（1）（2）（3）（4）（5）称为空气与水直接接触时的热湿交换基本方程式。
四、计算题（每题12分，共24分）
1. 在氧（A）通过静止气体一氧化碳（B）的一维稳态扩散系统中，压力为1bar，温度为0℃。已知2mm长的扩散途径两端氧的分压力分别为13000Pa和6500Pa，在给定状态下的扩散系数DAB = 1.87×10-6 m2/s。试计算氧的质量扩散通量。
解：已知
则
＝13000Pa，＝6500Pa；
＝100000－13000＝87000 Pa，＝100000－6500＝93500 Pa
平均分压强
则氧的质量扩散通量：
（6分）
（6分）
2. 一温度计的温包被湿布包覆。当压力为1.013×105Pa的干燥空气吹过该温包时，温度计示值为22℃。试计算干空气的温度。计算时取Sc/Pr = 0.845。
解：由于水从湿球纱布上蒸发带入空气的热量等于空气通过对流换热传递给湿球的热量，即：
而单位时间单位面积湿纱布上蒸发的水量：已知热、质传递同时存在的类比关系：综合上述几式，可得：代入数据，得：
（6分）
= 66.2℃ （6分）
即干空气的温度为66.2℃。
五、（12分）对表冷器给定已知条件：空气量G，空气初状态t1，ts1，终状态t2，ts2 ，冷水量W；求解内容：表冷器型号、台数、排数、冷水初温tw1、冷水终温tw2 。要求作焓湿图并给出热工计算原则。
解：表冷器的热工计算原则：
（1）该冷却器能达到的ε1应该等于空气处理过程所需要的ε1
（3分）
（2）该冷却器能达到的ε2应该等于空气处理过程所需要的ε2
（3分）
（3）该冷却器吸收的热量应该等于空气放出的热量
（3分）
作出焓湿图（3分）
注：如果将本题答案写成表冷器的热工计算步骤形式，只要包含上述三条计算原则，也可作为正确答案。
干空气的热物性( p = 1.01325×10Pa) 干饱和水蒸气的热物性 t (℃) 10 20 30 40 50
cp ρ 35
×10 (m/s) 14.16 15.06 16.00 16.96 17.95 26t (℃) 10 20 30 40 50 p×10 (Pa) 0.01227 0.02338 0.04241 0.07375 0.12335 -5r (kJ/kg) 2477.7 2454.3 2430.9 2407.0 2382.7 (kJ/(kg.K)) (kg/m) 1.005 1.005 1.005 1.005 1.005 1.247 1.205 1.165 1.128 1.093 中 原 工 学 院
建环01 热质交换原理与设备 课程期末试卷
一、填空题（共30分）
1、流体的粘性、热传导性和_质量扩散性__通称为流体的分子传递性质。
2、当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生切应力；温度分布不均匀时，分子传递的结果产生热传导；多组分混合流体中，当某种组分浓度分布不均匀时，分子传递的结果会产生该组分的_质量扩散_；描述这三种分子传递性质的定律分别是___牛顿粘性定律___、傅立叶定律_、_菲克定律_。 3、热质交换设备按照工作原理不同可分为_间壁式、_混合式_、_蓄热式_和热管式等类型。表面式冷却器、省煤器、蒸发器属于__间壁_式，而喷淋室、冷却塔则属于_混合式。
3、热质交换设备按其内冷、热流体的流动方向，可分为___顺流__式、_逆流__式、__叉流___式和__混合_____式。工程计算中当管束曲折的次数超过___4___次，就可以作为纯逆流和纯顺流来处理。 5、__温度差_是热量传递的推动力，而_浓度差_则是产生质交换的推动力。
6、质量传递有两种基本方式：分子扩散 和对流扩散，两者的共同作用称为__对流质交换__。 7、相对静坐标的扩散通量称为绝对扩散通量，而相对于整体平均速度移动的动坐标扩散通量则称为相对扩散通量。
8、在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中的组分A和组分B发生互扩散，其中组分A向组分B的质扩散通量mA与组分A的_浓度梯度成正比，其表达式为
mA??DABdCAkgm2?sdy；当混合物以某一质平均速度V移动时，该表达式的坐标应取___随整体移动
的动坐标__。
9、麦凯尔方程的表达式为：dQz?hmd?i?id?dA，它表明当空气与水发生直接接触，热湿交换同时进行时。总换热量的推动力可以近似认为是湿空气的焓差。
二、分别写出对流换热与对流传质的基本计算式以及式中各项的单位和物理意义；并指出当热质传递同时存在时，对流换热系数h和对流传质系数hm之间存在什么样的关系？（10分）
2答：（1）对流换热的基本计算式：q?h?tw?t??Wm
q
h
2——流体与壁面之间的对流换热热流通量，Wm； 2——对流换热系数，Wm?K；
tw,t? ——壁面温度，K。
对流传质的基本计算式：mA?hm??A,S??A,??
mA ——组分A的质扩散通量，kgm2?s； hm ——对流传质系数，ms；
?A,S,?A,?——组分在壁面处和在主流中的质量浓度，kgm3；
（2）当热质传递同时存在时，对流换热系数h和对流传质系数hm之间满足下列关系式：
2hhhm??Le3??cpLe3?cp或hm
?2三、下表以空气外掠平板的受迫对流为例，将二维稳态常物性层流条件下的对流换热与对流传质进行了类比，请将其补充完整。（20分） 控制方程 对流换热 ?u?v??0?x?y 对流传质 ?u?v??0?x?y ?u?u?2uu?v??2?x?y?y ?t?t?2tu?v?a2?x?y?y 微分方程 ?u?u?2uu?v??2?x?y?y ?CA?CA?2CAu?v?D?x?y?y2 ??CA??D???y???hm?CA,w?CA,????? y?0,u?0,v?vw?0,CA?CA,wy??,u?u?,CA?CA,???t??????y???h?tw?t????? 边界条件 y?0,u?v?0,t?twy??,u?u?,t?t? 假设条件 常物性流体 （1）组分A在空气中浓度很低 （2）界面法线方向速度可忽略不计 四、简述表面式冷却器处理空气时发生的热质交换过程的特点。（10分）
答：当冷却器表面温度低于被处理空气的干球温度但高于其露点温度时，空气只被冷却并不产生凝结水，此为等湿冷却过程（干冷）；当冷却器表面温度低于空气的露点温度时，空气不但被冷却且其中所含水蒸气也将部分凝结出来，此为减湿冷却过程（湿冷）；在湿冷过程，推动总热交换的动力湿湿空气的焓差，而不是温差。
五、空气与水直接接触时，在水量无限大、接触时间无限长的假象条件下，随着水温不同，可以得到如图所示的七种典型空气状态变化过程，请分析这七种过程的特点，然后将给出的表格填写完整。（15分） 过程线 水温特点 t A-1 d i 过程名称