《热质交换原理和设备》第三版习题答案.docx

第一章绪论I、等，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）：热此传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）：质地传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。2、解：热质交换i殳备按照工作原理分为：间雕式直接接触式，节热式和热管式等类型. 间壁式又称外表式，在此类换热潞中，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,不一混. 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挎混，传递热状和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传麻效率高。 舒热式又称I可热式或再生式换热港它借助由固体构件填充物）组成的港热体传递热量，此类换热怒，热、冷流体依时间先后交酋流过蓄热体殂成的流道，热波体先对其加热，使蓄热体壁温升高.把热耐储存于固体符热体中,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，由假设干热管组成的换热管束通过中隔板汽于光体中.中隔板与热管加热段,冷却段及相应的光体内穷腔分别形成热'冷流体通道.热、次流体在通道内横掠管束连续流动实现传热.3,解，fc式乂称井麻大，K内冷,热蚪种流体平行地向苔同方向浦.动，即冷.拄蚂种海体由同一常遇人接热耕一逆淞&*用种流体也是平帘辐m曲的ft动存向粕晶即冷两相fe体逆向流必,由相片奔到两饿溟入搅热器，向群相反的力向流动，井由相对的酒端离JF换热;, 支流式乂称清流式,两种灌体的涎均务向与机垂K算插， _j1.!J.rtiJii'UU鼬油U（j1.41.1.Njii山-UdUMt1.wkK_11.iiiiiiuXiBTTT-I111.V*.-J-IU>bVI.IT.,»1.ry11/1V.TVa-»-1W1.IJ*VI1.*»»»,T. 陂流和蚓扮折tJ表进n屡-，样的条件下，-逆流的平均孤:k哧反的平均i小1.th-冷流体的&j淘国自足华体的出7如麻酗时;斜ft体的虫UA奕如可能超过热灌体的J1.沿度，以此来存.热峡交换器应当尽朵病蹩域逆湃,嗣用可能防止布翌成流.但逆淹也rWd77k,凶m益泌独4£凶心；：口可心4扭"围|，；1.岑:一扯竺UM加HH:至汨&'，白：一I7x«.,r*<,iFJ"I."»；11TTJit11Ut111.r*»I.TIIHT11/vTVT<-T'J,VI1.'I"11K,ArJ为了降低达茎的监温，玄忖存意也为顷新，第二章传质的理论根基I.答:单位时间通过乖正与传质方向I二单位面枳的勒质的牛称为传质通方,传侦通面等I传质速度与浓度的乘积.以绝对速度表示的质量通fit叫'=0M"'%=PBuB，m=e.4%+%以扩散速度表示的质量通fit八=%（%_"），%=PB（UR-U）UBJ=b+JbUM=C,"此+5/=%"%+%）以主流速度表示的质量通fib1.e2、密：碳粒在燃烧过程中的反响式为0+°?=c2,即为I摩尔的C与1庠尔的4反响，生成I摩尔的C°2.所以Q与CO2通过碳粒外表边界界层的质扩散为等摩尔互扩敢.33、从分子运动论的观点可知：Ds/尸丁两种气体A与B之间的分子扩敢系数UJ用吉利'提出的半经历公式估算：假设在压龙/=°"jd°'P",Z）=273K时各种气体在空气中的扩散系数，在其他P、iH工FT状态下的扩散系数可用该式计算P1.TJ（I）氧气和氮气：（2）氨气和空气：2-4.