热质资料(1)
热质交换原理与设备复习资料
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。 5、表冷器的热交换效率（P177）及接触系数（P178）的含义？ 表冷器的热交换效率定义式 ：ε1=
t1 t 2 t1 tw1
dQt i ib dQ c p (t tb )
t1 --处理前空气的干球温度，℃
9、冷却塔特性数及冷却数的含义 冷却塔特性数 N’
P208
冷却数 N 表示水温从 t1 降到 t2 所需要的特征数数值，它代表冷却 负荷的大小。
10、若某冷却塔足够高，其入塔空气干球温度为 20℃，湿球温度为 16℃，入塔水温为 60℃，液气比很小，则出塔水温为多少？若入塔 空气湿度增大，其他条件均不变，则出塔水温怎么变？（上升，下降 或不变）为什么？
η2=1- t 2 ts2
t1 ts1
7、喷淋室计算的主要原则
P200
(1)该喷淋室能达到的η1 应该等于空气处理过程需要的η1 （2）该喷淋室能达到的η2 应该等于空气处理过程需要的η2 （3）该喷淋室喷出的水能够吸收（或放出）的热量应该等于空气失 去的（或得到）的热量。
8、冷却塔内热质交换的基本方程（用语言描述）有哪些？ Merkel 焓差方程 水气热平衡方程 式（7-19） 式（7-22） P206 P207
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。
2、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。 3、影响喷淋室热质交换的结构因素 P196 （1）喷嘴排数（2）喷嘴密度（3）喷嘴方向（4）排管间距（5）喷 嘴孔径（6）空气与水的初参数
教学：焦耳实验与热功当量
•热功当量的公认值为J＝4.18 J∕cal。
•热功当量表示热与功之间是可以转换的。 系统吸收1 cal的热量，相当于外界对系统 作4.18 J（约为4.2 J）的功。
焦耳的热定义
•焦耳确认热是能量的另一种形式，取代了 热质说，并对热重新加以定义： –物体间因温度差或相变而产生的能量转 移，称为热（heat）。
＝（1.00×103）×1.00×（21.5－20.0）＋500×（21.5－20.0） ＝4.18（J／cal）
范例1-5
如右图，质量为 1.00 kg 的铁锤，以 50.0 m∕s 的速率敲击放 在地上质量为 400g 的铁块.假设有 40.0％ 的力学能变为铁块的 热能，求此铁块的温度增加多少？（铁的比热为
•焦耳将定量的水，置于绝热的容器内，左、 右两重锤缓缓下降，带动转轴转动，并使得 叶片搅拌容器内的水。
•由容器和水的温度变化可计算所吸收的热量
Q，且由两重锤下降的高度可计算位能的减 少，即重力对两重锤所作的功W，焦耳测得W 与Q的比值约等于一个定值。
热功当量
•在1850年，焦耳发表J＝W/Q，称之为热功
补充资料 内 能(2/4)
•一个系统的内能（internal energy）则包 含了组成系统内部分子的动能和、以及分 子之间或分子内的位能和。系统在不同的
温度、压力、体积的状态下，其内能U是不
一样的，我们可以说系统的内能是与温度
（T）、压力（P）、体积（V）等状态因素 有关的状态函数U＝U（T、P、V）。
•焦耳的创新观念及方法 ，将能量守恒的原理发 挥得淋漓尽致，“能量 ”随后也成为统合物理 学各个分支领域不可或 缺的核心概念。
•善用能量之间的转换， 也大幅提升了人类的生 活质量。
热质交换(byLJ)-2资料
NAz1 dz D CA1 dCA
z2 CA2
P＝PA+PB NB
则
z z1 z 2
C P RT
NA D CA1 CA2 z
CA PA RT
NA PA1 PB2
PB1 PB z1 距离 PA z2
PA2
代入得扩散通量的表达式
NA JA
D PA1 PA2 RT z
则
um＝ （CAuA +CBuB）/C
Principles and Equipment of Heat and Mass Transfer
(2)以扩散速度表示的质量通量 扩散速度与浓度的乘积称为以扩散速度表示的 通量,即 jA= ρA(uA-u) jB= ρB(uB-u) JA= CA(uA-um) JB= CB(uB-um) jA－ 以扩散速度表示的组分A的质量通量, kg/(m2· s） JA －以扩散速度表示的组分A的摩尔通量, kmol/(m2· s） 对于两组分 j= jA+ jB J= JA+ JB
以摩尔为基准，可表达为
dCA JA DAB dz
dCB JB DBA dz
JA，JB —组分A、B的摩尔扩散 JA＝－JB 故 DAB＝－DBA
Principles and Equipment of Heat and Mass Transfer
