传质的理论基础热质交换与设备原理
热质交换原理与设备教学大纲
“热质交换原理与设备”课程教学大纲课程名称：热质交换原理与设备英文名称：Principle and Equipment Heat-Mass Exchanging课程编码：CJX0540学时：48 学分：3适用对象：建筑环境与设备工程专业本科生先修课程：传热学，工程热力学，流体力学使用教材：《热质交换原理与设备》，连之伟编著，中国建筑工业出版社，2011主要参考书：[1]《建筑环境传质学》，张寅平、张立志、刘晓华编，中国建筑工业出版社，2006[2]《热质交换原理与设备》，许为全编，清华大学出版社，1999一、课程介绍本课程为建筑环境与设备工程专业主要的专业基础课之一。
主要用于增强学生的专业理论水平，开阔学生的科学视野，从动量、热量和质量传递的统一的传递过程理论的高度上学习和研究本专业工程实践中遇到的诸如：热质交换设备的设计、加工、运行管理方面遇到的一些问题。
起到联系本专业基础课与技术课的桥梁作用，培养学生理论联系实际的能力。
掌握传输过程的基本理论及三种传输过程的类比；掌握空气热质交换理论方法和常用热质交换设备的热工计算方法，具备初步的优化设计和性能评价能力。
二、教学基本要求掌握质传递的基本规律和热质传递的类比，了解制冷剂为主的沸腾、凝结的基本规律；掌握强迫流的相变传热及固液相变热质交换基本原理，熟悉空气处理的各种途径；掌握空气与水/固表面之间的热质交换，熟悉用吸收剂的吸附材料处理空气的机理，熟悉被处理空气与室内空气发生的热质交换，了解常用热质交换设备的形式与结构、基本性能参数；掌握间壁式、混合式，有相变热质交换设备的热工计算，了解热质交换设备的评价的优化设计。
三、课程内容第一章绪论：建筑环境与设备专业涉及的热质交换现象及其设备分类，本门课程在专业中的地位与作用，本门课程的主要研究内容与方法。
第二章传质的理论基础：传质概论，扩散传质，对流传质，相际间的对流传质模型。
基本要求:理解浓度，扩散通量等基本概念，传质的两大基本方式和常见的8种形式，掌握Fick定律，Stefan定律，扩散系数概念，薄膜理论，三传的传递方程，传热传质同时传递模型的建立，雷诺类似律；了解柯尔本类似律，动量交换与热交换的类比在质交换中的应用；掌握对流传质的准则关联式，刘易斯关系式。
热质交换原理与设备课后习题答案
7.04 10 5 m / s
1）（第 3 版 P25）用水吸收氨的过程，气相中的 NH3 （组分 A）通过不扩散的空气
（组分 B），扩散至气液相界面，然后溶于水中，所以
D 为 NH3 在空气中的扩散。
2）刘易斯关系式只对空气 —— 水系统成立， 本题为氨 —— 空气系统， 计算时类比关 系不能简化。
Re uod v
4 0.08 15.53 10 6
20605
v 15.53 10 6 Sc D 0.25 10 4 0.62
用式子（ 2-153）进行计算
shm
0.023
R 0.83 e
S 0.44 c
0.023 206050.83 0.620.44
4
hm shmD 70.95 0.25 10 0.0222m / s
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。
第二章 传质的理论基础
3
D DO P0 T 2 0.2 10 4 P T0
3
350 2
273
0.29 10 4m2 / s
氢— 空气
DO 0.511 10 4m2 / s
3
D DO P0 T 2 0.511 10 4 P T0
3
350 2
273
0.742 10 4m2 / s
2-14 溶解度 s 需先转化成摩尔浓度：
CA1 sPA1 5 10 3 0.03 1.5 10 4 kmol / m3
热质交换原理与设备
填空：1、 当流体中存在速度、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。
2、 动量、热量和质量的传递，既可以是分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
3、 绝对速度＝主体流动速度+扩散速度4、 组分的实际传质通量＝分子扩散通量+主体流动通量5、 按扩散物质分子运动的平均自由程λ与孔道直径d 的关系，常将多孔固体中的扩散分为斐克型扩散、克努森扩散及过渡区扩散等类型。
6、 质交换的两种基本形式分子扩散、对流扩散。
7、 麦凯尔方程: aAdz i i h dQ m d )(-''=dA i i h dQ b md z )(-=。
8、 常用的固体吸附剂有极性的 硅胶、多孔活性铝和沸石 及非极性的活性炭 等。
9、 吸收液除湿的最大特征：只要吸收液浓度保持一定，入口温度对空气出口相对湿度 几乎没有影响。
10、按照用途的不同，可将混合式热交换器分为 冷却塔 、气体洗涤塔 、 喷射式热交换器 、和 混合式热交换器 。
11、冷却塔淋水装置点滴式 、 薄膜式、点滴－薄膜式。
12、热质交换设备按工作原理可分为间壁式 、直接接触式/混合式 、蓄热式 、和 热管式 。
13、刘易斯关系式的表达形式 。
14、固体除湿其按工作方式可分为固定式 和 旋转/回转式 。
15、常用的吸收液 氯化锂 、 三甘醇 。
