 析 风 机 盘 管 实 际运 行 特 性测试及控制 组 合 式 空 气 处理 机 的 性能检定 室内环境的人工控制 内容提要 风系统调试运行 热泵机组与系统运行匹配 变频，阀门，台数调节 设备的性能检定及运行特 点 设备的性能检定及运行特 点 热过程的PID调节 通过实验测量或 CFD 技术 分析各种类型风口、各种 气流组织形式的特征 学时 分配 8 8 8 8 实验 要求 选做 选做 选做 选做 实验 类型 研究创新型 综合设计型 综合设计型 综合设计型 每组 人数 4-5 4-5 4-5 4-5
热质交换原理与设备实验
热质交换原理与设备实验
热质交换是指通过热电材料之间的热电效应实现的能量转移，可
以作为一种高效的能量转换方式。
其基本原理是当两种不同材料的连
接处有温度差时，由于热电效应的存在，将产生电势差和电流。
根据
洛仑兹力的作用，电流在材料内部生成电热效应，从而产生能量转移。
因为热质交换原理需要温差才能发挥作用，所以在实际应用中需要进
行恰当的热管理和优化设计。
热质交换设备包括热电发生器和热电制冷器两类。
热电发生器的
作用是将热能转换成电能，常用于废热利用、能源回收等领域。
热电
制冷器则是将电能转换为制冷效果，常用于航空、汽车、电子设备等
领域。
为了获得良好的热电性能，需要选择合适的热电材料、设计合
理的结构和优化热管理措施。
为了研究热质交换原理，可以进行实验来验证其基本原理和性能。
一般实验设备包括热电材料、热源、温度计、电表和恒流源等。
通过
在不同温度下测量电压和电流，可以计算出热电系数和热导率等关键
指标，进一步优化材料和结构。
《热质交换原理与设备》课程教学大纲(本科)
热质交换原理与设备(Principle and Equipment of Heat and Mass Transfer)课程代码：02410040学分：2.0学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时:0 ）先修课程：《传热学》、《工程热力学》、《流体力学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：热质交换原理与设备，连之伟，北京：中国建筑工业出版社，第四版一、课程性质与课程目标（一）课程性质《热质交换原理与设备》是具有承上启下意义，同时起到连接相关专业基础课与专业课桥梁作用的专业基础课。
它是在《传热学》、《流体力学》和《工程热力学》的基础上，将专业中《冷热源工程》、《暖通空调》、《热泵原理与应用》等专业课中涉及流体热质交换原理及相应设备的共性内容抽出，经综合、充实和系统整理而形成的一门专业基础课程。
此课程兼顾理论知识和设备知识，培养学生较全面掌握动量传输、热量传输及质量传输共同构成的传输理论的基础知识，掌握本专业中的典型热质交换设备的热工计算方法，为进一步学习本专业的专业课程打下坚实的基础。
（二）课程目标课程目标1:掌握传质的理论基础，包括传质的基本概念，扩散传质、对流传质的过程及分析, 相际间的热质传递模型。
课程目标2：理解传热传质的分析和计算知识，包括动量、热量和质量的传递类比，对流传质的准则关联式，热量和质量同时进行时的热质传递；学会运用所学知识分析实际问题。
课程目标3：熟悉空气热质处理方法，包括空气处理的各种途径，空气与水/固体表面之间的热质交换过程及主要影响因素，吸附和吸收处理空气的原理与方法，用吸收剂处理空气和用吸附材料处理空气的原理与方法；学会理论联系实际，分析环境控制领域常用的空气热质处理原理。
课程目标4：掌握热质交换设备的热工计算方法，包括间壁式热质交换设备的热工计算，混合式热质交换设备的热工计算和复合式热质交换设备的热工计算，能够针对具体需求对常见热质交换设备进行设计计算和校核计算。
热质交换原理与设备课程教学研究
热 质交 换原 理与设 备是 建筑 环境 与 设 备工 程 专 业 的一 门主要 技 术基 础 课 。 通 过对 课程 的 系统学 习 ， 以使 学生 掌握 在 传 热传 质 同时进 行 时 发生 在建 筑 环 可 境 与设 备 中的热质 交换 的基 本原 理 ， 掌握 对 空气 进 行 各种 处 理 的基 本 方法 及 相 应 的设 备热 工计算 方法 ， 并具 有对 其进 行性 能评 价和 优化设 计 的初步 能力 ， 为进 步学 习创 造 良好 的建筑室 内环 境打 下 基 础 … 。 因此 ， 质 交 换原 理 与设 备课 热
固所 学 知 识 ， 同时 教 师 可 根据 作 业 完 成 情 况及 时 了
（ ） 统授课 形 式与 多媒 体教 学等 现代 化教 学 解 学 生 的知识 掌 握 情 况 并 适 时 调 整 下一 阶段 教 学 ； 一 传
要 求学 生作 章节 小结 以达 到 总结 归 纳及 对 自身学 习 通 针对 板 书教学 信息 量少 不 能充 分显 示 图片信 息 效 果 进 行 检查 的 目的 ； 过 习题 课 对 典 型 题 目的讲 等 不足 之 处 ， 分 利 用 多 媒 体教 学 等 现 代 化教 学 手 解 和 分 析 ， 充 培养 学生 灵 活 运 用 所 学 知识 分 析 问题 和
收 稿 日期 ：０ ８—１ ０ ２０ ０— ８