若在扩散的同时伴有混合物的主体流动，则物质 实际传递的通量除分子扩散通量外，还应考虑由于 主体流动而形成的通量。 由通量定义即斐克定律可知：
jA A(uA u ) D d A dz
因此，得
m D
A A
dA AuA D Au dz
几种常用燃料的热值
表1 燃料低位发热量和热源设备的热效率广东LNG一期：液态密度456.5Kg/m3气态密度0.802Kg/Nm3低热值9474 Kcal/Nm3新疆广汇：液态密度（-162℃）486Kg/m3气态密度0.871Kg/m3低热值10127.5 Kcal/Nm3西气二线：低热值：36.65MJ/ Nm3 (8756kcal/Nm3)气态密度0.785kg/Nm3液态密度450.Kg/m3重油密度：~0.98Kg/升汽油密度：~0.72Kg/升 0#柴油密度 ~0.86Kg/升煤油0.8 Kg/升（随温度变）广东液化石油气气质如下：气态低热值25885Kcal/Nm3高热值28065Kcal/Nm3液态热值11013Kcal/Kg气相密度 2.351Kg/Nm3液相密度568.1Kg/m3（0℃）514.5Kg/m3（40℃）运动粘度 3.04×10-6m2/s（气态）露点 1.0℃（0.07MPa）爆炸极限（20℃）8.97%（爆炸上限）1.75%（爆炸下限）华白数87.04MJ/Nm3燃烧势44.45天然气主要组份（V%）：甲烷(CH4）：91.46%乙烷(C2H6)： 4.74%丙烷(C3H8)： 2.59%正丁烷(ｎ-C4H10) 0.54%异丁烷(ｉ-C4H10) 0.57%异戊烷(ｉ-C5H12) 0.01%氮气(N2) 0.09%液态密度456.5Kg/m3气态密度0.802Kg/Nm3低热值9474 Kcal/Nm3高热值10466Kcal/Nm3爆炸极限（20℃）14.57%（爆炸上限）4.60%（爆炸下限）华白数55.64MJ/Nm3燃烧势41.23根据西气东输二线的气源资料，作为城市气源的天然气性质，具体如下：1、天然气组分（V%）：甲烷（CH4）92.55%乙烷（C2H6） 3.96%丙烷（C3H8）0.34%正丁烷（n-C4H10）0.09%异丁烷（i-C4H10）0.12%异戊烷（i-C5H12）0.22%氮气（N2）0.84%二氧化碳（CO2） 1.89%2、热力性质：低热值：Q l =36.65MJ/ Nm3 (8756kcal/Nm3)高热值：Q h =40.60MJ/ Nm3 (9700 kcal/Nm3)爆炸极限（20℃）15.35%（爆炸上限）4.96%（爆炸下限）3、物理性质密度：0.785kg/Nm3比重：0.607（空气=1）分子量：17.53运动粘度：13.00×106 m2/s（计算值）4、互换性指标华白数：W = 52.11MJ/Nm3燃烧势：CP = 39.261、居民用气户籍人口的耗热指标取值为2850MJ/人.年，暂住人口的耗热指标为2700MJ/人.年。
地热资源调查方法
地热资源调查方法(一)资料收集应充分收集调查在温泉露头、地热异常、石油天然气深钻揭示地热资料,区域地温梯度等资料。
(二)航卫片解译1)航卫片主要判断下列地热地质问题a.地貌、地层、地质构造基本轮廓及地热区隐伏构造。
b.地面泉点、泉群和地热溢出带,地面地热显示位置及地表水体位置范围。
c.地面水热蚀变带的分布范围。
2)遥感图像解译应先于地质测量工作,卫星图像和航空相片两者结合使用,必要时可进行航空红外测量。
遥感图像解译应结合地面地质、物探资料进行。
3)卫片宜用不同时间、不同波段的影像进行综合解译。
注意卫片质量,收集不同地质体的光谱特征,建立地质、地热地质直接和间接解译标志。
视工作要求和条件许可,可用计算机图像处理,提高解译水平和效果。
4)宜用大比例尺航片。
用目视和航空立体镜解译,还可用立体测图仪成图。
5)航卫片解译,应提交相应比例尺的解译图及文字说明。
(三)地质-水文地质调查1)地质测量在充分利用航卫片解译、搜集和分析区域地质、地形、气象、水文地质、地球化学和地球物理等资料的基础上进行,其主要任务是a.实地验证航卫片解译的疑难点,提高航卫片解译质量,选择最有希望的远景区和最佳地点进行钻探。
b.着重区域地质构造研究,特别要查明与现代火山活动有关的构造断裂,查明地热田含水层与隔水层的地层时代、岩性特征、岩浆活动,阐明地热田形成的地质条件。
c.查明地表地热显示的类型、分布和规模,阐述地热异常与地质构造的关系。
2)地质测量范围应包括可能的补给区和排泄区。
图件比例尺应根据勘查类型和地质构造复杂程度确定,参照下表1选定。
表1地质测量比例尺(四)地球化学调查地球化学调查方法在地热勘查中多被用来区分地热系统的类型,推定地下水储热体的温度以及按地热液蚀变的矿物预测热储的历史和演变,主要查明以下问题。
1)在地热资源勘查各阶段中都应进行地球化学调查,并尽量采用多种地球化学地面调查方法,确定地热异常分布范围。
