第四章擴(kuò)散與物質(zhì)遷移

ChapterFour擴(kuò)散與物質(zhì)遷移唯象理論定律Darcy’sLawPorousflowFourier’sLawHeatflowFick’sFirstLawMassflowOhm’sLawElectricflowAdolfFick:Contributions眼壓計壓力計–血壓(P)呼吸記錄儀測力計–肌肉隱性眼鏡Lawsofdiffusion1855§4.1粘性流體的宏觀規(guī)律一、層流與牛頓粘度定律1、層流在流動過程中，相鄰質(zhì)點的軌跡線彼此僅稍有差別，不同流體質(zhì)點的軌跡線不相互混雜，這樣的流動稱為層流。2、湍流

流體的不規(guī)則運(yùn)動。3、穩(wěn)恒層流中的粘性現(xiàn)象內(nèi)摩擦現(xiàn)象u=u（z）4、牛頓粘度定律BC

為粘度（粘性系數(shù)）國際單位制單位為帕斯卡秒（Pa·s）；厘米克秒制單位為泊(P),10P=1Pa·s氣體的粘度隨溫度升高而增加，液體的粘度隨溫度升高而減少。5、切向動量流密度動量6、非牛頓流體1、其速度梯度與互相垂直的粘性力間不呈線性函數(shù)關(guān)系，如血液、泥漿、橡膠等。2、其粘性系數(shù)會隨著時間而變的，如：油漆等凝膠物質(zhì)。3、對形變具有部分彈性恢復(fù)作用，如瀝青等黏彈性物質(zhì)。7、氣體粘性微觀機(jī)理實驗證實：常壓下氣體的粘性就是由這種流速不同的流體之間的定向動量的遷移產(chǎn)生的。二、泊蕭葉定律管道流阻1、泊蕭葉定律（Poiseuille）體積流速dV/dt：單位時間內(nèi)流過管道截面上的流體體積。對水平直圓管有如下關(guān)系：式中:為管道L長度上的壓差2、管道流阻三、斯托克斯定律（Stokes）

若物體是球形的，而且流體作流層流動，則該物體受到的阻力為：應(yīng)用：云、霧中的水滴四、傅立葉定律設(shè)為單位時間內(nèi)通過的熱量簡稱為熱流,單位W，則若設(shè)熱流密度為JT單位W?m-2,則：傅立葉定律§4.2氣體分子平均自由程一、碰撞（散射）截面d為分子有效直徑三、氣體分子平均自由程二、分子間平均碰撞頻率對處于平衡態(tài)的化學(xué)純理想氣體中分子平均碰撞頻率為：平均兩次碰撞之間所走過的距離即為平均自由程§4.3氣體輸運(yùn)系數(shù)的導(dǎo)出一、氣體粘性系數(shù)的導(dǎo)出討論：1）、η與n無關(guān)。2）、

η僅僅是溫度的函數(shù)。3）、可以測定σ和d的數(shù)量級。4）、公式的適用條件d<<λ<<L.5）、采用不同近似程度的各種推導(dǎo)方法的實質(zhì)是相同的。yzxdVdAφor二、氣體熱傳導(dǎo)系數(shù)的導(dǎo)出討論：1）、n、ρ、v是與氣體平均溫度所對應(yīng)的數(shù)密度、密度、平均速率。2）、剛性分子氣體的熱導(dǎo)率與數(shù)密度n無關(guān)，僅與T1/2有關(guān)。3）、適用于溫度梯度較小，滿足d<<λ<<L條件的理想氣體。三、氣體擴(kuò)散系數(shù)的導(dǎo)出D為自擴(kuò)散系數(shù)討論：1）、2）、在一定的壓強(qiáng)與溫度下，擴(kuò)散系數(shù)D與分子質(zhì)量的平方根成反比。3）、滿足d<<λ<<L條件的理想氣體。試估計標(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的粘性系數(shù)、熱導(dǎo)率及擴(kuò)散系數(shù)。解：已知空氣平均自由程λ=6.9*10-8m,平均速率v=446m/s,摩爾質(zhì)量Mm=0.029Kg.則：Chapman于1915年用較嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法得出?！?.4氣體中的擴(kuò)散系數(shù)氣體的擴(kuò)散系數(shù)可以寫做：

：氣體最可幾速率；：分子平均自由程；

m：分子質(zhì)量d：氣體分子直徑；P：氣體壓強(qiáng) 對于單一氣體中氣體分子（原子）的擴(kuò)散系數(shù)：對于體系中存在A-B兩種氣體的情況：

