传热传质过程报告.pdf

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1、传热传质过程报告摘要：本文论述了传质冷却的机理和传质对传热的影响，建立了数学模型并推导出相应的计算公式。介绍了工程实际中传质冷却的应用和最新进展，列举了自然界中的热质交换实例并阐述了其传热传质机理。关键词：传质冷却传热直接蒸发冷却塔热管引言：在《传热学》中，把热量传递与质量传递当作独立的问题来分析，认为一个传递过程与其他传递过程互不相关。但是实际的换热过程中往往伴随着质量的传递，也就是说传热与传质是互相影响的。即使在等温过程中也会有热量的传递，因为随着质量的传递，物质本身的焓值将被带走，因而产生了热量的传递。蒸发冷却作为传质冷却

2、的一种，原理简单，传热传质效果好，应用广泛。夏天天气炎热，下过一场雨，空气温度会降低，这就是自然界中最常见的蒸发冷却。传质冷却机理如图所示，有一股温度为t2的流体流经温度为t1的壁面。在质量传递过程中，组分A、B从壁面向流体主流方向进行传递，传递速率分别为NA、NB。可以认为在靠近壁面处有一层滞留薄层，假定厚度为0。在滞留层内取一厚度为dy的微元体，进入微元体的热流由两部分组成。（1）由温度梯dt度产生的导热热流为：q1-（2）由于分子扩散，进入微元体的传递组分A、B本dy身具有的焓为：q2(NMcNMc)(t-t)M

3、、M是A、B的分子量；toAAP,ABBP,B0AB为焓值计算温度。在趋于稳定时，进入微元体的热流等于流出微元体的热流。因此有：2dt**dtdy(NMcNMc)dy02AAP,ABBP,Bdydy两边除以薄膜传热系数h，得2dt**dt(NMcNMc)02AAP,ABBP,Bdydy由于薄膜传热系数与薄膜厚度之间有关系h，定义传质阿克曼修正系数C=00**NMcNMcAAP,ABBP,B传质自壁面向主流，则C0>0，反之C0<0。h边界条件：y=0，t=t1；y=，t=t2，求解得到流体在薄膜层内的温

4、度分布为：0Cy0exp()10t(y)t(tt)121exp(C)10壁面上的导热热流为：dtC0qcy0h(t1t2)dyexp(C0)1在无传质时，C0=0,可知温度t为线性分布，传热量为：C0qlimh(tt)h(tt)qcc01212c,00exp(C0)1一般情形下：qCc0qexp(C)1c,00总热流量应为（导热+有传质时的热流通量）：**qq(NMcNMc)(tt)tcAAP,ABBP,B12C0h(tt)Ch(tt)12012exp(

5、C)10C0h(tt)121exp(C)0qtC0qcC0因此，而：，则有：q(C)q(C)t0c0qc,01exp(C0)qc,0exp(C0)1即传质的存在对壁面热传导和总传热量的影响是方向相反的。传质的存在影响了壁面上的温度梯度，从而影响了壁面上的传热量。在工程中，利用这个原理来防护与高温流体接触的壁面，研究发展了一些特殊的冷却方法。在导弹、人造卫星及空间飞船等飞行器进入大气层时，其表面由于和空气的摩擦而产生很高的温度。为了冷却表面，在飞行器的表面上涂一层材料，当温度升高时涂层材料就升华、融化或分解

6、，这些过程吸收热量，而反应所产生的气体的质量流从表面离去，从而有效地冷却壁面，此种方法称为烧蚀冷却。工程应用直接蒸发式冷却空调机直接蒸发冷却是指未饱和空气与循环水直接接触，水蒸发时从周围吸收汽化潜热而对空气进行冷却。下图为直接蒸发冷却空调机的结构简图、直接蒸发冷却空调系统原理图和焓湿图。当不饱和的空气与填料表面水膜直接接触时，在贴近水膜表面的地方或水滴周围，由于空气和水温差的存在以及水分子作不规则运动的结果，形成一个与水表面温度相等的饱和空气边界层；由于未饱和空气与边界层之间存在着温度差和水蒸汽浓度差或水蒸气分压力差，当水的温度

7、低于空气的温度而水表面的蒸汽分压力大于周围空气的水蒸汽分压力时，则空气向水传递显热，空气温度下降，水温上升，水表面边界层的水蒸气分子向空气中转移，即蒸发，使空气变湿润；水膜从周围吸收汽化潜热并在紧贴水膜表面形成对应于水膜温度的饱和空气层，饱和空气层中的水蒸气在水蒸气分压力差的推动下，向掠过水膜表面的不饱和空气中迁移，进行着以质量传递为形式的潜热交换。在这两个同时发生并互相耦合的热量及质量传递过程中，其方向及强度受多因素的影响，形成典型的空气－水蒸气－水两相多组分中伴随质量迁移的复杂传递过程。冷却塔冷却塔是用水作为循环冷却剂，从一

8、系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置；其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置，以保证系统的正常运行，装置一般为桶状，故名为冷却塔。