热质交换原理与设备课后题答案第二版1.doc

第一章第一章绪论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） 第二章热质交换过程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J 击 —. tA/-t 曰.、帘 曰'mAauaMbBuB,m eAuA eB^B以绝对速度表小的质量通量：J 牛宀 ifcQ、击 ―. tA/-t 曰.、帘 曰、jAa(ua u),jB b(ub u)ub, j jA j以扩散速度表小的质量通量：I、| -4^ 彳去、击 rip： -7=^ ~. tAAt FP 曰.、帘 曰'eAu1eA — Gaua Cbub) aA(mA mp)e以主流速度表小的质量通量：eBUaB(mAmB)2、 答：碳粒在燃烧过程中的反应式为 C °2 C°2，即为1摩尔的C与1摩尔的°2反应, 生成1摩尔的C°2，所以°2与C°2通过碳粒表面边界界层的质扩散为等摩尔互扩散3、 答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。

动量、热量和质量的传递， （既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递）动量传递、能量传递和质量传递三种分子传递和湍流质量传递的三个数学关系式都是类 似的4、答：将雷诺类比律和柯尔本类比律推广应用于对流质交换可知，传递因子等于传质因子2 2JH JD ~ SPr' Stm①②参t且可以把对流传热中有关的计算式用于对流传质, 数及准则数用c, a D, D,Pr对流传质中Sc, Nu Sh , St只要将对流传热计算式中的有关物理相对应的代换即可，如：Stm③当流体通过一物体表面,热系数h计算传质系数hm并与表面之间既有质量又有热量交换时， 同样可用类比关系由传2丄Le3ehm-可编辑修改 -VDiLe SPr刘伊斯准则vDvaaD表示热量传递与质量传递能力相对大小热边界层于浓度Sc5 :答：斯密特准则表示物性对对流传质的影响，速度边界层和浓度边界层的相对关系边界层厚度关系6、从分子运动论的观点可知：Ds P1T23两种气体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:3- 435.7T2 H 厂 4亍 J— — 103 A B1p(Va3 Vb3)若在压强Po1.013 105Pa,T。

状态下的扩散系数可用该式计算273K时各种气体在空气中的扩散系数 Do，在其他P、T3D P0 TD0? T0(1)Vn2氧气和氮气：3 310 m /(kg kmol)10 m /(kg kmol)2982 . 1 12 2825.631.1435.751.0132 10(2)氨气和空气:To 273K°2N2322810 45 21.54 10 m / s1 1 ~(25.63 31.13)25P 1.0132 105Pa T 25 273 298K P0 ^0132 10 Pa0.2Na7、解：31.013 298 2 2 /( )2 0.228cm /s1.0132 2730.6 10 4 (16000 5300) 2PaJ 3 0.0259kmol /(m s)8.314 298 10 100小8、解：25 C时空气的物性：6 215.53 10 m /s, D0320.25D0PReUodvSc用式子(2-1531.185kg/m,320.22 10 m /s1.835 10 5 Pa s,4 210 m / s0.0815.53 10615.53 10— 0.62 0.25 10shm206050.023 Re0'83Sc0'44 0.023)进行计算设传质速率为Ga，则hms^D 70.95 0.25 100.08206050.83 0.620'44 70.954—0.0222m/sdG ad (dx )hm(7d2u0(d a)dxdu 04hmA2A1du4h：lnA1A s A20 —9、解：20 C时的空气的物性:1.205kg / m,33T 21.81 105Pa s,1.013 105105293hmPT01.0132u°d0.05 3 1.2059990v1.81 10 551.81 100.626D1.205 0.24 10 4用式 shm 0.023Re0.83Sc0.44 计算 hmshmD0.830.023 99900.440.626P0ReSc(1)0.24d0.22 10427310 4hm0.0510.0395 r/4Sc3 计算 hm3「 - 4shD 0.0395(9990) 4(0.626)3 0.24 10 4 d用式sh0.059 210、解：氨在水中的扩散系数 D 1.24 10 m31.293kg/m,320.24 10 4m2/s0.018750.01621m/s空气在标准状态下的物性为;51.72 10 Pa s, Pr 0.708,Cp 1.005 10 3 J /(kg k)51.72 10' D 1.293 1.24 10 910727.74由热质交换类比律可得2hm 1 Pr 3Cp Sc11、解：定性温度为hm丄h cpt 25 20 tg物性= 1.195kg/mPrSc查表得：Do=0.22DoP)TT。

Uo20Re用式shm561.2931001 10727.7420708 ' 7.04 105m/s22.5 C,此时空气的= 15.295 10-6m2/s-4 210 m/s, 25°C饱和水蒸汽的浓度3v 0.02383kg/m30.22104迪1.01323298 2 40.25 10 m/s27320d2 3.14 0.02523600 1.195 36004u0d 9.48 0.025— 石 1548815.295 106(2--153 )计算0.83 0.44 0.83 0.440.023 Re Sc 0.023 15488 0.61 55.66,Sc D9.48m/s逬册0.61hmd455.66 0.24 100.0255.566 10 2m/s设传质速率为GA，则"Ad(dx)hm( As A)2u°(d A)duoidx0 4hmA2A1 A s A020 C时，饱和水蒸汽的浓度A sA2 As 4Lexp(严) du0As 0.0179kg /m3Ai12、Re—dA1Ai°.003「佃 3.571 0.003103kg/m3代入上面的式子得：400C时，空气的物性解:U°lA20.01193kg/m33=1.128kg/m ,因此,—2.23g/kgA16=16.96 10- m2/s1.1816.96 106106xc转折点出现在对此层流---湍流混合问题，应用式(2-157R 5—,l 4.24mR' 1.18 10e0 D查表2 — 4得，定性温度为35 C时，16.96106歸0・64 SL4D 0.288 101548.9LhmL ShL10D O P0[0.0374.462每m池水的蒸发速率为30 °C 时，as 0.03037kg/m3;40 0C时，asnA hm A s A s4.46 10 3 (0.03037)sn3T兀T7(1.18(0.037 Re0'8 870) Sc 30.264 10 4 m2 /s106)0'8 870]30.64 1548.910 3m/s0.05116kg/m30.5 0.05116) 2.1410513、解：在稳定状态下，湿球表面上水蒸发所需的热量来自于空气对湿球表面的对流换热, 即可得以下能量守衡方程式h(T Ts) hfgAH2°其中hfg为水的蒸发潜热H2°hmT Ts hfg 曽(H.°SH2°H2°h1CpPSc又 查附录2 — 1，当Ts= 35 0C时，水蒸汽的饱和蒸汽压力Ps 5808于是PsMH2°RTs5808 188314 30830.0408 kg / m30-可编辑修改-14、解：h(T Ts) r nH2。

r hm( S26°C,tS 200C查表2 — 1 ,当ts200C时水蒸汽的饱和蒸汽压力FS 2330Far 2454.3kJ/kgJ 260CPsMh2o233818RTs8314 2930.01727kg，时定性温度为V 1ts2230C,1.193kg/m'Cp 1.005kJ /(kg k)PSc1.19711.0059.5910 4d1 d Shrhm(TTs)d 1.1930.0172726 201 d42454700 9059 10r105Cco2 10.04036 kmol / md=12.5g/kg15、解：2 RT8314(27325)Cp由奇科比拟知CN20.55Cn2 Cco2XN2 XCO2Cn。