解：气体等摩尔互扩散问题×103=2.59×105kmo111即通用气体常数单位：Ikmo1.K5、解：25°C时空气的物性：P=1.185/;n.,=1.835×1（）'Pa.«,用式子（2-153）进展计算设传侦速率为G»,则26、解：209时的UT的物性：1注：状态不同，D就修正）用式泡=°°23R了5"“计算九用式M=00395K,%+计算%2-7、IMF：在水中的扩小系数&=1，24*10-加/$,空气在标准状态下的物性麴由热质交换类比很可得eI）（第3版P25）用水Ift收气的过程，气相中的、H3（Ia分A）逋过不扩散的空气（Ifi分H）,扩散至气液相界面，然后溶于水中，所以D为、H3在空气中的犷散2）刘舄斯关系式只对空气水系姚成立，J1.tMMK空气系统，计算时类比关系不能防化.3）定压比儡的单位是JkK正解：组分A为NH3.组分B为空气,空气在（C时物性参数查附录3-1根据NTU和Cr的值，变图612或按式(6-44)计算得。=0.77(7)求所需要的与井与上面的£：时比，i-J=0.01._o50r而.所以假设"一土C适宜，于是在此趣的条件下，得到空气得到终笏数为q=9.5"Ck=9.3"C/,=27.5kJkg(8)求冷吊及终温根据公式(5-9)可得Q=6,67×(55.8-27.5)=188.76KW第7章混合式热质交换设备的热工计算1，解；混合式换热器按用途分为以下几种类型：冷却塔洗涤塔喷射式热交换器混合式冷凝'&a,冷却塔是用自然通风或机械通风的方法,将生产中已经提高了温度的水进展冷却降温之后循环使用，以提高系统的经济效益。出洗涤塔是以液体与气体的H接接触来洗涤气体以到达所需要的目的，例液体吸收气体混合物中的某些组分除净气体中的灰尘,气体的增湿或枯燥等.c、喷射式热交换器是使压力较高的流体由喷管喷出，形成很高的速度，低压流体被引入混合室与射流直接接触进展传热传质，并一同进入扩敌管，在扩散管的出口到达同一压力和淑度后送给用户.d、混合式冷凝器一般是用水与蒸汽宜接接触的方法使减汽冷凝.最后得到的是水与冷瞅液的混合物，或衔环使用，或就地排放，2,解；湿式冷却塔可分为：(1)开放式冷却塔(2)M筒式自然冷却塔(3)鼓风逆流冷却塔抽风逆流冷却塔、抽昆横流冷却塔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，我冷却效果要受到风力及风向的影响，水的微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展传热.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,稳定可捷。3、悔:冷却塔的主要部件及作用：(1)淋水装置,又称填料，作用在于将进塔的热水尽可能的形成细小的水滴或水璇,增加水和空气的接触面积，延长接触时间，从而增进水气之间的热质交换，(2)配水系统，作用在于将热水均匀分配到整个淋水面枳上,从而使淋水装置发挥拼人的冷却能力.KWa;，.(3)通风筒：冷却塔的外壳气流的通道.4、解：由空气的初状态=35"C,%=27"C可查i-d图得”=85kJk由2=20''C,G=95%变id图得4=55.5kj/kgG(*,-,j)=WCdJZ)10000(85-55.5)=12000x4.19('""16)'=21.9°C即唉淋水后的水温为21.9°C由“=1."C,=5,Cz2=13.©-100%忆查id图得'=18.6kJk>,fj=36.6kJkGMJ)=WCdf-%)10000(36.6-18.6)=12000X4.19(16-Q)k-12.4即第二种穷困感情况下喷淋后水的温度为12.4°C5,解：时空气进展加湿冷却过程，使空气由1.=21"C,d=9k.