16、喷淋室有卧式和立式、单级和双级、低速和高速 之分。
此外工程上还使用带旁通和带填料层的喷淋室。
17、常用水冷式冷凝器有壳管冷凝器 ， 壳－盘管，套管式， 板式冷凝器。
18、满液式蒸发器，若制冷剂为氨，充液高度约为筒径的70～80％，而氟利昂为制冷剂时，其充液高度为筒径的 55～65％。
19、在直接蒸发式空气冷却器中，分液器 和毛细管保证液态制冷剂能够均匀分配给各路肋管的主要部件。
20、制冷剂在管内蒸发时，其流速或质量流速越大，管内沸腾放热系数就越高，而流速的增大又将引起管内制冷剂压力降的增加，故存在最佳质量流速。
《热质交换原理与设备》习题答案(第3版)
第二章 传质的理论基础3、从分子运动论的观点可知：D ∽312p 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：410D -=若在压强5001.01310,273PPa T K =⨯=时各种气体在空气中的扩散系数0D ，在其他P 、T 状态下的扩散系数可用该式计算32000P T D D P T ⎛⎫= ⎪⎝⎭（1）氧气和氮气：2233025.610/()32o V m kg kmol μ-=⨯⋅=223331.110/()28N N V m kg kmol μ-=⨯⋅=52115233 1.5410/1.013210(25.6)D m s -==⨯⨯⨯+（2）氨气和空气：51.013210P Pa =⨯ 25273298T K =+=50 1.013210P Pa =⨯ 0273T K =3221.0132980.2()0.228/1.0132273D cm s=⨯⨯=2-4、解：气体等摩尔互扩散问题124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯错误！未找到引用源。
m 2sR 0通用气体常数单位：J/kmol ﹒K5、解：250C 时空气的物性：351.185/, 1.83510,kg m Pa s ρμ-==⨯⋅6242015.5310/,0.2210/m s D m s υ--=⨯=⨯32420006640.2510/40.08Re 2060515.531015.53100.620.2510o c P T D D m s P T u d v v S D ----⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭⨯===⨯⨯===⨯用式子（2-153）进行计算0.830.440.830.4440.0230.023206050.6270.9570.950.25100.0222/0.08m e c m m sh R S sh D h m sd -==⨯⨯=⨯⨯===设传质速率为A G ，则211220000()()()44ln4A A A m A s A A lA m A s AA s A m A s A dG d dx h d u d du d dx h du l h ρρππρρρρρρρρρρ⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D 需修正）353352244200505541.205/, 1.8110,1.013102930.22100.2410/1.0132102730.053 1.205Re 99901.81101.81100.6261.2050.2410o c kg m Pa s P T D D m s P T u dv S D ρμρμρ------==⨯⋅⎛⎫⨯⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭⨯⨯===⨯⨯===⨯⨯（1）用式0.830.440.023m e c sh R S =计算m h0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05m m sh D h d -⨯⨯⨯⨯===（2）用式13340.0395e c sh R S =计算m h134340.0395(9990)(0.626)0.24100.01621/0.05m sh D h m sd -⨯⨯===第3章传热传质问题的分析和计算5、解：040,C 时空气的物性ρυ⨯23-6=1.128kg/m ,=16.9610m /s60e 210R 1.1810u lυ⨯===⨯⨯-616.9610转折点出现在56e 510101.1810e 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）30.8(0.037870)e c LR S Sh γ=-查表2—4得，定性温度为350C 时，324000.26410O D P T D P T -⎛⎫==⨯ ⎪⎝⎭2m /s40.264100.64c DS υ-⨯⨯===-616.9610360.8[0.037(1.1810)870]0.641548.9LSh γ=⨯⨯-⨯=430.288101548.9 4.4610/10mLL D h Sh m sL --⨯⎛⎫==⨯=⨯ ⎪⎝⎭每2m 池水的蒸发速率为()m A A S A n h ρρ⋅∞=-300C 