假設(shè)氣體分子的碰撞為完全彈性碰撞，考慮分子作用：

：平均碰撞直徑

：A、B原子的碰撞積分，與無量綱溫度有關(guān)式中，不同分子（原子）相互作用力參數(shù)

§5.3.8氣體中的擴(kuò)散系數(shù)**舉例：求1600oC時Fe蒸汽在Ar中的擴(kuò)散系數(shù)，1atm。

∴ 4.5多孔介質(zhì)與復(fù)合材料中的擴(kuò)散多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散示意圖周期性分布兩相介質(zhì)中的擴(kuò)散示意圖§4.5.1氣體在多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)與材料的孔隙率和曲折度有關(guān)。曲折度：孔隙率：若考慮材料密度

：表觀密度

：實際密度式中，當(dāng)氣體分子直徑約等于介質(zhì)孔徑時

§4.5.2均勻分布兩相中的擴(kuò)散系數(shù)D1和D2分別為物質(zhì)在兩相中的擴(kuò)散系數(shù)則總有效擴(kuò)散系數(shù)Deff為:式中D1為球形分散相中的擴(kuò)散系數(shù)，D2為基體相中的擴(kuò)散系數(shù)，Φ1為球形分散相的體積分?jǐn)?shù)當(dāng)物質(zhì)在球形分散相中的擴(kuò)散阻力很大時例如：Φ1＝0.1，Deff=0.86D2當(dāng)物質(zhì)在球形分散相中的擴(kuò)散速度無限大時例如：Φ1＝0.1，Deff=1.33D2§4.5.2均勻分布兩相中的擴(kuò)散系數(shù)假定在給定溫度下，半徑為R的剛性質(zhì)點在一個連續(xù)介質(zhì)中以速度液體的宏觀流速為零，粘度為質(zhì)點在液體中以速度運(yùn)動時受的摩擦阻力為： 當(dāng)達(dá)到勻速運(yùn)動時，∴

移動，質(zhì)點受到的作用力F=f×V∞F=6RV∞§4.6液體中的擴(kuò)散系數(shù)§4.6液體中的擴(kuò)散系數(shù)C2>>C1近似為常數(shù)§4.6液體中的擴(kuò)散系數(shù)對的修正公式：

：阿佛加德羅常數(shù)；：液體摩爾體積；

固體中的擴(kuò)散系數(shù)：

液體中的擴(kuò)散系數(shù)：§4.6液體中的擴(kuò)散系數(shù)溶質(zhì)為橄欖球形狀溶質(zhì)為鐵餅形狀§4.7固體中的擴(kuò)散系數(shù)

無序擴(kuò)散自擴(kuò)散示蹤擴(kuò)散晶格擴(kuò)散本征擴(kuò)散非本征擴(kuò)散互擴(kuò)散晶界擴(kuò)散界面擴(kuò)散表面擴(kuò)散

體積擴(kuò)散

沒有化學(xué)濃度梯度的無規(guī)行走擴(kuò)散，無推動力是沒有空位或原子流動，而只有放射性離子的無規(guī)則運(yùn)動。晶體體內(nèi)或晶格內(nèi)的任何擴(kuò)散過程。僅由本身的熱缺陷作為遷移載體的擴(kuò)散。非熱能引起，如由雜質(zhì)引起的缺陷而進(jìn)行的擴(kuò)散。存在于化學(xué)位梯度中的多組元體系擴(kuò)散。是指在特定區(qū)域內(nèi)原子或離子擴(kuò)散晶格內(nèi)部擴(kuò)散§4.7.1擴(kuò)散的微觀機(jī)制與擴(kuò)散系數(shù)§4.7.1.1自擴(kuò)散系數(shù)自擴(kuò)散：由體系中原子（質(zhì)點）的熱運(yùn)動造成的無規(guī)則行走。

三種擴(kuò)散機(jī)制：空位機(jī)制：（原子半徑相差不大時）間隙機(jī)制：（體系結(jié)構(gòu)中間隙較大時）環(huán)圈機(jī)制：一維無規(guī)行走無數(shù)次無規(guī)行走的凈位移為零