2)采取具有代表性的地热流体(泉、井)、常温地下水、地表水、大气降水等样品进行化验分析,对比分析它们与地热流体的关系。
热质交换原理与设备复习资料
1当流体流过一物体表面，并与表面之间又有热量交换时，同样可用类比关系由传热系数h 计算传质系数hm 。
由式（13）联系式（9）和（10）可以得到：即得到（上述方框表示乘号点）对于气体或液体，上式成立的条件是0.6<Sc<2500,0.6<Pr<100 2溴化锂水溶液的表面蒸气压 结论： 1·不同浓度下压力和饱和温度的关系。
由于溶液沸腾时只有水蒸气气化，所以图中纵坐标所示的压力即是溶液表面上水蒸气的饱和分压力。
2·在一定的温度下，溶液表面上的水蒸气饱和分压力低于纯水的饱和压力。
溶液的浓度越高，液面上水蒸气饱和分压力越低。
(浓溶液吸收水蒸气的能力强）∴ 3.在一定浓度下，溶液温度越低，液面上的水蒸气分压力越低。
（低温溶液吸收水蒸气的能力强）∴ 4·结晶线表明了不同温度下溶液的饱和浓度。
温度越低则饱和浓度越小。
这又说明了溶液的温度过低或浓度过高时都容易产生结晶，这是溴化锂制冷机应该避免的现象。
(同热质交换） 3湿空气在冷表面上的冷却降湿空调工程中，常用表面式空气冷却器来冷却、干燥空气。
湿空气进入冷却器内，当冷却器表面温度低于湿空气的露点温度，水蒸气就要凝结，从而在冷却器表面形成一层流动的水膜。
紧靠水膜处为湿空气的边界层，这是可认为与水膜相邻的饱和空气层的温度与冷凝器表面上的水膜温度近似相等。
因此，空气的主体部分与冷凝器表面的热交换是由空气的主流与凝结水膜之间的温差（t-ti ）而产生的，质交换则是由于空气主流与凝结水膜相邻的饱和空气层中的水蒸气的分压力差，即含湿量差（d-di ）而引起的。
在冷却表面的两侧，分别存在湿空气的水膜和边界层以及冷却剂侧的边界层，所有的热质交换都需要克服冷却表面两侧的两层膜所带来的阻力。
4干燥循环（简答或判断对错）（干燥剂表面的水蒸气分压与其吸湿量的关系、干燥剂吸湿量与水蒸气分压及温度的关系）吸附空气中水蒸气的吸附剂被称为干燥剂。
工程热力学_理论篇1
1 2 3
发电量： 电力装机总量在9亿千瓦上
电力结构：火电78% ，水电20% ，核电1.2%
燃煤：SO2，粉尘，CO2 ；污染环境 建筑能耗：约占社会终端能耗的20.7%
4
第一章 基本概念及定义
本章基本要求
深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过 程、热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握
过程无耗散效应(如机械摩擦、工质内摩擦等)。
注意可逆过程只是指可能性，并不是指必须要回到初态的过程。 无耗散的准静态过程就是可逆过程。可逆过程是不引起任何热力
学损失的理想过程，是一切实际过程的理想极限。工程热力学就
是借助数学工具分析理想循环(过程)能量转换规律→分析实际循 环(过程)。
1.3 工质的热力学状态及其基本状态参数
状态是指热力系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况。也可 以表述为某一瞬间热力系所呈现的宏观状况。
第一章 基本概念及定义
状态参数指描述工质状态特性的各种状态的宏观物理量。如温度
(T)、压力(p)、比体积(υ)或密度(ρ)、内能(u)、焓(h)、熵(s)、自由 能(f)、自由焓(g)等，体积并不是状态参数。
恒温热源(constant heat reservoir)和变温热源。 1.2 热力系统
系统hermodynamic system(system)是指用界面从周围环境中分割出
来的研究对象(空间内物体总和)。 外界surrounding指与系统相互作用的环境。
界面boundary指假想的、实际的、固定的、运动的、变形的。
压力指垂直作用于器壁单位面积上的力，也称压强，p=F/f。微观
上，分子热运动产生的垂直作用于容器壁上单位面积的力。 p=(2n/3)mc2/2=2nBT/3
热质交换原理与设备课后题答案(第二版)[1]
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 AB B A A B e u e e u e u a m m e ⎡⎤=+=+⎢⎥⎣⎦()B B A B e u a m m =+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①2233r 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 23m hh 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 ∽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：3241133435.71110()ABA