水和空氣熱交換總結(jié)

水和，水在不同保溫措施下的散熱速率，水在不同溫度下的散熱速率在電熱水器的應用總結(jié)

傳熱是指由于溫度差引起的能量轉(zhuǎn)移，又稱熱傳遞。由熱力學第二定律可知，凡是有溫度差存在時，熱就必然從高溫處傳遞到低溫處，因此傳熱是自然界和工程技術(shù)領(lǐng)域中極普遍的一種傳遞現(xiàn)象。

根據(jù)傳熱機理的不同，熱傳遞有三種基本方式：傳導、對流和熱輻射。熱傳導又稱導熱，若物體各部分之間不發(fā)生相對位移，僅借分子、原子和自由電子等微觀粒子的熱運動而引起的熱量傳遞稱為熱傳導。熱傳導的條件是系統(tǒng)兩部分之間存在溫度差，此時熱量將從高溫部分傳向低溫部分，或從高溫物體傳向與它接觸的低溫物體，直至整個物體的各部分溫度相等為止。熱傳導在固體、液體、和氣體中均可進行。

熱對流，流體各部分之間發(fā)生相對位移所引起的熱傳遞過程，簡稱對流。熱對流僅發(fā)生在流體中。在流體中產(chǎn)生對流的原因有二：一是因流體中各處的溫度不同而引起密度的差別，使輕者上浮，重者下沉，流體質(zhì)點產(chǎn)生相對位移，這種稱為自然對流；而是因泵（風機）或攪拌等外力所致的指點強制運動，這種稱為強制對流。在傳熱過程中，常常遇到的并非單純對流方式，而是流體流過固體表面時發(fā)生的對流和熱傳導聯(lián)合作用的傳熱過程，即是熱由流體傳到固體表面的過程，通常稱為對流傳熱。對流傳熱的特點是靠近壁面附近的流體層依靠熱傳導方式傳熱，而在流體主體中則主要依靠對流方式傳熱�？梢�，對流傳熱與流體流動狀況密切相關(guān)。雖然熱對流是一種基本的傳熱方式，但是由于熱對流總伴隨著熱傳導，要將兩者分開處理是困難的，因此一般并不討論單純的熱對流，而是著重討論具有實際意義的對流傳熱。

熱輻射，因熱的原因而產(chǎn)生的電磁波在空間的傳遞。所有物體（包括固體、液體、氣體）都能將熱量以電磁波形式發(fā)射出去，而不需要任何介質(zhì)，也就是說它可以在真空中傳播。自然界中一切物體都在不停地向外發(fā)射輻射能，同時又不斷地吸收來自其他物體的輻射能，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮�。由于高溫物體發(fā)射的能量比吸收的多，而低溫物體則相反，從而使凈熱量從高溫物體傳向低溫物體。

當未飽和空氣和自由水水面相接觸時，由于自由水面的水蒸氣分壓力比未飽和空氣的水蒸氣分壓力高，于是產(chǎn)生液面水汽蒸發(fā)。水分蒸發(fā)成水汽時，要吸收大量的顯熱，就導致空氣溫度下降，整個過程是空氣中的顯熱量轉(zhuǎn)變成水汽的潛熱量的一種熱交換。

飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向低壓力的空氣流動，當水和空氣接觸時，一方面由于空氣和水的直接傳熱，另一方面由于水蒸氣表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，將水中的熱量帶走。也就是水和空氣之間明顯存在著水分子的濃度差和動能壓力差，水分子不斷地向空氣蒸發(fā)，成為水蒸汽分子，剩余的水分子的平均動能就會降低，從而使水的溫度下降。可以看出，蒸發(fā)降溫與空氣的溫度（通常說的干球溫度）低于或高于水溫無關(guān)，只要水分子能不斷地向空氣中蒸發(fā)，水溫就會降低。但是，水向空氣中的蒸發(fā)不會無休止地進行下去。當與水接觸的空氣不飽和時，水分子不斷地向空氣中蒸發(fā)，但當水氣接觸面上的空氣達到飽和時，水分子就蒸發(fā)不出去，而是處于一種動平衡狀態(tài)。蒸發(fā)出去的水分子數(shù)量等于從空氣中返回到水中的水分子的數(shù)量，水溫保持不變。由此可以看出，與水接觸的空氣越干燥，蒸發(fā)就越容易進行，水溫就容易降低。