均方位移量為,

,定義為

兩邊開平方

n次無規(guī)行走的一維總距離的二維的無規(guī)行走軌跡無規(guī)行走與擴(kuò)散

nRn=ri

i=1Rn2=Rn·Rn=r1·r1+r1·r2+r1·r3+r1·r4+…+r1·rn

+r2·r1+r2·r2+r2·r3+r2·r4+…+r2·rn

+r3·r1+r3·r2+r3·r3+r3·r4+…+r3·rn

…+rn·r1+rn·r2+rn·r3+rn·r4+…+rn·rn

n n-1

n-2Rn2=ri·ri+2ri·ri+1+2ri·ri+2+…i=1i=1i=1

n n-1n-j nn-1n-jRn2=ri·ri+2ri·ri+j=ri2+2riri+jcosi,i+ji=1j=1i=1i=1j=1i=1n n-1n-j nn-1n-jRn2=ri·ri+2ri·ri+j=ri2+2riri+jcosi,i+ji=1j=1i=1i=1j=1i=1每次跳躍距離λ n-1n-jRn2=na2+2λ2cosi,i+jj=1i=1 n-1n-jRn2=nλ2(1+(2/n)cosi,i+j)j=1i=1假定為馬爾可夫過程cosi,i+j=0Rn2=nλ2Rn2?=n?λn=ftD=(1/6)2fRn2=nλ2=ft·6D/f=6Dt(for3-D)=4Dt(for2-D)=2Dt(for1-D)愛因斯坦方程or愛因斯坦結(jié)論D代表一個純的微觀量不同狀態(tài)的擴(kuò)散系數(shù)范圍Range:D[cm2/s]Phase/State10-610-2510-410-7110-2SolidsLiquidsGases§4.7.1.1自擴(kuò)散系數(shù)愛因斯坦公式：原子間距；原子跳躍頻率）式中，原子受某種虛擬力作用的遷移速度為v：B*：淌度，即沒有濃度和化學(xué)位梯度下質(zhì)點在單位作用力下的移動速度，用于表征物質(zhì)自擴(kuò)散的能力。自擴(kuò)散系數(shù)的測定：

利用示蹤劑法，通過放射性同位素進(jìn)行擴(kuò)散的觀察。§4.7.1.2本征擴(kuò)散系數(shù)體系中存在濃度梯度或化學(xué)勢梯度作為擴(kuò)散驅(qū)動時，物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)為本征擴(kuò)散系數(shù)。當(dāng)體系中i組元在化學(xué)位梯度作用下發(fā)生擴(kuò)散：式中：N為阿佛加德羅常數(shù)，R為氣體常數(shù)§4.7.1.3本征擴(kuò)散系數(shù)Di可以為負(fù)值，當(dāng)Di<0時，即對應(yīng)為上坡擴(kuò)散。式中Ni為i組元的摩爾分?jǐn)?shù)擴(kuò)散活化能或稱為擴(kuò)散勢壘始態(tài)終態(tài)中間態(tài)EnergyActivationenergy空位機(jī)制：大部分離子晶體如：MgO、NaCl、FeO、CoO間隙機(jī)制：只有少數(shù)開放型晶體中存在如：CaF2、UO2中的F－、O2－晶體中的擴(kuò)散系數(shù)可以表述為：離子晶體中的兩種擴(kuò)散

熱缺陷和摻雜缺陷引起的擴(kuò)散例：CaCl2引入到KCl中，分析K＋的擴(kuò)散，基質(zhì)為KCl由LnD～1/T關(guān)系得如下圖：1段：高溫段，此時本征擴(kuò)散起主導(dǎo)作用LnD1/T－H

mRH

m+H

f/2R12段，低溫段，處于非本征擴(kuò)散，因為Schttky缺陷很小，可忽略2LnD1/T－H

mRH

m+H

f/2R12當(dāng)[CaCl2]引入量，擴(kuò)散系數(shù)D，活化能大，直線趨于平緩。當(dāng)雜質(zhì)含量，發(fā)生非本征擴(kuò)散本征擴(kuò)散的轉(zhuǎn)折點向高溫移動。3、共價晶體屬開放型晶體，空隙很大(>金屬、離子晶體)

原因：化學(xué)鍵的方向性和飽和性機(jī)制：空位機(jī)制從能量角度：間隙擴(kuò)散不利于成鍵，不利于能量降低。例如：金剛石，間隙位置尺寸約等于原子尺寸，

以空位機(jī)制擴(kuò)散。特點：擴(kuò)散系數(shù)相當(dāng)小；由于鍵的方向性和高鍵能自擴(kuò)散活化能>熔點相近金屬的活化能D例：AgGe熔點相近184KJ/mol289KJ/mol說明共價鍵的方向性和飽和性對空位的遷移有強(qiáng)烈的影響。二、非化學(xué)計量化合物中的擴(kuò)散非計量化合物(如：FeO、NiO、CoO、MnO等)