变为1.=21."C,d=10fk状态.先对其进展等培加湿,再等器加湿或先等温降i,在等淑加湿.6、解:措施:(1)喷嘴不是双排的改为双排。(2)单排时，喷水方向可改为逆明，双排时可改为对喷,三排时应为一顺二逆。理论上是可通过降低喷水水温来提高其热交换效率值的.但实际上不可以,因为喷水水温愈低,我们要设置价格较贵的制冷设备,这个不合理.8 (.(r%=5""","=13个"M排),p=2,8kg(m2s)9 8=2.3m/s双排对喷.所以喷淋室断面风速2(2)根据空气的初参数和处理要求可得需要的喷淋空接触系数为该空气的处理过程为冷却枯燥过程，根据网录(5-8)吉得相应的喷淋室的接触系数所以0.875=0.755(3片4严0.875=0.755(2.8),m2严A=J09所以总喷水凝U="c=1.(K)X30200=32918kgh(3)由附录(5-8)查出喷淋室”实验公式，并列方程式/=I-X1.=O.745(3)，H(4)由t','查i-d图得4=64.5kJkg,，2=41.9kJkgTwfITT7根据热平衡方程(5-83)得Pcz->-z.)(5)联立得，解的JC(6)求唉嘴前水压：根据条件知喷淋室断面为：两排喷嘴的总呜咻数为：N=2nApx13×3=78所以每个喷喷的喷水量为：根据每个喷喷的喷水St422kg.h及喷嘴孔径“=5”",查图545,可得喷嘴前所需的水压为：1.7a1.m(工作压力)(7)需要的冷冻水法为：可得循环水里为：(8)咀力计算,空气在档水板断面上的迎面风速由(5-87)得前后用水板阻力为由5-89的水苗阻力为9、解：由=9'匕6=30'J=22'%i-d图如'=18""C,则依据式(5-90)可求出新水温下的喷水系数为：f于是可得新条件下的喷水埴为：W-1.27X30200=38345kgh利用新的'=1.27,叫=9“C求71=1-=0.745(p)°w畔所求的问题求'一%代入数据得:所以=1。9由卬“-/J=咐力相抵表5-4,当4=288,=22"C由于4未知.故西设az=2.87代入上式有：整理得；2°也=20。联立©并求得=20TJ)小=I-=0.755(t)n497由.代入数据得由q=20.1.°C,查表5-4得a?=2.87所以空气的参数为二20.“。水的终温为20.8°C第8度复合式热质交换设备的热工计算1.空气冷却除湿有什么特点答：原理：利用湿空气被冷却到铎点温度以下，将冷凝,一"水脱除的除湿方法,又称露点法或冷冻法：空气冷却器除湿或喷淋室除湿的方法属于冷却除湿：1.x'缺点：/仅为降温,表冷器中冷媒温度为20C左右即可：为除I-1.1湿.冷媒温僮降低到7C以下，使制冷机COP降低。无法使用自然冷海：再热、双曳能乐浪贾：格菌2、说明空气调节方式中热源独立处理的优缺点。答：优点：D热湿负荷分开处理,即采用独立除湿以消除潜热，独立降温以消除显热：由于不承担湿负荷，冷冻水的温度为1518C.高于室内的睇点温度，不会产生凝水，从而消除了室内的一大污染源.提高了军内空气品质.2）再生器可以采用低温热源驱动,可方便实现能信储存，尤其适合以城市热网连续均匀供热作热源，3）减小电能消耗，有效馒解用电愤峰谷现象，优化城市能源构造“4）整个装置在常长下运行.旅转部件少,噪声低、运行维护方便：缺点：对湿度的控制不够准确.有时候会造成室内温度过干：本钱较高;3、然发冷却器可以实现哪些空气处理过程答：直接蒸发冷却器：在降低空气温度的同时,使空气的含湿fit和相对湿度有所增加实现了加海，等熔过程.间接蒸发冷却器：实现的便不再是等培加湿降温过程，而是犍培等湿降温过程，从而得一，以防止由于加湿,而把过多的湿Ift带人室内.A4、蒸发冷却器的工作过程有什么特点什么条件下使用较好z答：1）H接蒸发冷却器是利用淋水埴料层Hs接与待处理空气接触来冷却空气.