B TD p V V μμ-=+⨯+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-=⨯⋅=3425211523311435.7298103228 1.5410/1.013210(25.631.1)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 c m s =⨯⨯=7、解：124230.610(160005300)()0.0259/()8.3142981010A A A D N P P kmol m s RT z --⨯⨯-=-==⋅∆⨯⨯⨯ 8、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21122000()()()44ln 4A 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⋅⋅⋅⋅=-==--=-⎰⎰9、解：200C 时的空气的物性：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0.830.440.023me c sh R S =计算m h 0.830.4440.02399900.6260.24100.018750.05m 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 -⨯⨯===10、解：氨在水中的扩散系数921.2410/D m s -=⨯，空气在标准状态下的物性为；353591.293/, 1.7210,Pr 0.708, 1.00510/()1.721010727.741.293 1.2410p c kg m Pa s c J kg k S D ρμμρ----==⨯⋅==⨯⋅⨯===⨯⨯由热质交换类比律可得231Pr m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⎝⎭ 223351P r 560.7087.0410/1.293100110727.74m p c h m s h c S ρ-⎛⎫⎛⎫==⨯=⨯ ⎪ ⎪⨯⎝⎭⎝⎭11、解：定性温度为0252022.5,2g t C +==此时空气的 物性ρυ⨯23-6=1.195kg/m ,=15.29510m /s查表得：⨯-42o D =0.2210m /s,0C 25饱和水蒸汽的浓度30.02383/v kg m ρ=33224400 1.0132980.22100.2510/1.0132273O D P T D m sP T --⎛⎫⎛⎫==⨯⨯⨯=⨯ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭02220209.48/3.140.0253600 1.195360044u m sd πρ===⨯⨯⨯⨯⨯0e 9.480.025R 15488u d υ⨯===⨯-615.29510 40.25100.61c D S υ-⨯⨯===-615.29510用式（2--153）计算0.830.440.830.440.0230.023154880.6155.66,m e c sh R S ==⨯⨯= 4255.660.2410 5.56610/0.025m m sh D h m sd --⨯⨯===⨯设传质速率为A G ，则20()()()4A m A s A A d G d d x h d ud ππρρρ⋅=-=21004A A lA m A s Adu d dx h ρρρρρ⋅=-⎰⎰1204e x p ()A s AA A smh du ρρρρ⋅⋅-=- 020C 时，饱和水蒸汽的浓度30.0179/A s kg m ρ⋅=11AAd ρρρ=- 1330.003 1.195 3.5710/110.003A d kg m d ρρ-⋅⨯∴===⨯++∴ 代入上面的式子得：230.01193/A kg m ρ= 112.23/AAd g k g ρρρ==-12、解：040,C 时空气的物性ρυ⨯23-6=1.128kg/m ,=16.9610m /s 60e 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 4.4610/10mL L 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--⋅⋅'=-=⨯⨯-⨯=⨯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222()H O H O H O m Sn h ρρ⋅⋅∞=- 22()H O H O ms fg S h T T h h