1、完整版热质交换原理与设备习题答案第版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
2、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
3、，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
4、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：mAAuA , mBB uB , meAuA eB uB以扩散速度表示的质量通量：jAA (uA u), j BB (uBu)uB , jj Aj BeAu eA 1 (eA uAeBuB )aA ( mAmB )以主流速度表示的质量通量：eeB u aB (mAmB )2、答：碳粒在燃烧过程中的反应式为C O2CO2 ，即为 1 摩尔的 C 与 1 摩尔的 O2 反应，生成 1 摩尔的 CO2 ，所以 O2 与 CO2 通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散。
5、33、从分子运动论的观点可知：D p 1T 2两种气体 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：3D435.7T 21141110p(VA3VB3 )AB050273K 时各种气体在空气中的扩散系数D0 ，在其他 P、T若在压强 P1.013 10 Pa,T3DP0T2D0状态下的扩散系数可用该式计算P T0（1）氧气和氮气：V0225.6333210m /(kg kmol)o2VN 231.110 3 m3 /( kg kmol)N 22831110 4435.72982D32281.541052/ s11m1.013210 5(25.6 331.13 )2（2）氨气和
6、空气：P1.0132105 Pa T25273298KP01.0132105 Pa T0273KD0.21.013( 298) 230.228cm2 / s1.01322732-4、解：气体等摩尔互扩散问题D0.610 4(160005300)2N ARTz (PA1PA2 )8.314298 1010 30.0259 kmol /( ms)m2sR0通用气体常数单位： J/kmol K5、解： 250 C 时空气的物性：1.185kg / m,31.835 10 5 Pas,15.5310 6 m2 / s, D 00.22 10 4 m2 / s3D D0 P0T20.25 10 4 m2
7、 / sPT0Reuo d40.0820605v15.5310 6Scv15.531060.62D0.2510 4用式子（ 2-153）进行计算shm0.023Re0.83Sc0.440.023 206050.830.620.4470.95hmshmD70.950.2510 4d0.080.0222m/ s设传质速率为 G A ，则dGAd (dx)hm ( A sA )4d 2u0 (dA )du0dldxA2A04hmA1A sAldu0lnA sA14hmA sA22-6、解： 20时的空气的物性： （注：状态不同，D 需修正）1.205kg / m,31.81 10 5 Pa s,P0
8、T31.01310 5293324242DD0PT00.22101.0132 10 52730.2410m/ sReuo d 0.0531.2059990v1.81 10 5Sc1.8110 50.626D1.205 0.2410 4（1）用式 shm0.023Re0.83Sc0.44计算 hmhmshm D0.0239990 0.830.6260.440.2410 40.01875d0.0513（2）用式 sh0.0395 Re4 Sc3计算 hm310.24 10 4sh Dhm0.0395(9990) 4 (0.626)30.01621m / sd0.052-7、错解 ：氨在水中的扩散系
9、数 D 1.24 10 9 m2 / s ，空气在标准状态下的物性为；1.293kg / m,31.7210 5 Pas,Pr 0.708, cp 1.005 103 J /(kgk)1.7210 510727.74ScD 1.293 1.24 10 9由热质交换类比律可得2hm1Pr3hcpSc2hm1Pr3hcpSc56 0.7081.293 1001 10727.74237.04 10 5 m / s1）（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
10、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 3-1Sc13.2810 60.664D0.210 4Pr0.708D0.2 104 m2/s查表2 - 2)(P362hm1Pr3hcpSchSc2 / 3560.6642 / 3hm44.98m / s 161 10 3 m / hc pPr1.2931.0050.708Pi1053CCO2RT8314(273 25)0.04036kmol / m8、解：xN 2xCO2CN20.5CN 2CNCCOCCO222
11、M CO 2Pi441053CO2RT8314 2981.776kg / mM N2Pi281053N2RT83142981.13kg / maCO2CO20.611CO2N 2aN20.3899、解：（ a）已知 M A ， M B ， xA ， xBaAM AnA M AxA M AM AM BnA M AnB M BxA M AxB M BaBM BnB M BxB M BM AM BnA M AnB M BxA M AxB M B已知 aB ， aA ， M A ， M BmAaAxAnAM AM AnAnBmAmBaAaBM AM BM AM BmBaBxBnBM BM BnAnBm
12、AmBaAaBM AM BM AM BaO 2xO2 M O2320.3077xO2M O2xN2 M N 2xCO2 M CO232 28 44（b）aN20.2692 aCO20.4231aO21M O2xO 2320.3484aO2aN2aCO2111若质量分数相等，则M O 2M N2M CO2322844xN 20.3982 xCO20.253410、解；（a） O2 ， N 2 的浓度梯度沿垂直方向空气由上部向下部运动：（b） O2 ， N2 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。2L (r2 r1)AaVln r2G AN A AaVDAaV (C A1 C A
13、2 )2-11、解；zr11）柱形： Aav2 L( r2r1) ,V1 d 2 Lr24lnr1球形： Aav 4r1r2 ,V4d 332） d=100mm 为内径，所以 r1=50 ，r2=52若为球形 A av=0.033，质量损失速率为 1.46 10-12kg/s；压力损失速率 3.48 10-2Pa/sD(CA1C A 2 )10 9(0.020.005)1.5 1082-12N A1103kmol /(m s)、解：z1） j A 为 A 的质量扩散通量， kg/m2s；JA 为 A 的摩尔扩散通量kmol/m 2s；2）题中氢氦分子量不同2-13、解：氨 - 空气DO0.21
14、0 4 m2 / s, P01.013105 Pa ,T0273K ,T350K , PP03DDO P0T 20.2 104350PT0273氢 空气320.29 10 4 m2 / sDO0.51110 4 m2 / sDO P0T33503D2420.742 1042PT00.511 10273m / s2-14 溶解度 s 需先转化成摩尔浓度：C A1sPA1510 30.031.510 4 kmol / m 3G AN A AavDAavC A1C A21093 510402.25 1010kmol / sZ1.50.01M A G A M A 2.25 10 10 18 4.05 10 9 kg / sAaV2L(r2r1)20.5 10 30.124m2ln r2ln202-15、解、r119.5320kmol / m3C A1sPA11602C A2sPA21600.116koml / m3GADAaV(C A1C A 2 )1.810 11 0.124(32016)1.357 10 6z10 60.510 310 6 kg / skoml / s质量损失 GA1.35722.71416、解：CO2 和 N2在 25 0C时，D0.167104m2/ s扩散系数PA1 PA2（ 100-50 ） 10 3 13.61039.86664 Pa