傳導速率的公式來源如下：

以三層圓筒璧的熱傳導推導多層壁的熱傳導，三層壁圓筒如下圖1-1所示：假設各層間接觸良好，各層的導熱系數(shù)分別為l1、l2、l3，厚度分別為b1=(r2-r1)、b2=(r3-r2)、b1=(r4-r3)。若將串聯(lián)熱阻的概念應用于Q=Sml(t1-t2)=Sml(t1-t2)（1-1）

br2-r1

，則三層圓筒的導熱熱速率方程式為：

Dt+Dt+DtQ=123（1-2）

b3b1b2++l1Sm1l2Sm2l3Sm3

2pL(r2-r1)2pL(r3-r2)式中Sm1=,Sm2=,r2r3lnln

r1r2

S=2pL(r4-r3)m3rln4r32pL(t1-t2)2pL(t1-t4)同理，由式Q=r可得：Q=1r1r21r4（1-3）23lnln+ln+lnr1l1r1l2r2l3r3t1-tn+1Q=對n層圓筒璧，熱量傳導速率方程式為：nbi（1-4）

i=1liSmiC;不銹鋼的導熱系數(shù)：0C：（搪瓷的導熱系數(shù)：0.8273~1.163W/m×

16.28W/m×C，100C：17.45W/m×C）

對圓筒璧的穩(wěn)態(tài)熱傳導，通過各層的熱傳導速率都是相同的。

熱水器保溫水箱由內(nèi)膽、保溫層、水箱外殼三部分組成。水箱內(nèi)膽是儲存熱水的重要部分，其用材料強度和耐腐蝕性至關(guān)重要。市場上有不銹鋼、搪瓷等材質(zhì)。保溫層保溫材料的好壞直接關(guān)系著熱效率和晚間清晨的使用，在寒冷的東北尤其重要。目前較好的保溫方式是進口聚氨脂整體自動化發(fā)泡工藝保溫。外殼一般為彩鋼板、鍍鋁鋅板或不銹鋼板。

當我們知道各層的導熱系數(shù)l，我們就能利用公式（1-4）知道不同材質(zhì)的散熱速率，以及在不同的保溫措施下的散熱速率。當然可以通過公式計算得出熱水器保溫水箱的散熱速率。

以下列舉熱水器產(chǎn)品的一些參數(shù)和規(guī)律。

史密斯熱水器：42度左右最節(jié)能，用水量大或家庭多人洗浴時將加熱溫度設為最高75度，或者提前一小時或一個半小時加熱。內(nèi)膽：金桂內(nèi)膽（史密斯專利），保溫層：無氟聚氨脂，外殼：工程塑料。型號：CEWH-PEZ6

a.MAX雙模2合1系統(tǒng)速熱/儲熱2合1，即開即洗，多倍量熱水b.金圭特護加熱棒

c.中溫保溫,更聰明更節(jié)能的保溫方法d.洗浴時段定時，熱水無需等待e.即時加熱,使用更靈智

f.低功率加熱,用電高峰期避免家中電器同時啟動造成的電表負荷大而跳閘g.控制器自動休眠，仍顯示關(guān)鍵信息，便捷又節(jié)能h.超厚保溫層，高效又節(jié)能

i.斷電記憶功能,避免重設（時鐘除外）j.無線遙控,掌控熱水生活k.全彩高清LED顯示屏

l.額定最大功率3000W，201*W/3000W可調(diào)m.設定溫度范圍（℃）：35-75n.額定水壓（Mpa）：0.8

海爾電熱水器：40-45度最節(jié)能，使用可以耐壓的內(nèi)膽，在內(nèi)膽上安裝加熱部件和溫控部件，使用加熱管對內(nèi)膽的水加熱，到達設定溫度后，溫控部件會自動切斷電源。使用時利用自來水的壓力將內(nèi)膽的熱水壓出，通過混合閥調(diào)節(jié)適合自己的水溫進行洗浴。