ρρ∞⋅⋅∞=+- 23r P 1m p c h h c S ρ⎛⎫= ⎪⋅⎝⎭又 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 s P M kg mRT ρ⨯===⨯ 0ρ∞=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22338180.017278314293H OS S sP M kgRT ρ⨯===⨯2454.3/r kJ kg =1V d d ρρρ∞⋅==+当026t C ∞=，时定性温度为023,2st t t C ∞+==31.193/ 1.005/()p kg m c kJ kg k ρ=⋅=⋅由奇科比拟知22334r P 110.749.59101.197 1.0050.6m p c h h c S ρ-⎛⎫⎛⎫===⨯ ⎪ ⎪⋅⨯⎝⎭⎝⎭()1S s m h d T T d rh ρρ∞⋅=--+ 41.19326200.0172712454700905910d d-⨯-=-+⨯⨯ d=12.5g/kg 15、解：325100.04036/8314(27325)i CO P C kmol mRT ===+22N CO C C =222220.5N N CO N CO C x x C C ===+32254410 1.776/8314298CO iCO M P kg m RT ρ⨯⨯===⨯22220.611COCO CO Na ρρρ==+32252810 1.13/8314298N iN M P kg m RTρ⨯⨯===⨯ 20.389N a =16、解：（a ）已知A M ，B M ，A x ，B xA A A A AA AB A A B B A A B B M n M x M a M M n M n M x M x M ===+++ B B B B BB A B A A B B A A B B M n M x M a M M n M n M x M x M ===+++ 已知B a ，A a ，A M ，B M AA A A A A AB A B A B A B A B m a n M M x m m a a n n M M M M ===+++ B B BB BB AB A B A B A B A B m a n M M x m m a a n n M M M M ===+++（b ）222222222320.3077322844O O O O O N N CO CO x M a x M x M x M ===++++ 20.2692N a =20.4231CO a =若质量分数相等，则2222222221320.3484111322844O O O O N CO O N CO a M x a a a M M M ===++++20.3982N x = 20.2534CO x =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。
第01章-热力学基本定律1-资料
[例题]:
在等压下，一定量理想气体B由10 dm3膨胀到16 dm3，并吸热700J，求W与ΔU ? 解： 初态，p 10 dm3 等 压 过 Q 程 7 0J， 0终态， p 16 dm3
Wp(V2V 1)[10136215 03]J60J8
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3. 准静态过程
定义：在过程进行中的任何时刻系统都处于平衡态 的过程。
4. 可逆过程
定义：由一系列非常接近于平衡的状态所组成 的，中间每一步都可以向相反的方向进行而不在环 境中任何痕迹的过程称为可逆过程。
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特点： ①可逆过程是由一系列非常接近于平衡的状态所 组成. ②过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个方 向到达。 ③经历可逆过程后，当系统复原时，环境也完全 复原而没有留下任何影响和痕迹。
1. 热力学第一定律表述： 热力学第一定律即能量守恒与转化定律：自然界 的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式， 能够从一种形式转化为另一种形式，在转化中， 能量的总值保持不变。 经验表述：第一类永动机是造不成的。
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2. 热力学第一定律的数学表达式
ΔU = Q + W 对一微小表化，
例题：教材第10页
在298.15K 下1mol C2H6 完全燃烧时，过程所 作的功是多少（反应系统中的气体视为理想气 体）?
