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1、3.3热量和质量同时进行时的热质传递,3.3.1 同时进行传热与传质的过程3.3.2 同一表面上传质过程对传热过程的影响 3.3.3 刘伊斯关系式 3.3.4 湿球温度的理论基础 3.3.5 自然环境中的传热传质,3.3.1 同时进行传热与传质的过程 在等温过程中，由于组分的质量传递，单位时间、单位面积上所传递的热量为：如果传递系统中还有温差存在，则传递的热量为；,薄膜理论,传质速率就可以分子扩散方程式来计算 在热量传递中也有膜传热系数,3.3.2 同一表面上传质过程对传热过程影响,有一股温度为t2的流体流经温度为t1的壁面。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N
2、A、NB。可以认为在靠近壁面处有一层滞留薄层，假定其厚度为，现求壁面与流体之间的热交换量。在y层内取一厚度为dy的微元体，在x、z方向上为单位长度,那么进人微元体的热流由两部分组成。,由温度梯度产生的导热热流为由于分子扩散，进入微元体的传递组分A、B本身具有的焓为：进入微元体的热流量等于流出微元体的热流量,两边除以膜传热系数h，得因为 再令：传质阿克曼修正系数(Ackerman Correction)边界条件为：,解上述二阶齐次常微分方程 壁面上的导热热流为,由图可知，当C0为正值时，壁面上的导热量明显减少，当C0值接近4时，壁面上的导热量几乎等于零。,因此由上式可知，因传质的存在，传质速率的
3、大小与方向影响了壁面上的温度梯度，从而影响了壁面上的传热量。,传质冷却技术,1 薄膜冷却 2 发散冷却 3 薄膜蒸发冷却 4 烧蚀冷却,当传质方向从流体主流到壁面，的值为负，此时壁面上的传热量就大为增加，冷凝器就是这种情况 冷凝器表面的总传热量为：根据契尔顿-柯本尔类似律,3.3.3 刘伊斯关系式,空调计算中，常用到刘伊斯(Lewis)关系式，这能使问题大能简化。这个关系式是路易斯在1927年对空气绝热冷却加湿过程中根据实验的结果得出的，后来考虑到在热质交换过程中存在着类比关系，这个关系式才由理论推导得出。根据契尔顿-柯本尔热质交换的类似律,考虑到空调计算中，用含湿量来计算传质速率较为 方便
4、因为在空调温度范围内，干空气的质量密度变化不大,对于水-空气系统，,刘伊斯关系式*刘伊斯关系式 成立的条件 1 0.6Pr60,0.6Sc3000 2 Le=,湍流热质交换过程,3.3.4 湿球温度的理论基础,热质交换的理论的最简单应用:湿球温度计湿球温度计头部被尾端进入水中的吸液蕊包裹。当空气流过时，大量的不饱和空气流过湿布时，湿布表面的水分就要蒸发，并扩散到空气中去；同时空气的热量也传递到湿布表面，达到稳定状态后，水银温度计所示温度为空气的湿球温度。1892,用湿球温度来测量湿度，当时许多人都在理论上对此现象研究过，但是他们得出的数据往往不一致，因而常引起争论。,假定与湿布接触之前空气的温
5、度为t,含湿量为d，焓值为i；稳定后湿球温度计的读数为twb，其对应的含湿量为dwb，焓值为iwb。当空气与湿布表面之间的热量交换达到稳定状态时，空气对湿布表面传递的热量为湿布表面蒸发扩散的水分量为,根据热平衡 根据刘伊斯关系式,采用级数把上式左边展开，由于湿球表面水分蒸发的量较小，即传质速率对传热过程影响不大，所以级数只取前两项,考虑到干、湿球温度相差不大，因此在此温度范围内，所湿空气的定压比热与汽化潜热都变化不大 根据湿空气焓的定义，可得,热质交换过程中，焓值不变。这个著名的结果首先是凯利亚在1911年提出的，这就是焓-湿图的基础。对于水-空气系统，当未饱和的空气流过一定量的水表面时，尽管
6、空气的温度下降了，湿度增大了，但其单位质量所具有的焓值不变 在焓-湿图中，不难看出湿空气的焓是湿球温度的单一函数，因此进行测试时，如何测准湿球温度是极为关键的,绝热饱和温度和湿球温度,物理概念不同的温度。绝热饱和温度是指有限量的空气和水接触，接触面积较大，接触时间足够充分，空气和水总会达到平衡。在绝热的情况下，水向空气中蒸发，水分蒸发所需的热量全部由湿空气供给，故湿空气的温度将降低。由于水分的蒸发，湿空气的含湿量将增大。当湿空气达到饱和状态时，其温度不再降低，此时的温度称为绝热饱和温度，常用符号ts表示。绝热饱和温度ts完全确定进口湿空气的状态，不受其它任何因素的影响，所以ts是湿空气的一个状
7、态参数。,将上列三式代入能量平衡方程式，同时除以,绝热饱和温度和湿球温度,实验数据表明，当湿空气的干球温度不是很大，且含湿量变化较小时，其湿球温度two与绝热饱和湿球温度ts数值很接近。例如当湿空气的干球温度为50，含湿量为 0.0159(或%)，此时，如果干球温度减小，差值也相应减小。由此可见，在水-空气系统中，这两种极限温度之间的差值是不大的，特别是在空调温度范围内完全有理由把这两个温度的值视作相等。绝热饱和温度ts指的条件一般是不常见的，实践中所以要重视这个温度，是因为在水-空气系统中，借近似式,就可利用焓湿图上的ts来代替twb。对于甲苯、乙醇等一些有机化合物，其湿球温度与水相反，总是要比绝热饱和温度高。,3.3.5 自然环境中的传热传质,3.3.5.1大气中水面蒸发及其测定水分质流密度“路基盘”,3.3.5.2季节变换和昼夜变化对 自然环境水面蒸发的影响,季节变换：春 夏 秋 冬,昼夜变化：中午 夜晚 深夜至凌晨 早晨,
