重慶大學(xué)三傳基礎(chǔ)課程質(zhì)量傳輸ppt課件

1、第三篇 質(zhì)量傳輸.前 言物質(zhì)由物體或空間中的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分的景象稱質(zhì)量傳輸，簡稱傳質(zhì)。傳質(zhì)中，濃度場是特征量，濃度差是推進(jìn)力。普通而言，傳質(zhì)的結(jié)果是使?jié)舛炔顪p少。.以微觀分子分散表現(xiàn)的傳質(zhì)過程為分子傳質(zhì)或分散傳質(zhì)，又稱物性傳質(zhì)。本質(zhì)上，分散傳質(zhì)是依賴微觀粒子(分子、原子、離子)的隨機運動所引起的，對某一傳輸?shù)奈镔|(zhì)而言，當(dāng)體系存在濃度差時，濃度大的分子破壞了平衡態(tài)而導(dǎo)致了定向的分子運動，促使?jié)舛却蟮膮^(qū)域的分子趨向濃度小的區(qū)域，而到達(dá)濃度一致。通常情況下，分散傳質(zhì)是很緩慢的，傳送的質(zhì)量也很少。以流體質(zhì)點或微團(tuán)的宏觀運動表現(xiàn)的傳質(zhì)過程為對流傳質(zhì)。普通而言，我們不深化到微觀一級去調(diào)查傳質(zhì)的機理，

2、但也應(yīng)把傳質(zhì)和物體的運動區(qū)別開來。.第十二章 質(zhì)量傳輸?shù)母径?2-1 根本概念12-2 菲克第一定律12-3 元體質(zhì)量平衡帶分散的延續(xù)性方程12-4 菲克第二定律 .12-1 根本概念 顯然有： ，其中Mi 分子量 相對濃度：一濃度及其表示法 絕對濃度：質(zhì)量濃度: kg/m3摩爾濃度: mol/m3質(zhì)量濃度分?jǐn)?shù)：摩爾分?jǐn)?shù)：，所以有：其中，；同理有：，所以有：對于氣體，由，Pi稱為分壓。.二濃度場濃度場：定態(tài)濃度場 ： ，非定態(tài)濃度場：當(dāng)濃度場與時間無關(guān)時，該濃度場為定態(tài)濃度場，此時發(fā)生的傳質(zhì)過程為定態(tài)傳質(zhì)。其特點: 體系中無 i 組分質(zhì)量蓄積量。與時間有關(guān)的濃度場為不定態(tài)濃度場，此時發(fā)生的

3、傳質(zhì)為不定態(tài)傳質(zhì)。.三濃度梯度濃度梯度：四傳質(zhì)通量傳質(zhì)通量n單位時間、單位面積上的傳質(zhì)量，Kg/m2s(或mol/ m2s)。.12-2 菲克第一定律式中，Di為組分i的分散系數(shù)，m2/s。1. 菲克第一定律：某組分的傳質(zhì)通量與濃度梯度成正比。mol/ m2skg/ m2s.牛頓粘性定律傅立葉導(dǎo)熱定律菲克第一定律三定律分別闡明三種傳輸通量與其動量梯度、熱量梯度和濃度梯度成正比。三種傳輸系數(shù)、a、D的單位也一致，都是m2/s。對比：.2. 物質(zhì)的分散系數(shù)表示物質(zhì)的分散才干。(1) 氣體的分散系數(shù)在固、液、氣三種物質(zhì)中，氣體的分散系數(shù)最大，為510-6 10-5m2/s。比氣體小，為10-1010

4、-9m2/s(3) 固體的分散系數(shù)是三態(tài)中最小的，為10-1410-10m2/s(2) 液體的分散系數(shù).12-3 元體質(zhì)量平衡方程(帶分散的延續(xù)性方程)動量傳輸中的延續(xù)性方程是單組分、均質(zhì)體系的質(zhì)量平衡關(guān)系，現(xiàn)討論多組分、非均質(zhì)的有濃度梯度的體系中某一組分的質(zhì)量平衡關(guān)系。在后者條件下，除對流質(zhì)量傳輸外，還有因濃度差引起的分散質(zhì)量傳輸，故元體質(zhì)量平衡關(guān)系為：對流質(zhì)量收支差量+分散質(zhì)量收支差量 = 質(zhì)量蓄積zyox假設(shè)： 體系為不可緊縮，體系總密度= Const； 常物性體系，即：Di = Const.xzyo單位時間內(nèi)，i組分各方向?qū)α髻|(zhì)量收支差：x方向：y方向：z方向：.分散傳質(zhì)：x方向，單位

