石大061158热质交换原理与设备期末复习题.docx

热质交换原理与设备课程综合复习资料一、单选题1、当克努森数Kn>10时，则固体中的扩散主要为O.A.斐克型扩散B.克努森型扩散C.过度区扩散D.不确定答案：B2,关于扩散系数说法错误的是O。B.扩散系数是物质的物理性质之一D.固体不能在固体中扩散A.扩散系数的单位是m2sC.在不同介质中扩散系数值有很大的不同答案：D3、混合物中，组分A的质量浓度是0a，摩尔浓度是Ca,组分A的摩尔质量是Ma,则组分A的质量浓度与摩尔浓度之间的关系O.ACa=QaB.Ca=0a*MaC.Ca=PaMaD.没关系答案：C4,喷淋室中空气的质量流速合理范围是O .A.)2kg(m2s)B.58kg(m2s)C.253.5kg(m's)D.没有固定范围答案：C5,当传质阿克曼修正系数CO为正值时,随着CO的增大，壁面导热量是逐渐O。A.减小B.增大C不变D.不确定答案:A6、当传质阿克曼修正系数G）为负值时,随着ICOI的增大，壁面导热量是逐渐O .A.减小B.不确定C不变D,增大答案：D7,当在表冷器中进行等湿冷却时，则表冷器的换热扩大系数JO。A.>lB.<lC=ID.都有可能答案：C8、碳粒在燃烧过程中从周围环境中吸收氧气，发生化学反应，放出二氧化碳，氧气和二氧化碳之间的扩散属于O。A.等质量互扩散B.等摩尔互扩散C.单向扩散D.不确定答案:B9,对于管内层流传质过程，当速度边界层和浓度边界层都充分发展之后，对流传质的宣乌特准则数为（）#A.非定值B.定值C.随着流动方向逐渐增大D.随着流动方向逐渐减小答案：B10、在喷淋室中当水的温度低于空气的湿球温度，则空气的嬉将（）。A.降低B.不变C.升高D.都有可能答案:A二、判断题1、速度、温度和浓度边界层厚度的相对大小与三种传递的扩散系数的相对大小有直接的关系，扩散系数较大者，其边界层厚度越大.答案：正确2、浓度边界层的特点是尺寸极小，运动方向浓度梯度大。答案：错误3、对流传质微分方程式的推导所依据的定律是质量守恒定律。答案：正确4、在湍流边界层内不存在层流运动。答案：错误5、单独的分子扩散是不存在的。答案：错误6、对流扩散形式在流体中不能单独存在，它总是伴随分子扩散。答案：正确7,当传质方向从流体主流到壁面，即传质阿克曼修正系数CO的值为负，此时壁面上的导热量就大为增加.答案：正确8、表冷器在湿工况卜，其外表面的换热系数比干工况增大了J倍。答案：正确9、喷水室后挡水板的作用是分离空气中夹带的水滴，减少喷水室的过水量。答案：正确10,二元混合物中组分A和组分B互扩散，则A向B和B向A的扩散系数相等。答案：正确三、填空题I、流体的黏性、热传导和质量O通称为流体的分子传递性质。答案：分子扩散2、二元混合气体作为理想气体用分子动力理论可以得出质量扩散系数与温度、压力关系为：DO。答案：D-P-TE3、按不同的工作原理，热质交换设备可分为：O、直接接触式、蓄热式和热管式。答案：间壁式4,O是产生质交换的驱动力，质交换有两种基本方式为分子扩散和对流扩散。答案：浓度差5、系数Da,V具有扩散的性质，它们的单位均为m%,它们分别称为O、热扩散系数和()。答案：分子扩散系数，动量扩散系数6、菲克扩散基本定律WA=-OAB乜(kgm2.s)中的"入为扩散物质A的()通量。当混合物以某一质平均速度U移动时，其坐标应取随整体平均速度的动坐标。答案：相对扩散7、雷诺类似率表述了对流传热、传质和摩擦阻力之间的关系，它们以准则数(Sh,Nu,Re,Pr,SC)形式的表述形式分别为NU=-LRePr、()2答案：Sh=-ReSc28液体吸收剂表面蒸汽压随温度的升高而O.答案：增大9,液体吸收剂表面蒸汽压随浓度的升高而O.答案：减小10、实验证明传热计算因子JH、传质计算因子JD以及摩阻系数Cf的关系为O.答案：JH=JD=G/2三、简答题1、什么是烧蚀冷却？答案：为了冷却表面，在物体的表面上涂上一层材料，当温度升高时涂层材料就会升华、熔化或分解，这些化学过程吸收热量，而反应所产生的气体的质量流从表面离去，从而有效地冷却壁面，这种冷却方法称为烧蚀冷却。2、什么是计算因子？答案：工程中为便于直接算出换热系数和传质系数，往往把几个相关的特征数集合在一起，用一个符合表示，称为计算因子。3、什么是扩散系数？答案：扩散系数是沿扩散方向，在单位时间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。