基金项 目： 内蒙古工业 大学精 品课程建设项 目（ ０ ７ ３ ２０１ ）
作者简介 ： 于文艳（ ９ ３一）女 ， １７ ， 内蒙古工业大学土木工程学 院讲师 ， 主要从事建 筑环境 与设 备工程专业
《热质交换原理与设备》实验指导书概述
当确认散热器供、回水温度和流量基本稳定后，即可进行测定。散热器供回水温度tg与th及室内温度t，均采用Pt100.1传感器，配数显巡检测试仪直接测量，流量用转子流量计测量。温度和流量均为每10分钟测读一次。
Gt=L/1000=L·10-3m3/h
式中：L——转子流量计读值；l/h；
4）每一工况的试验，均需测定以下参数：空气进口温度；空气出口温度；空气孔板压差；空气阻力压差。热水进口温度；热水出口温度；热水流量等。
2、操作步骤
1）连接电源（380V，四线，50HZ，10KW）；
2）向电热水箱内注水至超过水加热器最高点，以免加热器内有空气存在；
3）用胶管把换热器进出口处的阻力测嘴与差压传感器连接好，用胶管把孔板流量计前后处的阻力测嘴与差压传感器连接好；
4）接通电源，启动水泵，检查水管路，不得漏水，否则应处理，关闭水泵；
5）设置温控表至所控温度值，启动电加热器；
6）温度到达设值后，启动水泵；
7）启动风机：打开风机开关，调节调速电位器，使风速最大；
8)观察巡检仪显示数据是否正常等。
3、工况调节
1）根据水温度利用水泵出口阀门可调节热水流量。
2）根据空气温差，调节电位器可调节空气流量。
-n6
第6通道开
0
0-40KPa
4-20mA
右散热器阻力(压差)
-n7
第7通道开
0
Pt100.1
环境温度
-n8
第8通道开
1
-n9—-n16
均设置为关
1
第1、2、3、4、7通道设置:
1SL0
输入分度号
09
1SL1
小数点
1
《热质交换原理与设备》习题答案分析
第5章吸附和吸收处理空气的原理与方法1.解：物理吸附是被吸附的流体分子与固体表面分子间的作用力为分子间吸引力，它是一种可逆过程，物理吸附是无选择的，只要条件适宜，任何气体都可以吸附在任何固体上。
吸附热与冷凝热相似。
适应的温度为低温。
吸附过程进行的急快参与吸附的各相间的平衡瞬时即可达到。
化学吸附是固体表面与吸附物间的化学键力起作用的结果。
吸附力较物理吸附大，并且放出的热也比较大，化学吸附一般是不可逆的，反应速率较慢，升高温度可以大大增加速率，对于这类吸附的脱附也不易进行，有选择性吸附层在高温下稳定。
人们还发现，同一种物质，在低温时，它在吸附剂上进行物理吸附，随着温度升到一定程度，就开始发生化学变化转为化学吸附，有时两种吸附会同时发生。
2、硅胶是传统的吸附除湿剂，比表面积大，表面性质优异，在较宽的相对湿度范围内对水蒸汽有较好的吸附特性，硅胶对水蒸汽的吸附热接近水蒸汽的汽化潜热，较低的吸附热使吸附剂和水蒸汽分子的结合较弱。
缺点是如果暴露在水滴中会很快裂解成粉末。
失去除湿性能。
与硅胶相比，活性铝吸湿能力稍差，但更耐用且成本降低一半。
沸石具有非常一致的微孔尺寸，因而可以根据分子大小有选择的吸收或排除分子，故而称作“分子筛沸石”。
3、目前比较常用的吸附剂主要是活性炭，人造沸石，分子筛等。
活性炭的制备比较容易，主要用来处理常见有机物。
目前吸附能力强的有活性炭纤维，其吸附容量大吸附或脱附速度快，再生容易，而且不易粉化，不会造成粉尘二次污染，对于无机气体如2SO 2X、H S 、NO 等有也很强的吸附能力，吸附完全，特别适用`于吸附去除6931010/g m --、 量级的有机物，所以在室内空气净化方面有着广阔的应用前景。
4、有效导热系数通常只与多孔介质的一个特性尺度----孔隙率有关。
第6章 间壁式热质交换设备的热工计算1、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。
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1. 掌握空气混合过程中空气状态点的变化规律。 2. 通过在表冷器中对空气和水的热湿交换过程测试，使学生加深对空
气和水间接接触时传热传质过程的理解，并测定表冷器的热工性能； 3. 熟悉和掌握有关热工测试的方法。
实验内容
hmd
h cp
3、接触系数
2
t1 t1
t2 t3
实验系统
实验要求
1. 实验数据记录（粘帖原始数据）； 2. 理论计算整个空气处理过程中每个环节空气状态
点，在i-d 图上表示出来，并与实际测量的出的 空气处理过程进行比较，分析误差存在原因； 3. 计算表冷器换热过程中，水侧的换热量、空气释 放的热量和湿量，根据热湿平衡原理计算误差并 分析产生误差的主要原因。 4. 计算表冷器的换热效率和接触系数。 5. 分析调节过程中表冷器KF，送风状态点，换热量 变化规律
1. 选一种空气处理方法并对其处理过程进行测试、表冷器换热效率等 混合、表冷、过滤、二次回风、再热、加湿等 2、选择一种调节方法进行空气处理性能变化分析 调节处理风量、调节处理水量、变供水温度、调节新风比
表冷器空气处理过程
1、换热量
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2、刘易斯关系式