（1）型號：A5隱藏儲熱式40升電熱水器FCD-HX40CI(E)

a.中溫保溫：

b.使溫度維持在38-40度之間，避免反復加熱，縮短加熱的時間c.鎂棒、內(nèi)膽鋼板、搪瓷粉末d.加熱方式：雙管加熱e.最高溫度(℃)75f.英格萊800不銹鋼加熱管

（2）型號：博睿變頻增容100升電熱水器ES100H-B3(E)a.快速熱水，隨需而變

b.速熱/儲熱二合一技術(shù)，一人洗浴時，選擇半膽速熱，既提升了加熱速度，又避免了加熱整膽水造成的浪費；全家人洗浴時，選擇整膽加熱，熱水源源不斷。

變頻增容，大幅提升出熱水量

c.在速熱/儲熱二合一技術(shù)基礎(chǔ)之上，特別搭載“雙核接力”加熱系統(tǒng)。兩根加熱體分別對上層水位和下層水位交替循環(huán)預熱，熱量在內(nèi)膽里充分釋放，大幅提升出熱水量，讓您想洗多久就洗多久。d.綠色環(huán)保暢享低碳生活。

e.中溫保溫:40℃臨界保溫，更節(jié)能，既免去反復加熱的浪費，又縮短了再次加熱的時間，滿足您省時省電的雙重需求。

美的電儲熱水器：內(nèi)膽：搪瓷，保溫層：聚氨脂，水箱外殼：鋼板，當多人洗浴或用水量大的時候可將溫度設定在最高溫度，高端產(chǎn)品也可設置為一人洗浴或多人洗浴，控制系統(tǒng)能自行控制水溫。室溫30度時，每隔一小時水溫下降1-1.5度。

（1）型號：D30L

a.速熱產(chǎn)品，3000W加熱，只需等待10.5分鐘即可享受溫暖沐�。ㄟM水溫

度25度情況下）；

b.藍鉆內(nèi)膽，抗爆、抗溶、抗酸，使用壽命長，經(jīng)久耐用c.全自動控制：自動補充冷水，自動加熱；

d.采用防干燒、防超溫、防漏電、防高水壓等多重保護裝置以及IP×4級

防水設計，安全有保障；

e.超長低熱負荷發(fā)熱管，使用壽命更長(2)型號：F16C（數(shù)顯）

a.四位數(shù)碼管顯示產(chǎn)品，大功率1650W；

b.節(jié)能設計：中溫保溫/夜電技術(shù)/預約定時，三大節(jié)能保證；電量顯示，洗

浴用電量一目了然，節(jié)能省電看得見；加厚聚氨脂整體發(fā)泡技術(shù)，保溫節(jié)能效果更好；

藍鉆內(nèi)膽，抗爆、抗溶、抗酸，使用壽命長，經(jīng)久耐用；

安全預警：專利防電墻技術(shù)，徹底解決各類環(huán)境漏電問題，監(jiān)控用電環(huán)境，時刻確保洗浴安全；

全自動控制：自動補充冷水，自動加熱；配用優(yōu)質(zhì)溫度控制器，工作可靠，控溫準確；

采用防干燒、防超溫、防漏電、防高水壓等多重保護裝置以及IP×4級防水設計，安全有保障；

c.d.e.f.g.

擴展閱讀：熱質(zhì)交換原理與設備知識點考題

填空題

1、有空氣和氨組成的混合氣體，壓力為2個標準大氣壓，溫度為273K，則空氣向氨的擴散系數(shù)是1。405*10-5m2/s。

有空氣和氨組成的混合氣體，壓力為4個標準大氣壓，溫度為273K，則空氣向氨的擴散系數(shù)是m2/s。

2、有一空氣和二氧化碳組成的混合物，壓力為3個標準大氣壓，溫度為0℃，則此混合物中空氣的質(zhì)擴散系數(shù)為0.547*10m/s。

3、噴霧室是以實現(xiàn)霧和空氣在直接接觸條件下的熱濕交換。

4、當表冷器的表面溫度低于空氣的露點濕度時，就會產(chǎn)生減濕冷卻過程。5、某一組分的速度與整體流動的平均速度之差，成為該組分的擴散速度。2、冷凝器的類型可以分為水冷式,空氣冷卻式(或稱風冷式)和蒸發(fā)式三種類型.