4、为什么利用冷却塔冷却水的极限温度是空气的湿球温度？答案：当水的温度等于空气的湿球温度时，水分蒸发所需要的热量刚好等于空气传给水的热量，这时水向空气的总传热量为零，水的温度将不会再发生变化。故利用冷却塔冷却水的极限温度是空气的湿球温度。5、吸附除湿和表冷器除湿的优缺点如何？答案：吸附除湿的优点：(1)不需要对空气进行冷却也不需要对空气进行压缩；(2)噪声低：(3)可得到很低的露点温度.6,简述物理吸附的特点。答案：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。7,写出刘易斯关系式，并阐明其成立的条件。h答案：T=%条件：0.6<Pr<60:(2)O.6<Sc<3OOO:(3)以=一*1；(4)湍流8、什么是斐克定律？并写出其表达式。答案：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，这就是斐克定律。9、空气-水系统中刘易斯关系式成立的条件是什么？答案：(Do.6<Pr<60;(2)0.6<Sc<3(X)0;(3)i>=-1i(4)湍流Oas10、写出冷却塔设计计算中冷却数和特性数的定义式，并说明其物理意义。答案：冷却数：N=-,表示水温从：降到G所需要的特征数数值，代表了冷却负荷的大小。特性数：N'=/,匕，表示了冷却塔(淋水塔)所具有的冷却能力，与邻水装置的构造尺寸、散热性能及水、其流量有关.四、综合题1、从分子运动论的观点来分析扩散系数0与压力P、温度r的关系。答案：0尸产3。根据分子运动论的观点扩散系数随气体温度的升高及总压强的下降而加大。这可以用气体的分子运动论来解释、随着气体温度升高，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。2、如何理解热质交换中的渗透理论模型。答案：渗透理论认为，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.在Caw>Caf的条件下，流体质点经历上述过程又回到主流时，组分浓度由CAf增加到Ca1+ACa,流体质点在很短的接触时间内，接受表面传递的组分过程表现为不稳态特征。从统计的观点，则可将由无数质点群与表面之间的质量转移，视为流体靠壁薄层对表面的不稳态扩散传质过程。3、表冷器热工计算的基本原则是什么？答案：表冷器的热工计算的主要目的是要使所选择的表冷器能满足下列要求：1）该表冷器能达到的热交换效率系数应该等于空气处理过程需要的热交换效率系数；2）该表冷器能达到的接触系数应该等于空气处理过程需要的接触系数：3）该表冷器能够吸收的热量应该等于空气放出的热量。4,在id图上画出在假设的条件下（即与空气接触的水量无限大，接触的时间无限长），空气与水直接接触时所实现的七种典型空气处理过程。答案：5、为什么冷却塔的极限冷却温度是空气的湿球温度？答案：在冷却塔内，不论水温高于还是低于周围空气温度，总能进行水的蒸发，蒸发所消耗的热量以总是由水传给空气。而水和空气温度不等导致的接触传热0,的热流方向可从空气流向水，也可从水流向空气，这要看两者的温度以何者为高。而当水温继续下降到低于空气温度时，接触传热量Qa的热流方向从空气流向水，与蒸发散热的方向相反，于是由水放出的总热量为Q=Q"-Qj。若Q.>Q",水温仍将下降。但是Qy7渐趋减小，而Qa渐趋增加，于是当水温下降到某一程度时，由空气传向水的接触传热量等于由水传向空气的蒸发散热量，这时Q=Q*-Q。=O。从此开始，总传热量等于零，水温也不再卜降，这时的水温为水的冷却极限，此冷却极限与空气的湿球温度近似相等6,同一表面上传质过程如何影响传热过程？答案：由于传质的存在，传质速率的大小和方向影响了壁面上的温度梯度，从而影响了壁面上的总传热量。同时传质的存在对壁面热传导和总传热量的影响是方向相反的传质阿克曼修正系数C。>O,随着C。3总热量QJ,导热量Q/；传质阿克曼修正系数Co<0,随着ICOl3总热量01，导热量Q,b7、喷淋室热工计算的主要原则是什么？答案：喷淋室的热工计算任务，通常是对既定的空气处理过程，选择一个喷淋室来达到下列要求：1）该喷淋室能达到的热交换效率系数应该等于空气处理过程需要的热交换效率系数；2）该喷淋室能达到的接触系数应该等于空气处理过程需要的接触系数；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（或得到）的热量.8,试阐述空气与水直接接触时的热湿交换原理，并写出总热交换量的麦凯尔方程式。