熱質交換原理與裝置複習重點
第一章緒論
三種傳遞現象的聯絡：當物質中存在速度、溫度和濃度的梯度時，則分別發生動量、熱量和質量的傳遞現象。動量、熱量和質量的傳遞，既可以是由分子的微觀運動引起的分子擴散，也可以是由渦旋混合造成的流體微團的巨集觀運動引起的湍流傳遞。
動量傳遞： 表示兩個作直線運動的流體層之間的切應力正比於垂直運動方向的速度變化率。不同的流體有不同的傳遞動量的能力，這種性質用流體的動力黏性係數來反映，其物理意義可以理解為，它表徵了單位速度梯度作用的切應力，反映了流體黏性滯性的動力性質，因此稱它為「動力」黏性係數。
，表示單位時間內通過單位面積傳遞的動量，又稱動量通量密度，n/㎡
能量傳遞：,q為熱量通量密度，或能量通量密度，表示單位時間內通過單位面積傳遞的熱量，j/(㎡.s)，負號表示熱量傳遞的方向是溫度梯度的負方向，或者說熱量是朝溫度降低的方向傳遞的。
質量傳遞：,它是指在無總體流動或靜止的雙組分混合物中，若組分a的質量分數的分布為一維的，則通過這個式子表示。為組分a的質量通量密度，表示單位時間內，通過單位面積傳遞的組分a的質量，kg/(㎡.
s)動量交換傳遞的量是運動流體單位容積所具有的動量，熱量交換傳遞的量是物質每單位容積多具有的能量，質量交換傳遞的量是擴散物質每單位容積所具有的質量也就是濃度。這些量的速率都分別與各量的梯度成正比。比例係數均表示了物體具有的擴散性質。
兩種傳遞係數的比較
分子傳遞係數ν, a, dab：1） 是物性，與溫度、壓力有關；2）通常各項同性。
湍流傳遞係數νt, at, dabt：1）不是物性，主要與流體流動有關；2）通常各項異性。
熱質交換裝置的分類
熱質交換裝置的分類方法很多，可以按工作原理、流體流動方向、裝置用途、傳熱傳質表面結構、製造材質等分為各種型別。最基本的是按工作原理分類。
（1）按工作原理分類（可參考書後思考題第二題）
熱質交換裝置按照工作原理分為：間壁式，直接接觸式，蓄熱式和熱管式等型別。
間壁式又稱表面式，在此類換熱器中，熱、冷介質在各自的流道中連續流動完成熱量傳遞任務，彼此不接觸，不摻混。（包括表面冷卻器、過熱器、省煤器、散熱器、暖風機、燃氣加熱器、冷凝器、蒸發器等）
間壁式換熱器種類很多，從構造上主要可分為：管殼式、肋片管式、板式、板翹式、螺旋板式等，其中前三種用的最為廣泛。
直接接觸式又稱混合式，在此類換熱器中，兩種流體直接接觸並且相互摻混，傳遞熱量和質量後，在理論上變成同溫同壓的混合介質流出，傳熱傳質效率高。（噴淋室及蒸汽噴射幫浦、冷卻塔、蒸汽加濕器、熱力除氧器等）
噴淋室的型別：噴淋室有臥式和立式、單級和雙級、低速和高速之分。此外在工程上還使用帶旁通和帶填料層的噴淋室。
立式噴淋器的特點是占地面積小，空氣流動自下而上，噴水由上而下，因此空氣與水的熱濕交換效果更好，一般是在處理風量小或空調機房層高允許的地方採用。
雙級噴淋室能夠使水重複使用，因而水的溫公升大、水量小，在使用空氣得到較大焓降的同時節省了水量。因此它更適宜於用在使用自然界冷水或空氣焓降要求較大的地方。雙級噴淋室的缺點是占地面積大，水系統複雜。
混合式換熱器的種類按用途不同，可分為以下幾種不同型別：冷卻塔、氣體洗滌塔（或稱洗滌塔）、噴射式熱交換器、混合式冷凝器
冷卻塔的構造：各種形式的冷卻塔，一般包括下面所述的幾個主要部分，這些部分的不同結構，可以構成不同形式的冷卻塔。（1）淋水裝置，又稱填料，作用在於能將進塔的熱水盡可能形成細小的水滴或水膜，增加水與空氣的接觸面積，延長接觸時間，以增進水氣之間的熱質交換。
