热质交换原理与设备第一章讲解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * （第三版） 热质交换原理与设备 第一章 绪 论 27-* * 内 容 三种传递现象的类比 1.1 热质交换设备的分类 1.2 27-* * 本课程的地位与作用 1.3 1.1 三种传递现象的类比 动量、热量和质量传递的实现方式： 分子的微观运动引起的分子扩散； 旋涡混合造成的流体微团宏观运动引起的湍流传递 流体系统中： 速度梯度 动量传递 温度梯度 热量传递 浓度梯度 质量传递 27-* * a）牛顿粘性定律 两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率，即: 对于均质不可压缩流体，上式可改写为： 27-* * b）傅立叶定律 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为： 对于恒定热容量的流体，上式可改写为： 27-* * c）斐克(Fick)定律 在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数(或质量份额)aA的分布为一维的，则通过分子扩散传递的组分A的质量通量密度为： 对于混合物密度为常数的情况，上式可改写为： DAB: 组分A在组分B中的扩散系数，m2/s; 27-* * 汇总 动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量浓度的变化率。 能量传递公式表明：能量通量密度正比于能量浓度的变化率。 质量传递公式表明：组分A的质量通量密度正比于组分A的质量浓度的变化率。 27-* * 统一公式: FDΦ : Φ的通量密度； Φ：单位体积的某种量； dΦ/dy: Φ的变化率； C: 比例常数(扩散系数)。 质量传递：FDΦ =mA, Φ= ρA, C＝DAB; 动量传递：FDΦ =τ, Φ= ρu, C＝ν。 能量传递：FDΦ =q, Φ= ρcpt, C＝a; 27-* * d）湍流传递性质 湍 流 流 动 分子扩散传递 宏观流体 微团掺混 也引起传递现象 动量传递 热量传递 质量传递 湍流切应力 湍流热流密度 湍流质量通量密度 27-* * 通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。 总的效应 27-* * 分子传递系数ν, a, DAB： 是物性，与温度、压力有关； 通常各项同性。 湍流传递系数νt, at, DABt： 不是物性，主要与流体流动有关； 通常各项异性。 两种传递系数的比较 27-* * 1.2 热质交换设备的分类 （1）按工作原理分类 间壁式(表面式) 直接接触式（混合式） 蓄热式（回热式、再生式） 热管式 27-* * （2）按照热流体与冷流体流动方向分类 顺流式 逆流式 叉流式 混合式 27-* * 顺流换热器 27-* * 逆流换热器 27-* * 叉流换热器 示意图 两种流体均不混合 一种流体混合 另一种不混合 27-* * 混流换热器 (c) 总趋势为逆流的混合流 (a)先顺后逆的平行混流 (b) 先逆后顺的串联混流 (d) 总趋势为顺流的混合流 27-* * 顺流 逆流 27-* * 螺旋板式换热器 27-* * 发生相变时冷、热流体的温度变化图 (a) 冷凝器中的温度变化；(b) 蒸发器中的温度变化 27-* * 可作为纯顺流的实际工程中的混合流 27-* * （3）按用途分类 表冷器 加热器 预热器 喷淋室 过热器 冷凝器 蒸发器 加湿器 暖风机 （4）按制造材料分类 金属材料 非金属材料(石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷等） 稀有金属材料（钛、锆等） 27-* * 1.3 本课程的地位与作用 以冷凝器中的热量传递过程为例 建筑环境与设备专业涉及大量能量转换及能量交换，需要掌握相关能量转换、交换知识及相应设备工作原理和设计知识。 27-* * 专业常见的设备型式与传热机理表 名 称 型 式 传 热 机 理 表冷器 间壁式 对流—导热—对流 喷淋室 直接接触式 接触传热、传质 蒸发器（锅炉） 间壁式 辐射—导热—两相传热 蒸发器（制冷） 间壁式 对流—导热—蒸发 过热器 间壁式 辐射+对流—导热—对流 省煤器 间壁式 对流(辐射分额少)—导热—对流 空气预热器 间壁式或蓄热式 对流—导热—对流 蒸汽喷射泵 直接接触式 接触传热、传质 冷凝器 间壁式 凝结—导热—对流 冷却塔 直接接触式 接触传热、传质 蒸汽加热器 间壁式 凝结—导热—对流 热水加热器 间壁式 对流—导热—对流 除氧器 直接接触式 接触传热、传质 蒸汽加湿器 直接接触式 接触传热、传质 散热器 间壁式 对流—导热—对流+辐射 暖风机 间壁式 对