解： C2H6 (g) + 3.5O2 (g) = 2CO2 (g) + 3H2O (l)
WRT B(g)= [- (2 - 3.5 - 1)×8.314×298.15]J
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第一章 热力学基本定律
1.1 热力学基本概念 1.2 热力学第一定律 与内能、焓、功、热 1.3 气体系统典型过程分析 与可逆过程、热机效率 1.4 热力学第二定律与熵、熵判据 1.5 熵变的计算与应用：典型可逆过程和可逆途径的设计 1.6 自由能函数与自由能判据:普遍规律与具体条件的结合 1.7 封闭系统热力学函数间的关系:4个基本方程 1.8 自由能函数改变值的计算及应用:可逆途径的设计
中石油《热质交换原理与设备》2019年春学期在线作业(一)试卷满分答案
中石油《热质交换原理与设备》2019年春学期在线作业（一）
一、单选题共20题，100分
1、( )反映了流体动量扩散能力与质量扩散能力的相对大小。
A普朗特准则数
B斯坦顿准则数
C施密特准则数
D舍伍德准则数
【答案选择】：C
2、当传质方向从流体主流到壁面，此时壁面上的导热量（）。
[第3章第3节]
A正，减小为0
B正，增大
C负，减小
D负，增大
【答案选择】：D
3、下列关于绝热饱和温度说法错误的是( )。
A绝热饱和温度和湿球温度在数值上近似相等，而且物理的湿球温度比绝热饱和温度低。
B绝热饱和温度是指有限量的空气和水接触，接触面积较大，接触时间足够充分，在绝热的情况下，当湿空气达到饱和状态时，其温度不再降低时的温度。
C绝热饱和温度完全取决于进口湿空气及水的状态与总量，不受其它任何因素的影响，是湿空气的状态参数。
D绝热饱和温度与湿球温度物理概念不同。
【答案选择】：A
4、关于顺流和逆流换热器书法错误的是（）。
[第1章]
A在相同进出口温度下，逆流比顺流平均温差大
B顺流时冷流体的出口温度一定小于热流体的出口温度
C逆流换热器高温部分集中换热器一端，对材料要求较高
D交叉流、混合流的对数平均温差先按照顺流方式计算，然后予以温度修正
【答案选择】：D
5、（）反映了流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比。
[第2章第3节]。
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三传：速度分布不均匀时，动量朝速度减小的方向传递。
温度分布不均匀时，热量朝温度降低的方向传递。
浓度分布不均匀时，质量朝浓度降低的方向传递。
按工作原理热质交换设备分为：间壁式（表冷器，蒸发器）、直接接触式、蓄热式、热管式、混合式（喷淋室，冷却塔）影响传质的基本因素：各组分含量的多少及其组分的不均匀程度传质通量：单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量。
质量传递方式：分子传质，又称分子扩散，是由分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。
对流传质：具有一定浓度的混合物流体流过不同浓度的壁面时，或有限互溶的流体层发生运动时的质量传递。
扩散热（杜弗尔效应）：由于扩散传质引起的热传递菲克定律：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的质扩散通量值与组分A的浓度梯度成正比。
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固体中的扩散过程：d≥100λ（菲克型）λ>100d或K n>10（克努森）0.01≤K n≤10（过渡区）扩散系数D：根据菲克定律，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。
大小取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力，随温度的升高及总压力的下降而增大。
漂流因数：P/P bm 反应了气体流动对传质速率的影响，因P>P bm,所以漂流因数>1,表明由于主体流动而使物质A的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些，当组分A的浓度很低时，P bm=P，漂流因数等于一。
对流传质系数hm与流体的性质、壁面的几何形状和粗糙度、流体的速度等因素有关。
对流传质—分子扩散和对流扩散的总作用。
浓度边界层：当流体流过固体壁面进行质量传递时，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。