淋水裝置可根據水在其中所呈現的現狀分為點滴式、薄膜式及點滴薄膜式三種。
（2）配水系統（3）通風筒（見下邊）
蓄熱式又稱回熱式或再生式換熱器，它借助由固體構件（填充物）組成的蓄熱體傳遞熱量，此類換熱器，熱、冷流體依時間先後交替流過蓄熱體組成的流道，熱流體先對其加熱，使蓄熱體壁溫公升高，把熱量儲存於固體蓄熱體中，隨即冷流體流過，吸收蓄熱體通道壁放出的熱量。
熱管換熱器是以熱管為換熱元件的換熱器，由若干熱管組成的換熱管束通過中隔板置於殼體中，中隔板與熱管加熱段，冷卻段及相應的殼體內窮腔分別形成熱、冷流體通道，熱、冷流體在通道內橫掠管束連續流動實現傳熱。
（2）按熱流體與冷流體的流動方向分類（可參考書後思考題第三題）
熱質交換裝置按照其內熱流體與冷流體的流動方向，可分為：順流式、逆流式、叉流式和混合式等型別。
順流式稱並流式，其內冷、熱兩種流體平行地向著同方向流動，即冷、熱兩種流體由同一端進入換熱器。
逆流式，兩種流體也是平行流體，但它們的流動方向相反，即冷、熱兩種流體逆向流動，由相對得到兩端進入換熱器，向著相反的方向流動，並由相對的兩端離開換熱器。
叉流式又稱錯流式，兩種流體的流動方向互相垂直交叉。
混流式，兩種流體的流體過程中既有順流部分，又有逆流部分。交叉次數在四次以上，可根據兩種流體流向的總趨勢，將其看成逆流或者順流。
順流，逆流區別：在進出口溫度相同的條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小；順流時冷流體的出口溫度總是低於熱流體的出口溫度，而逆流時冷流體的出口溫度卻可能超過熱流體的出口溫度。
（3）按用途分類有：表冷器、預熱器、加熱器、噴淋室、過熱器、冷凝器、蒸發器、加濕器、暖風機等
噴淋室的型別：噴淋室有臥式和立式、單級和雙級、低速和高速之分。此外在工程上還使用帶旁通和帶填料層的噴淋室。
立式噴淋器的特點是占地面積小，空氣流動自下而上，噴水由上而下，因此空氣與水的熱濕交換效果更好，一般是在處理風量小或空調機房層高允許的地方採用。 雙級噴淋室能夠使水重複使用，因而水的溫公升大、水量小，在使用空氣得到較大焓降的同時節省了水量。因此它更適宜於用在使用自然界冷水或空氣焓降要求較大的地方。
雙級噴淋室的缺點是占地面積大，水系統複雜。
冷卻塔的構造：各種形式的冷卻塔，一般包括下面所述的幾個主要部分，這些部分的不同結構，可以構成不同形式的冷卻塔。（1）淋水裝置，又稱填料，作用在於能將進塔的熱水盡可能形成細小的水滴或水膜，增加水與空氣的接觸面積，延長接觸時間，以增進水氣之間的熱質交換。
淋水裝置可根據水在其中所呈現的現狀分為點滴式、薄膜式及點滴薄膜式三種。2）配水系統3）通風筒
冷卻塔根據迴圈水在塔內是否與空氣直接接觸，分為乾式，濕式。根據熱質交換區段內水和空氣流動方向不同有逆流塔、橫流塔之分。
配水系統作用在於將熱水均勻的分配到整個淋水面積上，從而使淋水裝置發揮最大的冷卻能力。常用的配水系統有槽式、管式、池式
通風筒是冷卻塔的外殼，氣流的通道。
（4）按製造材料分類：金屬材料、非金屬材料及稀有金屬材料等。
思考題1、分子傳遞現象可以分為幾類？各自由什麼原因引起的？
答：分為三類：動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞現象。
動量傳遞：流場中的速度分布不均勻（或速度梯度的存在）；
熱量傳遞：溫度梯度的存在（或溫度分布不均勻）；