3、根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，冷凝器可以分為、和三類。（水冷，空冷，水空氣冷卻以及靠制冷劑蒸發(fā)或其他工藝介質(zhì)進行冷卻的冷凝器。）3、冷卻塔填料的作用是延長冷卻水停留時間，增加換熱面積，增加換熱量.。均勻布水。將進塔的熱水盡量細化，增加水和空氣的接觸面，延長接觸時間，增進水汽之間的熱值交換4、冰蓄冷空調(diào)可以實現(xiàn)電力負荷的調(diào)峰填谷(均衡)。

5、吸附式制冷系統(tǒng)中的脫附吸附循環(huán)裝置代替了蒸汽制冷系統(tǒng)中的壓縮機裝置。

6、劉伊斯關(guān)系式文中敘述為h/hmad=Cp劉伊斯關(guān)系式文中敘述為即在空氣一水系統(tǒng)的熱

-52

質(zhì)交換過程中，當空氣溫度及含濕量在實用范圍內(nèi)變化很小時，換熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)之間需要保持一定的量值關(guān)系，條件的變化可使這兩個系數(shù)中的某一個系數(shù)增大或減小，從而導致另一系數(shù)也相應地發(fā)生同樣的變化。

7、一套管換熱器、誰有200℃被冷卻到120℃，油從100℃都被加熱到120℃，則換熱器效能是25%。

8、總熱交換是潛熱交換和顯熱交換的總和。

9、吸收式制冷機可以“以熱制冷”，其向熱源放熱Q1，從冷熱吸熱Q2，消耗熱能Q0，則其性能系數(shù)COP=Q1-Q2/Qo。

10、冬季采暖時，蒸發(fā)器表面易結(jié)霜，融霜的方法有電除霜、四通閥換相除霜、排氣溫度除霜

1、當流體中存在速度、溫度、和濃度的梯度時，就會分別產(chǎn)生動量、熱量和質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。

2、鍋爐設備中的過熱器、省煤器屬于間壁式式換熱器。

4、總壓力為0.1MPa的濕空氣，干球溫度為20℃，濕球溫度為10℃，則其相對濕度為。6、某翅片管換熱器，表面對流換熱系數(shù)位10W/m2K，翅片表面溫度為50℃，表面流體溫度為30℃，翅片效率為2.5，則換熱器的熱流密度為W/m2。

12、一管式逆流空氣加熱器，平均換熱溫差為40℃，總換熱量位40kW，傳熱系數(shù)為40W/(m2.℃)則換熱器面積為25m2。

8、潛熱交換是發(fā)生熱交換的同時伴有質(zhì)交換（濕交換）空氣中的水蒸氣凝結(jié)（或蒸發(fā)）而放出（或吸收）汽化潛熱的結(jié)果。

1、流體的粘性、熱傳導性和質(zhì)量擴散通稱為流體的分子傳遞性質(zhì)。

2、當流場中速度分布不均勻時，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生切應力；溫度分布不均勻時，分子傳遞的結(jié)果產(chǎn)生熱傳導；多組分混合流體中，當某種組分濃度分布不均勻時，分子傳遞的結(jié)果會產(chǎn)生該組分的質(zhì)量擴散；描述這三種分子傳遞性質(zhì)的定律分別是牛頓粘性定律、傅里葉定律、菲克定律。3、熱質(zhì)交換設備按照工作原理不同可分為間壁式、直接接觸式、蓄熱式、熱管式等類型。表面式冷卻器、省煤器、蒸發(fā)器屬于間壁式，而噴淋室、冷卻塔則屬于直接接觸式。