由于氣氛變化引起相應(yīng)的空位，使擴(kuò)散系數(shù)明顯依賴于環(huán)境氣氛。

1、陽離子空位型

FeO、NiO、MnOFe1-xO由于變價陽離子,使得中Fe1-xO有5～15％[Vfe//]討論：

(1)T不變，由LnDFeK=1/6氧分壓對DFe額定影響LnD在缺氧氧化物中D與T的關(guān)系1/T2、陰離子空位以TiO2為例。高溫氧分壓的降低將導(dǎo)致如下缺陷反應(yīng)。討論：

(1)T不變，由若在非化學(xué)計量氧化物中同時考慮本征缺陷空位、雜質(zhì)缺陷空位以及由于氣氛改變而引起的非化學(xué)計量空位對擴(kuò)散系數(shù)的貢獻(xiàn)，其LnD～1/T圖含兩個轉(zhuǎn)折點。EFLnD1/T(本征擴(kuò)散)(非化學(xué)計量擴(kuò)散)(非本征擴(kuò)散或雜質(zhì)擴(kuò)散)三、晶界、界面、表面擴(kuò)散體積擴(kuò)散(Db):(晶格擴(kuò)散，本征擴(kuò)散)

界面擴(kuò)散(Dg):

晶界擴(kuò)散－－主要為液相少時相界擴(kuò)散－－主要為液相多時

表面擴(kuò)散(DS)

界面對擴(kuò)散的影響

DS：Dg:Db=10-3:10-7:10-14(cm2/s)

原因：晶界和表面結(jié)構(gòu)不完整，原子處于高能態(tài)，所以活化能降低，D

在離子化合物中，多晶體擴(kuò)散系數(shù)>單晶體擴(kuò)散系數(shù)例：Ag三種擴(kuò)散的活化能

影響擴(kuò)散因素一、溫度的影響

D＝D0exp(-G/RT)TD

或TGD二、雜質(zhì)與缺陷的影響

1、雜質(zhì)的作用

增加缺陷濃度D

使晶格發(fā)生畸變D

與基質(zhì)結(jié)合成化合物

D如發(fā)生淀析

2、點缺陷：提供機(jī)制

3、線缺陷(位錯)：提供擴(kuò)散通道?！?.8互擴(kuò)散系數(shù)與電導(dǎo)率的關(guān)系

材料中離子的擴(kuò)散遷移可以導(dǎo)致電流的產(chǎn)生，成為一

種電導(dǎo)機(jī)制。設(shè)材料中離子沿x方向的遷移速率為nx，則電流為：

Z：離子的價數(shù)，e：電子電量

設(shè)離子受到電場力的作用，運(yùn)動速度為：

：電位,B:淌度

∴C：離子濃度§4.8互擴(kuò)散系數(shù)與電導(dǎo)率的關(guān)系離子遷移對材料電導(dǎo)率的貢獻(xiàn)為：

假定體系為理想狀態(tài)，

材料的實際電導(dǎo)率由多種載流子貢獻(xiàn)而成：

隨著溫度的變化，材料的導(dǎo)電機(jī)制可能發(fā)生變化，因此遷移數(shù)在不同的溫度區(qū)間的數(shù)值也是不同的?！?.11.3互擴(kuò)散系數(shù)

AuNiAuNiAuNiAuNiΔxΔyAu引起的變化Ni引起的變化凈的變化

Mo絲

Mo絲：高熔點惰性標(biāo)志*整塊材料加熱退火，保溫時間Δt§4.11.3互擴(kuò)散系數(shù)

Au的擴(kuò)散比Ni要快，即

。固體棒的移動速度取決于則站在棒上看到金的凈擴(kuò)散流：當(dāng)站在棒外觀察時，棒的移動速度為:實際金的凈擴(kuò)散流為:ΔxCAuxx+Δx

代入§4.11.3互擴(kuò)散系數(shù)

∴

∴

同理：§4.11.3互擴(kuò)散系數(shù)其中，XA、XB分別為A，B的摩爾分?jǐn)?shù)。這里:XAu與XNi分別為Au和Ni的摩爾分?jǐn)?shù)§4.11.3互擴(kuò)散系數(shù)根據(jù)Gibbs-Duhem方程，

假如認(rèn)為：

，因為

則§4.9物質(zhì)流——菲克第一定律穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：介質(zhì)中的擴(kuò)散物質(zhì)的濃度梯度不隨時間、空間變化的擴(kuò)散，稱為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。一維擴(kuò)散：