質量傳遞：物體的濃度分布不均勻（或濃度梯度的存在）。
2、熱質交換裝置按照工作原理分為哪幾類？他們各自的特點是什麼？
答：熱質交換裝置按照工作原理分為：間壁式，直接接觸式，蓄熱式和熱管式等型別。
間壁式又稱表面式，在此類換熱器中，熱、冷介質在各自的流道中連續流動完成熱量傳遞任務，彼此不接觸，不摻混。
直接接觸式又稱混合式，在此類換熱器中，兩種流體直接接觸並且相互摻混，傳遞熱量和質量後，在理論上變成同溫同壓的混合介質流出，傳熱傳質效率高。
蓄熱式又稱回熱式或再生式換熱器，它借助由固體構件（填充物）組成的蓄熱體傳遞熱量，此類換熱器，熱、冷流體依時間先後交替流過蓄熱體組成的流道，熱流體先對其加熱，使蓄熱體壁溫公升高，把熱量儲存於固體蓄熱體中，隨即冷流體流過，吸收蓄熱體通道壁放出的熱量。
熱管換熱器是以熱管為換熱元件的換熱器，由若干熱管組成的換熱管束通過中隔板置於殼體中，中隔板與熱管加熱段，冷卻段及相應的殼體內窮腔分別形成熱、冷流體通道，熱、冷流體在通道內橫掠管束連續流動實現傳熱。
3、簡述順流、逆流、叉流和混合流各自的特點，並對順流和逆流做一比較和分析。
答：順流式又稱並流式，其內冷、熱兩種流體平行地向著同方向流動，即冷、熱兩種流體由同一端進入換熱器。
逆流式，兩種流體也是平行流體，但它們的流動方向相反，即冷、熱兩種流體逆向流動，由相對得到兩端進入換熱器，向著相反的方向流動，並由相對的兩端離開換熱器。
叉流式又稱錯流式，兩種流體的流動方向互相垂直交叉。
混流式又稱錯流式，兩種流體的流體過程中既有順流部分，又有逆流部分。
順流和逆流分析比較： 在進出口溫度相同的條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小，順流時，冷流體的出口溫度總是低於熱流體的出口溫度，而逆流時冷流體的出口溫度卻可能超過熱流體的出口溫度，以此來看，熱質交換器應當盡量布置成逆流，而盡可能避免布置成順流，但逆流也有一定的缺點，即冷流體和熱流體的最高溫度發生在換熱器的同一端，使得此處的壁溫較高，為了降低這裡的壁溫，有時有意改為順流。
第二章傳質的理論基礎
7個基本的物理量：物質的量是國際單位制中7個基本物理量之一（長度、質量、時間、電流強度、發光強度、溫度、物質的量），它和「長度」，「質量」等概念一樣，是乙個物理量的整體名詞。單位為摩爾(mol)。
物質的量是表示物質所含微粒數(n)與阿伏伽德羅常數(na)之比,即n=n/na。它是把微觀粒子與巨集觀可稱量物質聯絡起來的一種物理量。
質量濃度：單位體積混合物中某組分的質量稱為該組分的質量濃度，以符號表示。它等於混合物中組分a的質量與混合物的體積v之比。
物質的量濃度c：單位體積混合物中某組分的物質的量稱為該組分的物質的量濃度，簡稱濃度。它等於混合物中組分a的物質的量，（kmol）與混合物的體積v之比
質量分數a：混合物中某組分的質量與混合物總質量之比稱為該組分的質量分數，以符號a表示組分a的質量分數，它等於混合物中組分a的質量與混合物的總質量m之比。
多組分的傳質過程中，ua、ub代表組分a、b的實際移動速度，稱為絕對速度。u代表混合物的移動速度，稱為主體流動速度或平均速度(以質量為基準)（若以摩爾為基準，用um表示）；ua-u及ub-u代表相對於主體流動速度的移動速度，稱為擴散速度。
熱質交換理論與裝置
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