边界层表现形式：表面摩擦、对流传热、对流传质。
特点：尺寸极小、法线方向浓度梯度大浓度边界层意义：把描述主流区和边界层区的控制方程简化至轻易求解是形式。
运用浓度边界层的特性，可简化对流扩散方程，确立浓度分布，求得传质系数，以及方便对流传质的计算。
浓度边界层概念是研究对流传质的理论基础。
对流传质模型：1、薄膜理论：当流体靠近物体表面流过时存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与且有浓度均匀的主流连续接触，并假定摸内流体与主流不相混合和扰动。
结论：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。
2、渗透理论：当流体流过表面时，有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。
3、表面更新理论分子传递性质：流体的粘性、热传导性、质量扩散性刘易斯关系式h/h md=C p结论：在空气-水系统的热质交换系统中，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增或减，从而导致另一个系数同样变化成立的条件：0.6<Pr<60，0.6<Sc<3000；Le=a/D AB≈1（对于湍流总成立）刘易斯数：反应热边界层与浓度边界层厚度关系麦凯尔方程式说明湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中湿空气主流与紧靠水膜饱和空气的焓差是湿空气与水膜表面之间热质交换的推动势，而不是温差绝热饱和温度：有限量的空气和水接触，接触面积较大，接触时间足够充分，空气和水总会达到平衡；当湿空气达到饱和状态时，其温度不再降低，此时的温度为绝热饱和温度。
（只取决于进口湿空气及水的状态与总量）ξ析湿系数:总热交换量与显热交换量之比。
大小表示表冷器表面析出凝结水的多少总热交换：显热交换和潜热交换的代数和。
空气处理途径方案：夏季：1、W-L-O 喷淋室冷水冷却减湿—加热器再热 2、W-1-O 固体吸湿剂减湿-表面冷却器等湿冷却 3、W-O 液体吸湿剂减湿冷却冬季：1、W’-2-L-O 加热器预热-喷蒸汽加湿-加热器再热 2、W’-3-L-O 加热器预热-喷淋室绝热加湿-加热器再热3、W’-4-O 加热器预热-喷蒸汽加湿 4、W’-L-O 喷淋室喷热水加热加湿-加热器再热5、W’-5-L’5-O 加热器预热-一部分喷淋室绝热加湿-与另一部分未加湿的空气混合空气加热湿设备：混合式热质交换设备（喷淋室、蒸汽加湿器、局部补充加湿装置、使用液体吸湿剂的装置）间壁式热质交换设备（空气加热器、空气冷却器）显热交换：空气与水之间存在温差时，由导热、对流和辐射作用引起的换热结果。
潜热交换：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。
水蒸发现象：若饱和空气层中水蒸气压力大于空气中的水蒸气压力，由饱和空气层跳进空气中水分子，就多于由空气跳进饱和空气层中的水分子的现象。
（周围空气被加湿）水蒸气凝结现象；周围空气跳到水滴表面饱和空气层中的水分子多于从饱和空气层中跳到空气中的水分子的现象。
（周围空气被干燥）水蒸气与水的湿交换：由于水蒸气压力差产生的蒸发与凝结现象。
、稳定工况：在换热过程中，换热设备内任何一点的热力学状态参数都不随时间变化的工况。
C o传质阿克曼修正系数：表示传质速率的大小与方向对传热的影响，随着传质方向不同，C o 有正有负，当传质方向从壁面到流体主流方向时，为正，反之为负。
传质存在时，对壁面导热量和传热量的影响是相反的，大于0时，随C o的增大壁面导热量逐渐降低，膜的总传热量逐渐升高；小于0时，随C o的减小壁面导热量逐渐升高，膜的总传热量逐渐减小。
湿空气的焓是湿球温度的单一函数直接蒸发冷却：在喷淋室中水与空气直接接触，水不断吸收空气的热量蒸发，从而使被处理空气降温加湿。
湿空气焓湿图：把描述空气状态参数及其变化过程的特征，绘制在以焓值为纵坐标，以含湿量为横坐标的图像称为焓湿图。
空气与水直接接触特点：（水量无限大，接触时间无限长）A-1;水温低于空气露点温度，减湿冷却。
A-2:水温为空气露点温度，等温冷却。
A-3:水温高于空气露点温度，低于空气湿球温度，减焓加湿。
A-4:水温等于空气湿球温度，等焓加湿。
A-5：水温高于湿球温度，低于空气干球温度，增焓加湿。
A-6:水温为空气干球温度，等温加湿。
A-7:水温高于空气干球温度，增焓加湿。
A-2是空气增减湿度分界线 A-4是空气增减焓分界线 A-6是空气增降温分界线影响空气与水表面热质交换因素：总热交换推动力与双膜阻力湿工况下，一表冷器在其他条件相同时，所处理的空气湿球温度升高，则换热能力加强。
