一、填空(18分,1分/空)
1、 双向扩散、单向扩散 2、削弱 3、静态制冰方式、动态制冰方式 4、焓差 5、水温等于空气的湿球温度;水温等于空气的露点温度;水温等于空气的干球温度。 6、间壁式、直接接触式 7、热交换效率系数; 接触系数。 8、静态吸附、动态吸附
9、相变潜热热、呈等温或近似等温过程 10对流传质 二、简答题(42分)
1、 试简要分析珠状凝结(滴状凝结)换热系数比膜状凝结高的原因。(4分) 答:珠状凝结时壁面除液珠占住的部分外,其余裸露在蒸气中,因此可认为换热是在蒸气和液珠表面和蒸气与裸露的壁面之间进行的。(2分)
液珠的表面积比所占的壁面大很多,而且裸露的壁面上无液膜热阻,因此珠状凝结具有较高的传热系数。(2分)
2、 试写出施米特准则数和刘易斯准则数的定义式(用公式表示时要注明公式中各
量的含义),并说明其物理意义。(6分)
答:1)施米特数=?/D,其中ν——运动黏度,m2/s;D——扩散系数,m2/s。 物理意义:表示动量扩散厚度与浓度扩散厚度的相对大小,反映流体物性对传质的影响。(3分)
2)刘易斯准则数=a/D,其中a——导温系数,m2/s;D——扩散系数,m2/s。 物理意义:温度分布和浓度分布的相互关系(3分) 3、 试述传热效能的定义及其物理意义。(4分)
答:传热效能定义为冷热流体中在换热器中的实际温度差值中的大者和流体在换热器中可能发生的最大温度差值的比值。(2分)
意义:换热器中实际的换热量和最大可能的换热量之比。(2分) 4、 简述用对数平均温差法进行换热器校核计算的一般步骤。(8分)
答:1)假定t1’’(热流体出口温度) ,根据热平衡方程求出t2’’ (热流体出口温度),以及传热量Q1。(2分)
2)根据换热器形式,算出相应工作条件下的K,由四个温度,求出对数平均温差。 3)由传热方程求出传热量Q2。(2分)
4)如果Q1、Q2差别较大,说明上述假设t1’’不正确,需要重新假设,重新计算。(一般认为两者之差小于2~5%)。(2分)
5、 试简述空调系统中采用蓄冷装置的优点是什么?(10分) 答:1)供电电网负荷的移峰填谷。(2分) 2)节省空调装置的运行费用。(2分) 3)减小空调冷、热源设备的安装容量。(2分) 4)在供电量不足的情况下满足建筑物的空调要求。(2分) 5)控掘现有冷热源设备的潜力以满足扩大的空调负荷要求。(2分)
6、 试写出传质通量的定义并说明质量通量的几种表示方法及他们之间的关系?(6
分)
答:传质通量的定义:指单位时间内通过垂直于传质方向上的单位面积的混合物中
1
某一组分的物质数量。(2分)
质量通量的表示方法有:以绝对速度表示的质量通量、以相对速度表示的质量通量和以质量平均速度表示的质量通量。(2分)
它们之间的关系是:以绝对速度表示的质量通量等于以相对速度表示的质量通量和以质量平均速度表示的质量通量的和。(2分)
7、 图1是某液体吸湿剂溶液浓度-蒸汽压关系曲线,请根据该图说明液体吸湿剂表
面蒸汽压的变化特点以及利用液体吸湿剂除湿空气相对湿度变化的特点。(4分) 答:1)、溶液表面蒸汽压相同温度下,随浓度升高而下降;相同浓度下随温度升高而增加。(2分) 2)、同一平衡相对湿度对应的浓度近似相等和温度基本无关。浓度不同平衡相对湿度不同。(2分) 三、计算题(40分)
1、 半径为r0的萘球在纯净的空气中进行准稳态扩散。空气的压力为p,温度为Tk。
整个过程可视为等温过程。萘在空气中的扩散系数为D,萘球表面的蒸气压为pAs,通用气体常数用R表示。 1) 请证明萘球表面的扩散通量表达式为NA?Dpp(10分) lnRTr0p?pAs2) 试推导空气中萘球完全蒸发完所需要的时间。(10分) 解:1)该扩散为组分通过静止组分的扩散过程:
NA??dpADp (1)
RT(p?pA)dr对扩散过程中扩散面积是变化的准稳态扩散过程:NAAr=GA=常数,既: NA =
GA (2) 4?r2由(1)(2)得:
NA??DpdpAG?A2(5分)
RT(p?pA)dr4?r0Dp分离变量积分得:?RTGA故:GA?PAS?dpAdr??
(p?pA)r04?r2?r04?Dppln RTp?pAsGADppln= (5分) 24?r0RTr0p?pAs2
所以:NA0 =
2)萘球表面的扩散通量和萘球的质量变化率的关系如下:
NA?(?d(?AV)Dpp )4?r2?lnMAd?RTrp?pAs4?d(?A?r3)Dpp3)4?r2?ln所以有:NA?(
MAd?RTrp?pAs??AdrDpp (5分) ?lnMAd?RTrp?pAs0分离变量积分:
r0??RT?ApDpMAlnp?pAs2?rdr??d?
0所以
??RT?ADpMAlnpp?pAsr0 (5分) 22、299k的纯水以0.65m/s的流速流过一水平放置的苯甲酸固体平板(板前缘光滑,
5
对流动没有扰动),其长为1m。已知临界雷诺数为5×10,299k时水的物性参数为
3-3
密度996.7kg/m;动力黏度为0.8737×10Pa.s;苯甲酸在水中的扩散系数为1.24
-9
×10㎡/s。
求:苯甲酸平板上的平均对流传质系数。
解:1)计算苯甲酸平板板长为定型尺寸的雷诺数:
ReL?xu0???1?0.65?996.755?7.42?10?5?10 为紊流边界层 (3分) ?30.8737?102)计算施米特数
?0.8737?10?3Sc????707 (2分) ?9D?D996.7?1.24?10?3)计算平均传质系数
由于在苯甲酸平板前缘为层流,逐渐发展到紊流边界层,因此:
Sh?(0.037ReL4/5?870)Sc1/3?(0.037?(7.42?105)4/5?870)?7071/3
=8621 (3分)
hm=DSh/L=1.24×10×8621/1=1.07×10m/s (2分)
-9
-5
3、用表冷器处理空气,已知空气的初参数:干球温度t1=25.6℃ , 湿球温度ts1=18℃,
3
焓值i1=50.9kJ/kg。表冷器的进水温度tw1=6℃。表冷器的析湿系数ξ=1.37,热交换
,
效率ε1=0.74,接触系数ε2=0.947,空气的比热取1.01kJ/kg℃。(10分) 试求表冷器出口空气的干球温度t2,湿球温度ts2,及焓值i2。 解:1)求t2
由热交换效率的定义式?1?t1?t2得:
t1?tw1t2?t1??1(t1?tw1)?25.6?0.74(25.6?6)?11.1℃ (3分)
2)求ts2 由?2?1?t2?ts2得:
t1?ts1ts2?t2?(1??2)(t1?ts1)?11.1?(1?0.947)(25.6?18)?10.7℃ (4分)
3)求焓值 由??i1?i2得:
cp(t1?t2)i2= i1-ξcp(t1-t2)=50.9-1.37×1.01×(25.6-11.1)=30.84 kJ/kg (3分)
4
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