《热质交换原理与设备》习题答案(第3版)选编.doc

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）。 2、解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。 间壁式又称表面式，在此类换热器中，热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务，彼此不接触，不掺混。 直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，传递热量和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。 蓄热式又称回热式或再生式换热器，它借助由固体构件（填充物）组成的蓄热体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，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。 3、 解：顺流式又称并流式，其内冷 、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷 、热两种流体由同一端进入换热器。 逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷 、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。 叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。 混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。 顺流和逆流分析比较： 在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，顺流时，冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。 第二章 传质的理论基础 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： 以扩散速度表示的质量通量： 以主流速度表示的质量通量： ?2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为，即为1摩尔的C与1摩尔的反应，生成1摩尔的，所以与通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。 ? ?3、从分子运动论的观点可知：D∽ 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： 若在压强时各种气体在空气中的扩散系数，在其他P、T状态下的扩散系数可用该式计算 （1）氧气和氮气： （2）氨气和空气： 2-4、解：气体等摩尔互扩散问题  QUOTE m2s ??R0通用气体常数单位：J/kmol﹒K 5、解：25时空气的物性： 用式子（2-153）进行计算 ?设传质速率为，则 ?2-6、解：20℃时的空气的物性：（注：状态不同，D需修正） （1）用式计算 （2）用式计算 ?2-7、错解：氨在水中的扩散系数，空气在标准状态下的物性为； 由热质交换类比律可得 ?? 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。 3）定压比热的单位是J/kgK 正解：组分A为NH3，组分B为空气，空气在0℃时物性参数查附录3-1  QUOTE  8、解： ? 9、解：（a）已知，，， 已知，，， （b） 若质量分数相等，则 ??10、解；（a），的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动： （b），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。 ?? 2-11、解； ?1）柱形： 球形： 2）d=100mm为内径，所以r1=50，r2=52 ? 若为球形Aav=0.033，质量损失速率为1.46×10-12kg/s；压力损失速率3.48×10-2Pa/s ?2-12、解： ?1）jA为A的质量扩散通量，kg/m2s；JA为A的摩尔扩散通量kmol/m2s； 2）题中氢氦分子量不同 ?2-13、解： 氨---空气 氢—空气 ? ?2-14溶解度s需先转化成摩尔浓度： ? 2-15、解、 质量损失 ? ?16、解：扩散系数 ?18、解、该扩散为组分通过停滞组分的扩散过程 整理得 分离变量，并积分得得 ? 第3章传热传质问题的分析和计算 1、答：当物系中存在速度、温度和浓