适用于低/湿度地区，如我国海拉尔一一在降低空气温KWd；，.度的同时.使空气的含湿fit和相对湿度有所增加,实现了加湿.等培过程.2）间接蒸发冷却器是利用一股辅助气流先羟喷淋水（新环水）直接蒸发冷却，温僮降低后，再通过空气一空气换热潞来冷却恃处理空气（即准备迸入空内的空气），并使之降低温度。所实现的便不再是等培加湿降温过程，而是然培等湿降温过程，从而得以防止由于加湿，而把过多的宏灵带入室内.适用于低湿度地区和中等湿度地区，要求较低含湿敏或比熔的场合.5,液体除湿涔分为哪儿类各有什么特点1）绝热型除湿擀：在空气和液体除湿剂的流动接触中完成除湿,除湿器与外界的热传递很小，可以忽略,除湿过程可近似看出绝热过程.2）内冷里除湿器：除湿器中空气和液体除湿剂之间进展除湿的同时，破外加的冷源所冷却，借以带走除湿过程中所产生的港热，该除湿过程近似于等温过程。6、常用的固体除湿空调系统为哪些各自的工作原理和特点是什么答：图8-37,8-38和8-397,答：款水空调吸入怖得新鲜空气通过盐水，吸收其中的潮气、花粉和冢气之类的污染物，同时还能吸收空气中含的热埴，“后使空气和水一起喷洒.利用水的蒸发吸热特性,使温度降到12-C,这种空圜不需要压缩机.所以其耗能也就战少一半.因此这种空调处理的空气的品质更而，更能给人以舒适感，同时也更节能。常规空调具有盐水空调所不具有的特点：常规空询体枳小，占地面枳少：常规空调的材料要求低，它无需像盐水空调那样要求无期，同时盐水空调有污染,对盐水处理时,可能对环境有影响.第9章牯项交换设备的优化设计及性能评价1、解：任何一个优化设计方案都要用一些相关的物理技和几何出来表示.H1.于设计问题的类别和要求不同，这些属可能不同,但不管届种优化设计,都可将这些信分成给定的和未给定的两种。未给定的那些球就籥要在设计中优选，通过时他们的优选。最终使目标函数到达最优值.热质交换设备的优化设计，就是要求所设计的热质交换设备在满足一定的要求下,人们所关注的一个或数个指标到达最好.2、性能评价方法及优缺点：（1）单一性能评价法：可直观地从能及的利用或消耗角度描述了热质交换设爵的传热或阻力性能,给实用带来了方便,易为用户所承受，但在应用上有其局限性,而且可能顾此失彼。只能从能录利用的数IS上，并且常是从能量利用的某一方面来衡值其热性能.（2）传热M;与波动阻力损失相结合的性能评价法：它把传热信与EH力损失结合在起一个指标中加以考虑了，可以时比不同热质交换设备之间或热防交换设备传热强化前后的热性能的上下,但此指标只能从能值利用的数崎上来反映热质交换设备的热性能.(3)墉分析法提出使用淄产单元数Ns作为评定热旗交换设备热性能的指标，此一方面可以用来指导热顺交换设备的设计，使它更接近于热力学上的理想情况：另一方面可以从能源合埋利用角度来对比不同的形式热质交换设备传热和流动性能的优劣-它物热质交换i殳备的热性能评价指标从以往的能量数比上的衡价提高到能琏质吊:上的评价(4)一分析法从能沆的历显上综合桧虑传热与流动的影响而口也能用于优化设计.何分析法是从可用能的被利用角度来分析的e值愈大愈好,但实用不方便。(5)纵向对比法结果对比明确,具有一定的实用价值,但还不好全面.(6)两指标分析法此种分析方法可得到一些有卷考价伯的结论，它为于换热设备的优化，特别是解决肋片管装换热器的优化问题,提供了一个良好的思路与方法，但此种方法也存在一些局限性需要的关系或获得也有一定困难.也要求一系列准确可靠的经济参数.(7)热经济学分析法它是种把技术和羟济融为一体，用热力学第：定律分析法与经济优化相结合的热经济学分析法。对一个系统或一个设备作出全面的热经济性评价.热经济学分析法牵涉面很广,对比复杂,使用中还有一种目前所提出的各种方法中最为完善的方法.