总热交换量与推动力和总热交换系数乘积成正比。
总热交换推动力是焓差，不是温差。
间壁式换热器种类：管壳式、肋片管式、板式、板翘式、螺旋板式(前三种广泛)间壁式换热器传热性能加强方法：提高换热系数、增大传热面积、增大平均温差等湿冷却/干冷过程（干工况）:当冷却器的表面温度低于被处理空气的干球温度，但尚高于其露点温度时，则空气只被冷却而并不产生凝结水。
减湿冷却/湿冷过程（湿工况）：如果冷却器的表面温度低于空气的露点温度，则空气不但被冷却，而且其中所含水蒸汽也将部分地凝结出来，并在冷却器的肋片管表面上形成水膜。
传热效能ε：也称传热有效度，它表示换热器中的实际换热量与可能的最大换热量的比值。
间接冷却蒸发装置工作原理？该装置使空气温度降低，含湿量并不变化。
其核心的思想是采用逆流换热，逆流传质来减少不可逆流损失，以得到较低的供冷温度和较大的供热量。
空气先经过逆流换热去降温，使得该空气的状态接近饱和，然后再和水接触，进行蒸发冷却，这样比不饱和空气直接跟水接触减少了传热传质的不可逆损失，使得蒸发在较低的温度下进行，产生的冷水温度也随之降低。
紊流传质的机理？紊流边界层由三部分组成，分别是层流内层、缓冲层、紊流主体；层流内层传质速率可用菲克定律描述；缓冲层中紊流扩散和分子扩散并存；紊流主体主要紊流传质湍流边界层：（由内向外）层流内层[质传通过分子扩散，浓度梯度很大]、缓冲层[既有分子扩散又有紊流扩散]、湍流主体[紊流传质，浓度梯度很小]喷淋室热质交换特点？用喷淋室处理空气时，空气与喷嘴喷出的水滴表面直接发生接触，这时，空气与水表面之间不但有热量交换，而且一般同时还有质量交换。
根据喷水温度不同，二者之间可能只有显热交换；也可能既有显热交换又有质量交换引起的潜热交换，显热交换与潜热交换之和构成他们之间的总热交换。
扩散系数D：根据菲克定律，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。
大小取决于扩散物质和扩散介质的种类及其温度和压力，随温度的升高及总压力的下降而增大。
漂流因数：P/P bm 反应了气体流动对传质速率的影响，因P>P bm,所以漂流因数>1,表明由于主体流动而使物质A的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些，当组分A的浓度很低时，P bm=P，漂流因数等于一。
施密特数Sc（普朗特数Pr）联系动量传输与质量传输宣乌特数Sh（努谢尔特数Nu）以边界导热热阻与对流换热热阻之比标志过程的相似特性斯坦登数St m（斯坦登数St）是对流传质的无量纲度量参数送风状态点：为消除室内的余热余湿，以保持室内空气环境要求送入房间的空气的状态。
麦凯尔方程式说明湿空气在冷却表面进行冷却降湿过程中湿空气主流与紧靠水膜饱和空气的焓差是湿空气与水膜表面之间热质交换的推动势，而不是温差底池和四种管道相通：循环水管、溢水管、补水管、泄水管喷淋室有卧式/立式，单级/双级，低速/高速空气与水表面热质交换：空气与水直接接触时，从空气侧而言：1.总热交换量以空气初状态的湿球温度T sl为界，当水温T w>T sl时，空气为增焓过程，总热流方向向着空气；反之为减焓过程，方向向着水。
2.显热交换量以空气初状态的干球温度T1为界，当T w<T1时，空气失去显热，反之获得显热，但总热流方向还要看潜热流量而定。
3.潜热交换以空气初状态的露点温度T L1为界，当T w>T L1时，空气得到潜热量，反之，空气失去潜热量。
总热流方向还要看潜热流量而定。
就水侧而言：1.对于水来说，当T w>T1时，Δi s和Δi L的热流都由水流向空气，所以水温降低。
2.当T sl<T w<T1时，Δi s和Δi L的热流方向虽然相反，但总热流Δi>0，即热流仍由水流向空气，所以水温仍然降低。
3.当T sl=T w时，Δi s=Δi L，Δi=0，此时热流量等于0，所以水温不变。
4.当T w<T sl时，Δi<0，热流方向由空气流向水面，水温升高。
满足安全系数的要求:1.加大传热面积(1、在保证V y的情况下增加排数，2、减少V y增加A y) 2.降低水初温影响混合式设备热质交换的因素：1.空气与水之间的焓差2.空气的流动状况3.水滴大小4.水气比5.设备的结构特性蒸发冷却过程中常伴随着物质交换肋通系数：每排肋片管外表面积与内表面积之比接触系数：实际温降与理想温降的比值ε1：表冷气内实际换热量与表冷气内理想换热量比值说明水冷式表面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．改变迎面风速；b.改变水流速；c.改变进水温度；d.空气初状态发生变化。