多孔介質(zhì)擴散培訓(xùn)資料

多孔介質(zhì)擴散賈超宮潤歡第一頁，共21頁。固體中的擴散固體中的擴散，包括氣體(qìtǐ)、液體和固體在固體中的分子擴散一類的傳質(zhì)問題。

固-液浸取實例固體物料干燥固體催化劑吸附固體膜片分離流體的膜分離第二頁，共21頁。固體中的擴散類型(lèixíng)

與固體(gùtǐ)內(nèi)部結(jié)構(gòu)無關(guān)的擴散與固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)的多孔介質(zhì)(jièzhì)擴散第三頁，共21頁。多孔介質(zhì)(jièzhì)擴散-----擴散機理主體(zhǔtǐ)擴散Knudsen擴散(kuòsàn)表面擴散孔穴第四頁，共21頁。主體擴散自由分子(fēnzǐ)擴散，這種擴散適用于大孔徑和高壓力系統(tǒng)，在這種場合下，分子(fēnzǐ)間碰撞相對于分子(fēnzǐ)與壁面間的碰撞是主要的。擴散規(guī)律遵循Fick定律，也稱為Fick型分子(fēnzǐ)擴散λd>=100λd第五頁，共21頁。Knudsen擴散分子平均自由程遠大于分子孔徑(kǒngjìng)時，分子與壁面的相互碰撞變得重要，這種機理占主導(dǎo)地位。λ>=10dλd第六頁，共21頁。過渡區(qū)擴散d~λ

λ孔道直徑(zhíjìng)與分子平自由程相當(dāng)，分子與分子之間的碰撞及分子與壁面的碰撞等同重要d第七頁，共21頁。表面擴散被吸附的組分分子，沿孔壁面的表面擴散，機理(jīlǐ)適用于微孔和強吸附的組分，也是傳遞過程的主體。第八頁，共21頁。

塵氣模型（Thedustgasmodel）

模型建立目的：

用來描述主體擴散和Knudsen擴散，模型原理(yuánlǐ)簡單，可以直接應(yīng)用Maxwell-Stefan擴散方程。

把孔壁考慮成空間分布均勻的巨大(jùdà)分子，（塵dust），這些分子被當(dāng)作混合物中的一個虛擬組分。第九頁，共21頁。塵氣模型(móxíng)（Thedustgasmodel）用M-S方程描述塵氣模型時，需要(xūyào)作以前的假設(shè)：（a）“塵”濃度C`n+1是空間均勻的；（b）“塵”是不可移動的，即N`n+1=0；（c）“塵”的分子量M`n+1`→∞。對于理想體系，無外場力作用下，前N個組分的M-S方程：

(1)第十頁，共21頁。塵氣模型(móxíng)（Thedustgasmodel）而我們注意到：并且定義有效擴散系數(shù)：

從而代入(1)式，可以得到(dédào)：(2)對于理想氣體，利用分壓表示推動力：(3)第十一頁，共21頁。塵氣模型(móxíng)（Thedustgasmodel）其中是多孔介質(zhì)中的有效二元擴散系數(shù)，它對應(yīng)于自由空間中的二元擴散系數(shù)的關(guān)系：ε/τ是空隙度與彎曲度之比，實驗確定。而是有效Knudsen二元擴散系，其數(shù)值：平方根項------表示運動速度(sùdù)do----表示孔徑

第十二頁，共21頁。塵氣模型(móxíng)（Thedustgasmodel）計算氦-氖-氬在不同壓力下，通過一束平行(píngxíng)毛細管時的擴散通量的結(jié)果，如圖：塵氣模型與實驗數(shù)據(jù)(shùjù)比較孔徑影響第十三頁，共21頁。非理想(lǐxiǎng)混合物的塵氣模型對于非理想混合物：存在外部(wàibù)壓力場和靜電場的作用，可多孔擴散過程也可利用塵氣模型，其M-S傳質(zhì)方程可表示為：(4)壓力(yālì)場靜電場第十四頁，共21頁。非理想(lǐxiǎng)混合物的塵氣模型利用擴散速度(sùdù)來代替其擴散通量：(5)壓力(yālì)場靜電場第十五頁，共21頁。多孔介質(zhì)(jièzhì)中的微孔擴散組成(zǔchénɡ)推動力：

主體擴散Knudsen擴散微孔擴散組分(zǔfèn)主體相中的化學(xué)位組分的表面化學(xué)位第十六頁，共21頁。多孔介質(zhì)(jièzhì)中的微孔擴散概念模型的建立(jiànlì)：

假設(shè)存在N個吸附的分子組成沿分子沿表面擴散，分子從一個吸附位跳躍到另一個吸附位，我們可以將空的吸附位看成是第N+1個虛擬(xūnǐ)組分。第十七頁，共21頁。利用塵氣模型(móxíng)進行描述無外場力作用時：(6)

多孔介質(zhì)中的微孔(wēikǒnɡ)擴散吸附(xīfù)組分j對組分i的表面運動施加的摩擦力組分i受到的來自空穴位的摩擦力第十八頁，共21頁。多孔介質(zhì)(jièzhì)中的微孔擴散擴散系數(shù)可簡單定義為：機理上M-S擴散系數(shù)受多種因素影響：(1)被吸附分子(fēnzǐ)的組分的位移(λ)(2)跳越頻率υi(θi)覆蓋率θi