时，3030.03037/;40,0.05116/A S A S kg m C kg m ρρ⋅⋅'==时()354.4610(0.030370.50.05116) 2.1410m A A S A S n h ρϕρ--⋅⋅'=-=⨯⨯-⨯=⨯6、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222()H O H O H O m S n h ρρ⋅⋅∞=-22()H O H O ms fgS h T T h h ρρ∞⋅⋅∞=+-又23r P 1m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⋅⎝⎭ 查附录2—1，当s T =035C 时，水蒸汽的饱和蒸汽压力5808S P=于是 325808180.0408/8314308H OS S sP M kg mRT ρ⨯===⨯0ρ∞=第四章 空气的热湿处理1、（1）大气是由干空气和一定量的水蒸汽混合而成的。
热质交换原理与设备要点总结
<热质交换原理与设备>第一章绪论1．分子传递的三定律3个传递系数、公式、结构上的类似性。
2．紊流传递，分子传递的基本概念基于流态划分的传递现象的两种基本形式。
3．设备的分类以及它们各自的传热机理第二章热质交换过程1．传质定义：分子扩散和对流扩散的概念基于质交换的构因划分的质交换的基本方式对流传质量概念2．5种扩散通量的定义之间的关系扩散通量质扩散通量、摩尔扩散通量、扩散通量向量、绝对扩散通量、相对扩散通量3．斐克定律的其它表示形式质量平均速度与扩散速度4．斯蒂芬定律应用情况；积分形式、微分形式，转化条件（转化为斐克定律）5．扩散系数定义，o D的定义（公式不记），随压强和温度的变化情况6．对流传质的基本公式7．边界层的概念？意义？对流传质简化模型的中心思想。
8．薄膜渗透理论的基本论点、结论（公式、推导不计）9．各准则数的物理意义普朗特，施密特，刘伊斯10．类似律的本质：阐述三传之间的类似关系（建立了…和之间的关系）11．同一表面上传质对传热的影响，对壁面热传导和总传热量影响相反由（2-90）和图2-16来分析影响12．刘伊斯关系式的表达式和意义第三章相变热量交换原理1．什么是沸腾放热的临界热流密度？有何意义？2．汽化核心分析3．影响沸腾换热的因素4．影响凝结现象的因素第四章空气热质处理方法1．麦凯尔方程的意义，热质交换设备的图解方法。
2．空气与水直接接触时热湿交换的原理，显热，潜热推动力，空气状态变化过程，实际过程3．吸收吸附法较之表冷器除湿的优点。
4．干燥循环的3个环节5．吸附剂传质速度的影响因素。
6．吸附原理：表面自由焓7．动态吸附除湿的再生方式8．吸附除湿空调系统9．吸收原理：气液平衡关系第五章 其它形式的热质交换1．空气射流的种类、特点等温自由射流的速度衰减。
非等温射流温度边界层，速度边界层，浓度边界层的特性。
起始段，主体段2．回风口空气衰减规律3．送风温差第六章 热质交换设备1．表冷器的热工计算(1)传热系数与哪些因素有关 迎面风速，析湿系数，水流速(2) 效能—传热单元法 主要原则，几个参量的意义2．喷淋室的热工计算（1）影响喷淋室热交换效果的因素。
化工机械基础之传热与传质设备
化工机械基础之传热与传质设备一、引言在化工生产中，传热与传质是不可或缺的工艺操作。
传热与传质设备是将热量与物质传递到需要加热或脱除物质中的工艺设备。
本文将介绍传热与传质设备的基本原理、分类和应用。
二、传热与传质设备的基本原理传热与传质设备是通过流体在设备内部传递热量和物质的，其基本原理可以用热力学和物质平衡方程来描述。
2.1 传热原理传热是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
传热过程可以通过传导、对流和辐射三种方式进行。
•传导是通过固体介质的分子振动和传递热量的方式，如热交换器中的金属管壁传递热量。
•对流是通过流体的流动来传递热量，包括自然对流和强制对流两种形式。
•辐射是指通过电磁辐射传递热量，如太阳辐射热。
2.2 传质原理传质是物质从高浓度区域传递到低浓度区域的过程。
传质过程可以通过扩散、对流和反应三种方式进行。
•扩散是分子由高浓度区域向低浓度区域的无序运动，如溶质在溶液中的扩散过程。
•对流是物质在流体中通过流动来传递的过程，如气体在管道中的气流传质。
•反应是指物质的化学反应导致的传递过程，如催化剂在反应器中引起的物质转化。
三、传热与传质设备的分类传热与传质设备根据工作原理和应用领域的不同，可以分为多种不同的类型。
3.1 热交换器热交换器是一种用于传递热量的设备，常用于加热和冷却工艺中。
根据传热方式的不同，热交换器可以分为壳管式热交换器、板式热交换器、换热管束等。
3.2 蒸馏塔蒸馏塔是一种用于分离液体混合物的设备，通过液体在塔内的沸腾蒸发和冷凝回流来实现分离。
常见的蒸馏塔包括板式蒸馏塔和填料塔。
3.3 吸收设备吸收设备是一种用于气体分离和净化的设备，通过溶剂与气体的吸收反应来实现分离。
常见的吸收设备包括吸收塔和吸收柱。
3.4 萃取设备萃取设备是一种用于液体混合物分离的设备，通过溶液与萃取剂之间的相互作用来实现分离。
常见的萃取设备包括萃取塔和液液萃取柱。