3、熱質(zhì)交換設備按其內(nèi)冷、熱流體的流動方向，可分為_順流_式、逆流_式、_混合流_式和_叉流_式。工程計算中當管束曲折的次數(shù)超過_4__次，就可以作為純逆流和純順流來處理。5、_溫差_是熱量傳遞的推動力，而_焓差_則是產(chǎn)生質(zhì)交換的推動力。6、質(zhì)量傳遞有兩種基本方式：分子傳質(zhì)和對流傳質(zhì)，兩者的共同作用稱為____。7、相對靜坐標的擴散通量稱為以絕對速度表示的質(zhì)量通量，而相對于整體平均速度移動的動坐標擴散通量則稱為以擴散速度表示的質(zhì)量通量。

8、在濃度場不隨時間而變化的穩(wěn)態(tài)擴散條件下，當無整體流動時，組成二元混合物中的組分A和組分B發(fā)生互擴散，其中組分A向組分B的質(zhì)擴散通量mA與組分A的濃度梯度成正比，其表達式為；當混合物以某一質(zhì)平均速度V移動時，該表達式的坐標應取。

9、麥凱爾方程的表達式為：hw（titw）=hmd(i-ii)，它表明當空氣與水發(fā)生直接接觸，熱濕交換同時進行時。總換熱量的推動力可以近似認為是濕空氣的傳熱系數(shù)與焓差驅(qū)動力的乘積

10、相際間對流傳質(zhì)模型主要有薄膜理論、溶質(zhì)滲透理論、表面更新理論。

3.冰蓄冷系統(tǒng)中的制冰方式主要有兩種：_動態(tài)_制冰方式和_靜態(tài)_制冰方式。4.一個完整的干燥循環(huán)由___吸濕___過程、___再生___過程和冷卻過程構(gòu)成。5.用吸收、吸附法處理空氣的優(yōu)點是_____獨立除濕______________________。7.蒸發(fā)冷卻所特有的性質(zhì)是__蒸發(fā)冷卻過程中伴隨著物質(zhì)交換，水可以被冷卻到比用以冷卻它的空氣的最初溫度還要低的程度_______________________。8.冷卻塔的熱工計算原則是____冷卻數(shù)N=特性數(shù)N＇______________。

絕熱飽和溫度(絕熱增濕過程中空氣降溫的極限)、傳質(zhì)通量（單位時間通過垂直與傳質(zhì)方向上單位面積的物質(zhì)的量）、擴散系數(shù)(沿擴散方向在單位時間每單位濃度降的條件下，垂直通過單位面積所擴散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)、)濃度邊界層（質(zhì)量傳遞的全部阻力集中于固體表面上一層具有濃度梯度的流層中，該流層即為濃度邊界層）、速度邊界層(質(zhì)量傳遞的全部阻力集中于固體表面上一層具有濃度梯度的流層中，該流層即為濃度邊界層)、熱邊界層流體流動過程中.在固體壁面附近流體溫度發(fā)生劇烈變化的薄層

、雷諾類比（對流傳熱和摩擦阻力間的聯(lián)系）、宣烏特準則數(shù)(流體傳質(zhì)系數(shù)hm和定型尺寸的乘積與物體的互擴散系數(shù)（Di）的比值)、施密特準則數(shù)(流體的運動黏度（v）與物體的擴散系數(shù)（D）的比值

)、普朗特準則數(shù)(流體的運動黏度（v）與物體的導溫系數(shù)a的比值)

9、寫出斐克定律的普遍表達形式并舉例說明其應用？NA=-DdCA/dz+xA(NA+NB)

12、寫出麥凱爾方程的表達式并說明其物理意義。

hw（titw）=hmd(i-ii)濕空氣在冷卻降濕過程中，濕空氣主流與僅靠水膜飽和空氣的焓差是熱值交換的推動勢，其在單位時間內(nèi)單位面積上的總傳熱量可近似的用傳值系數(shù)hmd與焓差動力Δi的乘積來表示。

