答：斐克定律克：在浓度场不随时间而变的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A和B发生互扩散，其中组分A向组分B的扩散通量与组分A的浓度梯度成正比，其表达式为：
mA??DABdCAdnkgm2?sNA??DABAkmolm2?sdydy或
mA ，NA－分别为组分A的相对质扩散通量和摩尔扩散通量；
dCAdnA,dydy——分别为组分A的质量浓度梯度和摩尔浓度梯度； DAB ——组分A向组分B中的质扩散系数，单位m2/s；
当混合物以整体平均速度v运动时
四、在什么条件下，描述对流传质的准则关联式与描述对流换热的准则关联式具有完全类似的形式？请说明理由。（10分）
答：如果组分浓度比较低，界面上的质扩散通量比较小，则界面法向速度与主流速度相比很小可以忽略不计时，描述对流换热系数和对流传质的准则关联式具有完全类似的形式。此时，对流换热与对流传质的边界层微分方程不仅控制方程的形式类似，而且具有完全相同的边界条件，此时对流换热和对流传质问题的解具有完全类似的形式。 五、写出麦凯尔方程的表达式并说明其物理意义。（5分）
zmdd答： 麦凯尔方程表明，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。
mA??DABdCAkgm2?s?Vc,Ady
dQ?h?i?i?dA上式中，dQz为潜热和显热的代数和；i为主流空气的焓，b为边界层中饱和湿空气的焓，md为湿交换系数或空气与
水表面之间按含湿量之差计算的传质系数。 ______。 名词解释
热舒适性（人体对周围空气环境的舒适热感觉）、绝热饱和温度(绝热增湿过程中空气降温的极限)、传质通量（单位时间通过垂直与传质方向上单位面积的物质的量）、扩散系数(沿扩散方向在单位时间每单位浓度降的条件下，垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数、)空气调节（利用冷却或者加热设备等装置，对空气的温度和湿度进行处理，使之达到人体舒适度的要求）、新风（从室外引进的新鲜空气，经过热质交换设备处理后送入室内的环境中）、回风（从室内引出的空气，经过热质交换设备的处理再送回室内的环境中）、露点温度(指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下冷却到饱和时的温度)
、机器露点(空气在机器上结露产生凝结水的温度值)
、分子传质(由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象)（扩散传质）、对流传质(：是流体流动条件下的质量传输过程)、质量浓度(单位体积混合物中某组分的质量
)、浓度边界层（质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层）、速度边界层(质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流层中，该流层即为浓度边界层 )、热边界层流体流动过程中.在固体壁面附近流体温度发生剧烈变化的薄层 、雷诺类比（对流传热和摩擦阻力间的联系）、宣乌特准则数(流体传质系数hm和定型尺寸的乘积与物体的互扩散系数（Di）的比值)、施密特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的扩散系数（D）的比值 )、普朗特准则数(流体的运动黏度（v）与物体的导温系数a的比值)
《热质交换原理与设备》试卷 一、简答（4×5=20分）
二、试写出斐克定律的普遍表达形式并举例说明其应用（20分） 二、试比较分析对流传质与对流传热的相关准数之间的关系（20分） 三、试讨论空气与水直接时的状态变化过程（20分）
ihh?cp 三、试推导空调计算中常用的刘伊斯关系式hmd
（20分）
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四、分析说明动量、热量和质量三种传递现象之间的类比关系（20分） 四、简述换热器热工计算常用的计算方法（20分）
五、分别讨论空气在夏季、冬季热质处理的方案，并加以说明（20分）
一、 简答题，简要说明理由（每题5分，共30分） 1.对流传质系数的数学定义与物理意义是什么？ 2.施密特数的定义与物理意义是什么？
3.为什么动量、热量和质量的传递公式可以统一用FD????Cd?表示？ dy4.引入浓度概念，将三传的本构方程改写成浓度的表达式。已知三传本构方程
dCdudt????,q???,mA??DAB?A
dydydy5.将纸张通过加热蒸汽加热的筒使之干燥，指出纸张的传热传质过程。
6.你可能听说过，放到冰箱中的温水要比冷水结冰快，试基于传热和传质角度考虑此事是否有可能？ 二、填空题（共20分）
1. (2分)已经各组份的摩尔质量μi和摩尔数ni，则组份i的质量分数ai表达式为( )。
2. (2分)已知传热因子JH，传质因子JD和摩阻系数Cf,按照柯尔本类比它们满足( )的关系式。 3. (4分)空气与水直接接触时，，水温tw，空气湿球和露点温度ts、tL，当( )时，显热和潜热都是由水流向空气。当( )时，显热和潜热都是热流相反，总交换热是方向是 ( )，当( )时，总交换热量为0，水温不变，
4. (2分)对于管内的层流传质，假设从进口就是充分发展流动，在管内壁面处的传质通量是恒定时，则对流传质的Sh=( ).