3.5 蒸发器蒸发器是一种用于溶液浓缩的设备，通过将溶液加热使其部分蒸发，将溶剂从溶液中分离出来。
(完整word版)热质交换原理与设备整理版
一当物系中存在速度、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。
二单位体积混合物中某成分的质量称为该组分的质量浓度，以符号ρ表示。
组分的实际速度，称为绝对速度。
相对主体流动速度的移动速度，称为扩散速度。
绝对速度=主体流动速度+扩散速度与热量传递中的导热和对流传热类似，质量传递的方式亦分为分子传质和对流传质。
分子传质又称为分子扩散，简称为扩散，它是由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
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。
凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象，称为紊流扩散。
斐克定律：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 的扩散通量与组分A 的浓度梯度成正比，这就是扩散基本定律——斐克定律：斐克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度即为扩散速度u A -u （或u A -u m ）在气体扩散过程中，分子扩散有两种形式，即双向扩散（反方向扩散）和单项扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）。
等分子反方向扩散：设由A 、B 两组分组成的二元混合物中，组分A 、B 进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则成为等分子反方向扩散。
液体中的稳态扩散过程：液体中的分子扩散速率远远低于气体中的分子扩散速率，其原因是由于液体分子之间的距离较近，扩散物质A 的分子运动容易与邻近液体B 的分子相碰撞，使本身的扩散速率减慢。
常见有两种情况：即组分A 与组分B 的等分子反方向扩散 及 组分A 通过停滞组分B 的扩散。
固体中的稳态扩散过程：固体中的扩散，包括气体、液体、1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。
du dyτμ=- 表示两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直运动方向的速度变化率。
不同的流体有不同的传递动量的能力，这种性质用流体的动力黏性系数μ来反映，其物理意义可以理解为，它表征了单位速度梯度作用的切应力，反映了流体黏性滞性的动力性质，因此称它为“动力”黏性系数。
热质交换原理与设备复习重点
三种传递现象：动量传递τ=﹣μdu／dy，热量传递q=﹣λdt／dy,质量传递m A=﹣D AB dC A／dy。
统一公式：FDφ’=﹣Cdφ／dy。
传质的通量：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，等于传质速度与浓度的乘积。
质量传递的基本方式：分子传质和对流传质。
分子扩散可以因浓度梯度、温度梯度或压力梯度而产生，或者是因对混合物施加一个有向的外加电势或其他电势而产生。
分子扩散有两种形式：双向扩散（反方向扩散）和单向扩散（一组分通过另一停滞组分的扩散）。
等分子反方向扩散：设由AB两种组分组成的二元混合物中，组分AB进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等。
组分A通过停滞组分B进行扩散：设组分AB两组分组成的混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（停滞组分）。
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，分子扩散与对流扩散两者的共同作用称为对流质交换。
液体中的分子扩散速率远低于液体中分子扩散速率原因：由于液体分子之间的距离较近，扩散物质A的分子运动容易与邻近液体B的分子相碰撞，使本身的扩散速率减慢。
固体扩散现象：固体物料的干燥、固体吸附、固体除湿。
固体中的扩散包括气体，液体和固体在在固体内的分子扩散固体扩散的分类：①与固体内部结构基本无关的扩散②与固体内部结构基本有关的多孔介质中的扩散。
当扩散物质在多孔管道内进行扩散时，其扩散通量与扩散物质本身的性质和孔道尺寸密切相关。
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。
扩散系数的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。
与气体的浓度无关，并随气体温度的升高和总压力的下降而加大，原因：随着气体温度的升高，气体分子的平均运动动能增大故扩散加快，而随着气体压强的升高，分子间的平均自由行程减小，故扩散就减弱。
液相质扩散扩散系数D比气相质扩散的D低一个数量级以上，是由于液体中分子间的作用力强烈地束缚了分子活动的自由程，分子移动的自由度缩小的缘故。