5、時間內(nèi)由A面分散傳入的i 組分質(zhì)量為：zyoABx由B面分散傳出的i 組分質(zhì)量為：x方向，i組分單位時間內(nèi)的分散質(zhì)量收支差量為：.x 、 y 、 z方向，i組分單位時間內(nèi)的分散質(zhì)量收支差量分別為：元體質(zhì)量蓄積量表現(xiàn)為i組分質(zhì)量隨時間的變化：x 、 y 、 z方向，i組分單位時間內(nèi)的對流質(zhì)量收支差分別為：對流質(zhì)量收支差量+分散質(zhì)量收支差量 = 質(zhì)量蓄積代入得：.質(zhì)量平衡方程(帶分散的延續(xù)性方程).帶分散的延續(xù)性方程和NS方程、FK方程很類似。這是由于其物理本質(zhì)的類似物性傳輸和對流傳輸引起的傳輸量的蓄積。NS方程牛頓粘性定律FK方程傅立葉導(dǎo)熱定律菲克第一定律帶分散的延續(xù)性方程.12-4 菲克第二定

6、律 將上式用于一維固體分散有：菲克第二定理。廣義的菲克第二定理。用于三維固體分散有：.第十三章 分散與對流傳質(zhì).13-1 分散傳質(zhì)分散傳質(zhì)主要用于固體中內(nèi)部的分散，根據(jù)濃度場能否和時間有關(guān)，分定態(tài)分散與不定態(tài)分散兩大類。在求解上分別和定態(tài)導(dǎo)熱和不定態(tài)導(dǎo)熱相對應(yīng)。定態(tài)分散的關(guān)系多用于實驗測定分散系數(shù)。不定態(tài)分散的求解目的那么主要是確定濃度場。.定態(tài)分散傳質(zhì)：解析過程和定態(tài)導(dǎo)熱完全一樣，或由菲克第一定理求解，或由定態(tài)分散方程求解。對應(yīng)參數(shù)：傳熱：t、q、a、傳質(zhì)：、n、D、k方程：傳熱：傳質(zhì)：.11-2 對流傳質(zhì)類似于牛頓冷卻公式，對流傳質(zhì)有下計算式： 式中，ki傳質(zhì)系數(shù)，m/s。當(dāng)濃度以相對濃度

7、表示時，ki的單位和ni一致。ki與牛頓冷卻公式中的 相對應(yīng)。mol/m2.smol/s一、定義流體流動時發(fā)生的傳質(zhì)過程稱為對流傳質(zhì)。流體的流動是對流傳質(zhì)的前提，故對流傳質(zhì)與對流傳熱相類似，研討方法也相類似 對流傳質(zhì)的普通計算式.當(dāng)發(fā)生對流傳質(zhì)時，在相界面附近構(gòu)成的有濃度梯度的流體層稱為濃度附面層。二濃度附面層濃度附面層邊境按 定義，并記為 。.特點：隨x而，隨Re(u)而，借用速度附面層的概念，也有層流與紊流附面層之分。層流時，對流傳質(zhì)本質(zhì)上分子分散傳質(zhì)。紊流時，在傳質(zhì)方向可劃為紊流區(qū)、過渡區(qū)和層流底層三部分，而層流底層集中了對流傳質(zhì)的大部分阻力，是對流傳質(zhì)的限制性環(huán)節(jié)。.在y=0的相界面上

8、傳質(zhì)實踐為分散，故有：對它作類似轉(zhuǎn)換，可得對流傳質(zhì)的謝伍德準(zhǔn)數(shù)。三邊境傳質(zhì)微分方程稱邊境傳質(zhì)微分方程，為實際求解傳質(zhì)系數(shù)的根本關(guān)系。努塞爾特準(zhǔn)數(shù)謝伍德準(zhǔn)數(shù).四、對流傳質(zhì)的模型實際對流傳質(zhì)的模型實際是描畫對流傳質(zhì)在相界面上的物理本質(zhì)的實際，最終把傳質(zhì)系數(shù)k和流體的分散系數(shù)D聯(lián)絡(luò)起來。1薄膜實際(膜實際)這一最早由劉易斯等提出的實際以為：對流傳質(zhì)時，在界面存在一與主流不相混合的停滯不動的附于界面的流體薄膜，該膜一側(cè)與濃度均一的主流延續(xù)接觸而又不相混。對流傳質(zhì)可視為經(jīng)過該膜的穩(wěn)定態(tài)分散傳質(zhì)的過程，膜內(nèi)濃度線性變化，于是有：.該實際以為對流傳質(zhì)是無數(shù)濃度等于流體主流濃度Cf的流體質(zhì)點，不斷浸透到濃度為Cw的界面，與之短時接觸，并發(fā)生傳質(zhì)過程而后不再分開界面的過程。傳質(zhì)的結(jié)果是質(zhì)點濃度變化了C，由于大量質(zhì)點不斷向界面遷移，又不斷分開，讓位于新的質(zhì)點，故該實際又稱外表更新實際。2. 浸透實際CfCwCwCfCfCf+C.當(dāng)流動紊動猛烈，質(zhì)點與界面接觸時間短時，就是浸透實際所描畫的形狀。3. 兩實際的比較