16、表冷器處理空氣的工作特點是什么？

與空氣進行熱質(zhì)交換的介質(zhì)不和空氣直接接觸，是通過表冷器管道的金屬壁面來進行的�？諝馀c水的流動方式主要為逆交叉流。

9、什么叫析濕系數(shù)?它的物理意義是什么？

解：總熱交換量與由溫差引起的熱交換量的比值為析濕系數(shù)，用表示，定義為表示由于存在濕交換而增大了換熱量，其值大小直接反映了表冷器上凝結(jié)水析出的多少。

計算題

1、有一管道充滿了氮氣和氧氣的混合氣體，其溫度為200℃，總壓力位0.1MPa，一端氮氣濃度為1.0Kmol/m3，另一端濃度為0.4Kmol/m3，兩端相距50cm，已知DAB=0.5×10-4m2/s，計算穩(wěn)態(tài)下氮氣的物質(zhì)的量通量。解：由斐克第一定律得：jn,AdzDABz1z2CA2CA1dcA

jDABCA1CA2z2z1=

0.5104(1.00.4)0.5=6×10-5kmol/(m2.S)

2、有一管道充滿了氮氣和氦氣的混合氣體，其溫度為300K，總壓力位0.1MPa，一端氮氣的分壓力為0.06MPa，另一端為0.01MPa，兩端相距30cm，已知DAB=0.687×10m/s，計

算穩(wěn)態(tài)下氮氣的物質(zhì)的量通量。

解：由斐克第一定律得：jn,AdzDABz1z2-42

CA2CA1dcA

jDABCA1CA2z2z1

對于理想氣體，pAVnART，cADAB(pA1pA2)RT(z2z1)nAVpART

jn,A=

0.678104(600100)8.3143000.3=4.59×10-6kmol/m2s

4、一個直徑為3cm的萘球懸掛于空氣管道中，求下述條件的瞬時傳質(zhì)系數(shù)；（1）萘球周圍的空氣靜止，溫度為259K，壓力為101.325kPa，萘在空氣中的擴散率為5.14×10-6m2/s；（2）空氣以0.15m/s的速度流過萘球，溫度為259K，壓力為101.325kPa，Gr解：（1）Sh=2.0（2分）hcshDABdudSc1。

=2.0×5.14×10/0.03=3.43×10m/s

DAB-6-4

（2）Re=0.15×0.03/1.0×105=4.5×102，（1分）Sc=1.95

Sh2.00.569（GrSc）0.25=2.569

hcshDABd=2.569×5.14×10/0.03=4.4×10m/s

-6-4

5、一管式逆流空氣加熱器，空氣由15℃加熱到30℃，水在80℃下進入換熱器管內(nèi)，40℃時離開，總換熱量位30kW，傳熱系數(shù)為40W/(m2.℃),求：（1）平均換熱溫差；（2）換熱器面積。解：（1）△t=80-30=50℃,△t

‘’’

=40-15=25℃tmt"t""Int"t""=35.7℃

（2）A

Qktm=30000/（40×35.7）=21m

熱泵系統(tǒng)類型

空氣源熱泵系統(tǒng)

地下水地源熱泵系統(tǒng)地表水地源熱泵系統(tǒng)地埋管地源熱泵系統(tǒng)污水源熱泵系統(tǒng)海水源熱泵系統(tǒng)

根據(jù)地熱能交換系統(tǒng)形式的不同，地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。何種情況下適合使用地源熱泵？地埋管地源熱泵

有合適的地質(zhì)條件（土壤的溫度、傳熱性能等等）有足夠的埋管空間成熟的埋管、回填技術(shù)

地下水地源熱泵

有合適的水質(zhì)條件（溫度、潔凈度、腐蝕性等）和水文地質(zhì)條件（水層深度、厚度等）可用水量滿足熱泵系統(tǒng)要求地下水回灌順利

地表水地源熱泵

合適的水溫和流量（河水）或容量（湖水）

開式系統(tǒng)：能對地表水進行合適的處理（除砂、過濾、殺菌滅藻、凈化）閉式系統(tǒng)：合理的換熱盤管的設計、放置地點

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