答案：空气与水直接接触时，在水的表面上会形成一个温度等于水温的饱和空气层。当主体空气的温度大于水的温度则空气向水侧传热，反之，水向空气侧传热。当主体空气的水蒸气分压力大于饱和空气边界层的，则主体空气的水蒸气向水侧扩散，反之，水侧的水蒸气向空气侧转移。与质交换相伴随的是潜热交换，潜热交换量等于汽化潜热乘以蒸发的水量。空气与水直接接触时的总热量交换等于显热交换与潜热交换。dQ=%l（i-QdA9、请写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。答案：dQ2=hnu,i-ih）dA麦凯尔方程表明，当空气与水发生直接接触热湿交换同时进行时，总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的皤差.上式中，dR为潜热和显热的代数和；i为主流空气的皤，ib为边界层中饱和湿空气的增，加力为湿交换系数或空气与水表面之间按含湿量之差计算的传质系数，dA为气水接触面积。10、请写出施密特和宣乌特准则数的定义式，并说明其物理意义。答案：SC=上，施密特准则数反映了流体动量传递能力和质量传递能力的相对大小。DSh=43,宣乌特准则数是以流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比来标志过程的相似特征,反映了对流传质的强弱.11、下图为理想情况F的空气与水直接接触时热质交换的状态变化过程，试填表说明A-KA-5,A-7过程的名称和换热特点。答案：过程线过程名称显热潜热忌始A-I冷却减湿JA-5增培加湿TtA-7加温加湿TT12、下图为理想情况下的空气与水直接接触时热质交换的状态变化过程，试分析A-l、A-3、A-4,A-7过程发生的原因，并说明其特点。答案：A-1：减湿冷却：当水温低于空气露点温度时，此时由于（，,和心4力，所以空气被冷却和干燥。A-3：减皤加湿：当水温高于空气露点温度而低于空气湿球温度时。此时由于九.心和乌3以，所以空气被冷却和加湿。A-4：等增加湿：当水温等于空气湿球温度而低于空气干球温度时。此时由于，=J和4q，所以空气被冷却和加湿。A-7：增温加湿：当水温高于空气干球温度时。此时由于和？7a，所以空气被加热和加湿。13、房间内干湿球温度计某天湿球温度计的读数为13*C在此温度下水蒸气的饱和分压力%为1599Pao空气的密度0=1.232kg/m3,空气的比热=1.005kJ(kgC),水蒸气的汽化潜热为2472.6kJkg,空气的气体常数为R=8.314J(molK)。试计算干球温度计的读数。答案：求出单位时间单位面积上蒸发的水量为叫=%(J湿球上蒸发的水量的热量等于空气传给湿球的热量：归必”)="%A结合刘易斯关系式维=一，设C,=0,则干空气的温度为：%?')+%=寿券PM2472.6×10318×10-3×1599=T*1-131.232×1.005×IO38.314x286=15.4()14、绝热饱和温度和湿球温度有什么不同？答案：1)是物理概念不同的物理量。2)绝热饱和温度是指有限最的空气和水接触，接触面积较大，接触时间足够充分，空气和水总会达到平衡.在绝热的情况下，水向空气中蒸发，水分蒸发所需的热量全部由湿空气供给，故湿空气的温度将降低。另一方面，由于水分的蒸发，湿空气的含湿量将增大。当湿空气达到饱和状态时，其温度不再降低，此时的温度称为绝热饱和温度。湿球温度是指湿球温度计测量的温度，一般用此温度来测最湿度。3)绝热饱和温度是湿空气的状态参数，而湿球温度不是。4)湿球温度在空调系统中温度变化不大下，与绝热饱和温度比较接近。15、冬季把室外空气处理到送风状态点的途径有哪些？答案：室外空气经空气预热器加热，加热后的增值等于机器露点的增值，然后喷水室喷循环水等增加湿到机器露点，然后由再热器加热到送风状态点.室外空气经空气预热器加热，加热后的温度等于送风状态点的温度然后喷水蒸气等温加湿到送风状态点。室外空气经空气预热器加热，加热后的温度等于机器露点的温度然后喷水蒸气等温加湿到机器露点，然后由再热器加热到送风状态点。室外空气经喷水室喷热水加热加湿到机器露点，然后由再热器加热到送风状态点。室外空气经空气预热器加热，加热后的熔值等于送风状态点的增值，然后一部分空气经喷水室喷循环水等嬉加湿到机器露点后与另一部分未经过喷水室的空气混合达到送凤状态点。