5. (2分) 刘易斯准则表示温度分布和( )的相互关系，施密特准则表示速度分布和( )的相互关系 6. (2分)对流传热规律可用Nu?f?Re,Pr?表示，按照相似理论，在传质与其相似时，对流传质规律可用( ).表达式表示。
7. (2分)初温为的t0水放在干、湿球温度分别为ta,ts的环境中，则其稳定温度为( ). 8. (4分)组分A从平表面蒸发到组分B中。假定浓度边界层中组分A的浓度分布为
*CA(y)?D?y2?E?y?F，其中D、E和F是常数，为方向和壁面垂直。用上述常数、自由流中A的浓度CA∞以及
质量扩散系数DAB表示的对流传质系数为hm（ ）. 三、作图题（每题10分，共20分）
1空气与水直接接触时（空气是欠饱和状态），假定与空气接触的水量无限大，接触时间无限长，全部空气都能达到具有水温的饱和状态点，在以下条件下，在i-d图上划出相应的过程线，分析热质交换过程中空气显热、潜热和总热是增还是减少，将结果填在下表中。 1） 水温tw等于空气露点温度tL 2） 水温tw等于空气湿球温度ts 3） 水温tw等于空气干球温度tA Qx Qq Qz 过程线 水温特点 过程名称 2下图是除湿型新风空调系统工作原理图，图中1是蒸发冷却器，2是热交换器，3是家热器，4是除湿器，试在空气
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温度和湿度坐标图上画出响应的空气处理过程，并简单扼要介绍这种系统的优点。
四、计算题（每题15分，共30分）
1大家知道，在晴朗的夜晚，空气温度不需要降到0度以下地上的一层水就会结冰，对于有效天空温度为-30℃，以及由于风引起的对流传热系数h=25W/(m2.K)的晴朗的夜晚，讨论这样的水层，可假定水的发射率为1，并就热传导而言认为它和大地绝热。黑体的辐射常数??5.67?10W/m?K?8?24空气的密度为1.295kg/m3，定压比热1.005Kj(/kg℃，?。
汽化潜热hfg=2501kJ/kg).
1） 忽略蒸发，确定不发生结冰的空气最低温度。 2） 对于给定条件，计算水蒸发的传质系数hm。
3） 现在考虑蒸发的影响，不发生水结冰的空气最低温度是多少？空气假定是干空气。
3.10bar和27度的气态氢放在直径为100mm的钢制容器中。钢壁内表面的氢的浓度为1.5kmol/m3，外表面氢的浓度可忽略。氢在钢材中的质量扩散系数为0.3?10?12m2/s，求开始时通过钢壁的氢的质量损失速度和压力下降速度。
2009~2010学年第二学期期末考试《热质交换原理与设备》试卷（A）
一、简答题、推导题
1、写出动量、热量和质量的分子扩散的定律及通用表达式 10分 发生动量传递。
???dud(?u)??dydy(????)
d(?u)dy——动量浓度的变化率
?u ——动量浓度，单位体积内流动的动量在y方向上的变化率。
传热、傅立叶定律
d(?Cpt)dt?d(?Cpt)q???????ady?Cpdydy
d(?Cpt)dy
——焓浓度的变化率
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?Cpt——焓浓度，单位体积内流体的焓在y方向上的变化率。
λ——导热系数 a ——热扩散系数 q ——热流通量
传质、斐克定律
mA?DAB?dCA*dy
A组分密度混合物密度
?ACA*——质量百分数 ?mA??DABd?Ady
?为常数时
dpAdy——质量浓度的变化率，密度的变化率
DAB——A在B中的扩散系数 mA——质流通量
这三个表达式从“分子扩散”机理的角度说明了三传的类比性。
?传递的量??传递的量的速率?比例常数??u??单位体积流体的动量,焓,质量
传递的量的传递速率正比于传递的量的变化率，从而为通过传热来研究物质提供了可能性。
d?FD?'??C
dy2、混合物的质量分数与摩尔分数表示方法及互换关系 5分 质量分数：
摩尔分数：
xA?aA*MAxA? nAn?aAaB????M*M*??B? ?AdCACA?NA?NB? ?dzCNA??DdCAdz
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3、推出气体中稳态扩散过程的等分子反向扩散通量方程 10分
NA??D等分子反向扩散NA??NB得出：
NA?D?pA1?pA2??zRT
4、推导传质微分方程 15分
输入流体微元的质量速率+反应生成的质量速率=输出流体微元的质量速率+流体微元内积累的质量速率
m?A,conv?m?A,dif?m?A,g?m?A,st
???[???(????An)???(DAB)??A?n?]dV?V???AAdV
V?t
??A(?????A?)???(DAB)???A
?tA?n
5、写出施密特准则数和宣乌特准则数及他们的物理含义 施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr)
Sc??Di
ν: 流体的运动粘度（即动量传输系数） α：物体的导温系数（即热量传输系数）数
①联系动量和质量传递的相似准则
②表示速度分布和浓度分布的相互关系。 ③体现了流体的传质物性。
舍伍德准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢尔特准则数(Nu)
Sh?hm?lDi
α: 对流传热系数 λ：物体的导热系数 l : 定型尺寸系数 hm: 对流传质系数 Di：物体的扩散系数
6、解释析湿系数 10分 换热扩大系数ξ
?dQzdQ
xdQz?dQx?dQq
dQz?[h?t?tb??rhmd(d?db)]dA
7、冷却塔热质交换的特点 10分
10
Di：物体的扩散系 ?