傳熱傳質精品課件

1、第1頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日1. 基本概念 濃度擴散：混合物的組分在濃度梯度作用下由高濃度向低濃度方向轉移的過程。 在沒有濃度差的二元混合物中，溫度梯度和總壓力梯度也會引起質量傳遞，分別稱為熱擴散和壓力擴散。當溫度梯度和總壓力梯度不大時，熱擴散和壓力擴散往往可以忽略。（1） 質量傳遞（傳質） 濃度差是質量傳遞的動力。溫度差是熱量傳遞的動力。 僅介紹由濃度梯度引起的質量傳遞。第2頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 （2）濃度擴散的兩種基本方式 分子擴散：在濃度梯度作用下由分子運動而引起的質量傳遞過程。 對流擴散：在濃度梯度存在的情況下由宏觀對

2、流而引起的質量傳遞過程。（3）混合物的濃度質量濃度 ：物質的量濃度c ：對于理想氣體，第3頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 （4）通量密度 定義：單位時間內在垂直于擴散方向單位面積上通過的某組分的物質的數量稱為該組分的通量密度。質量通量密度： 單位時間內在垂直于擴散方向單位面積上通過的某組分的質量，用Mi 表示，單位為kg/(m2s) 。物質的量通量密度（摩爾通量密度）： 單位時間內在垂直于擴散方向單位面積上通過的某組分的物質的量（摩爾數量），用Ni 表示，單位為kmol/(m2s) 。第4頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 2. 質擴散的菲克(F

3、ick)定律 MA、NA分別為組分A的質量通量密度和物質的量通量密度。 DAB為質擴散率（分子擴散系數），單位為m2/s，是物性參數，反映分子擴散能力的大小。其數值取決于混合物的性質、壓力與溫度，主要由實驗測定。 在穩(wěn)態(tài)、無整體流動的二元混合物中，通量密度與濃度梯度成正比： 負號表示擴散方向指向濃度降低的方向。第5頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 如果已知溫度T0、壓力p0下的質擴散率D0，則溫度T、壓力p下的質擴散率D可由下式求出質擴散率D 的單位與導溫系數a、運動粘度 相同,都為m2/s。第6頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日率傳遞通量第7頁，

4、共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 3. 兩種典型的質擴散過程 （1）等摩爾逆向擴散（雙向擴散）A、B兩種物質以相同的物質的量通量密度相對擴散（如氣體分的蒸餾過程，高、低沸點組分潛熱相近時，.) 假設系統(tǒng)總壓為常數，根據菲克定律第8頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 因為是等摩爾逆向擴散，NA= -NB，又因為 可見，對于二元混合物，兩種組分各自的質擴散率相等。 由式 積分可得第9頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 （2）單向擴散 假設： （1）擴散過程是穩(wěn)態(tài)的； （2）系統(tǒng)是等溫的； （3）水面上方氣體空間的壓力p0為常數； （4

5、）混合氣體可近似為理想氣體。 根據上述假設， pA , pw的變化如圖所示。第10頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 由于空氣幾乎不溶于水，不能向水中擴散，在水面處，空氣的分壓力梯度接近于零。但由于筒口處的空氣分壓力大于水面處，必然有空氣不斷從筒口向下擴散，會使水面處的空氣越來越多。為了維持穩(wěn)定的擴散過程，一定存在一股自下而上的混合氣流，其中攜帶的空氣量正好等于向下擴散的空氣量，即在任一截面處，都有 cAx、vx分別為x截面處氣體中空氣的物質的量濃度和氣流的流速。第11頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 x截面處水蒸氣的物質的量通量密度為 對于理想氣

6、體，第12頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 該式稱為斯蒂芬（Stephan)定律表達式，給出了單向擴散物質的量的通量密度計算式。 對于穩(wěn)態(tài)過程，Nw與x無關，將上式積分，可得該式稱為斯蒂芬（Stephan)定律的積分表達式。第13頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 4. 對流傳質與表面?zhèn)髻|系數 對流傳質是指流體流過一個相界面時與界面之間發(fā)生的質量交換。界面可以是液體界面或固體界面。 cA,w 、A,w分別為界面處組分A的物質的量濃度與質量濃度，單位分別為kmol/m3與kg/m3。 cA,f 、A,f分別為主流中組分A的物質的量濃度與質量濃度； 。

7、 hm為表面?zhèn)髻|系數，單位為m/s。確定表面?zhèn)髻|系數是對流傳質的主要研究任務。 第14頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 以空氣平行吹過萘表面的對流傳質過程為例， 第15頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日舍伍德數（Sherwood)施密特數(Schmidt)第16頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 當對流換熱與對流傳質有相同的單值性條件時， 稱為路易斯(Lewis)數，表征熱量傳遞能力與質量傳遞能力之比。 上式稱為路易斯關系式，表示對流換熱與對流傳質間的比擬關系。n=0.30.4 。第17頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日外掠平板：管內：第18頁，共20頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 5. 傳質與傳熱同時進行的