A在X方向上的質(zhì)量流通量，單位為g/cm2s；式中，擴(kuò)散介質(zhì)中單位體積中A的質(zhì)量，單位為g/cm3；A的擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s?！?.9物質(zhì)流——菲克第一定律式中，A在X方向上的摩爾通量，單位為mol/cm2s；擴(kuò)散介質(zhì)中單位體積中A的質(zhì)量，單位為g/cm3；A的擴(kuò)散系數(shù)，單位為cm2/s。CA為濃度mol/cm3若表示A物質(zhì)在體系中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為體系總密度，則有：§4.9物質(zhì)流——菲克第一定律

如果XA表示A的摩爾分?jǐn)?shù)，C表示單位體積的總摩爾數(shù)，則有：三維擴(kuò)散

§4.10非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散——菲克第二定律非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散：在擴(kuò)散體系中，擴(kuò)散物質(zhì)的濃度分布隨時間和空間而改變的擴(kuò)散，稱為非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。At=1t=2t=3t=4§4.10非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散——菲克第二定律

在一般情況下，體系通?？傮w流動，并伴隨有化學(xué)反應(yīng)。接下來考慮流動介質(zhì)中的擴(kuò)散問題。

（1）（2）（3）（4）§4.10非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散——菲克第二定律對于流動體系A(chǔ)+B：擴(kuò)散系數(shù)分別表示A和B的通量

JAxJAyJAzxyz微體積元A的質(zhì)量密度體系總密度§4.10非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散——菲克第二定律對于二元體系A(chǔ)+B：擴(kuò)散系數(shù)分別表示A和B的通量

nAynAznAxxyz微體積元A的質(zhì)量密度體系總密度（7）（5）兩邊同除以ΔxΔyΔz，得：

（6）對于（1）式兩邊加

算子點積，RA為化學(xué)反應(yīng)速度A§4.10非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散——菲克第二定律對于二元體系A(chǔ)、B：擴(kuò)散系數(shù)分別表示A和B的通量

A的質(zhì)量密度體系總密度（10）（8）（9）對于連續(xù)介質(zhì)，應(yīng)用Laplas方程：（10）代入（6）式，得：（11）§4.10非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散——菲克第二定律對于二元體系A(chǔ)、B：體系中總的移動速度單位體積中A的反應(yīng)速率（12）——菲克第二定律的一般表達(dá)形式

§4.11求解擴(kuò)散方程ΔxJxJx+Δx**對于一維的擴(kuò)散模型

∴

……（菲克第二定律）**對于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散

§4.11求解擴(kuò)散方程**考慮圓柱狀材料中的擴(kuò)散情況：(如右圖）

∴

（非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散） （穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）ΔrrL§4.11求解擴(kuò)散方程**對于球形體系的擴(kuò)散∴ （非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）

（穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散）rΔr§4.11求解擴(kuò)散方程***例1：如圖管道，內(nèi)徑為r1，外徑為r2，將含碳?xì)怏w通入管內(nèi)，管內(nèi)氣體碳的濃度為C1，外部濃度為C2，C1>C2，假設(shè)為穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散。C1r1r2C2

∴

§4.11求解擴(kuò)散方程***例2：利用帶有金屬鉑層的石英玻璃管對不純氫氣進(jìn)行過濾凈化。

體系中存在如下反應(yīng)，反應(yīng)的平衡常數(shù)為K根據(jù)西華特（Sievert）定律∴

Δx不純H2P1P2鉑黑§4.11求解擴(kuò)散方程***例3：在一個充滿A物質(zhì)的氣體中放入多孔催化劑球，氣體A在多孔介質(zhì)表面發(fā)生催化反應(yīng)A→B，球表面的A濃度為CAS解：假定反應(yīng)速度為 K：正反應(yīng)速度常數(shù)；

a：多孔體內(nèi)單位體積的平均表面積

當(dāng)r＝R時，CA＝CAS

當(dāng)r＝0時，CA為有限值，求解催化轉(zhuǎn)化表達(dá)式與催化效率。在穩(wěn)態(tài)下，擴(kuò)散量等于消耗量，即

§4.11求解擴(kuò)散方程令

∴ ∴

∴

§4.11求解擴(kuò)散方程求解方程

代入邊界條件求出C1、C2，得：

∴ §4.11求解擴(kuò)散方程∴單位時間內(nèi)進(jìn)入球內(nèi)的A的物質(zhì)的量為

發(fā)生催化反應(yīng)的A的量為

定義催化效率：

§4.11求解擴(kuò)散方程∴整個過程分為兩步，首先氣體A擴(kuò)散到球內(nèi)，然后A在多孔介質(zhì)內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，故當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)D增大時，催化效率也增大，而當(dāng)增大時，擴(kuò)散成為控速環(huán)節(jié)，下降。§4.12非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程解C0x邊界條件為：

∴

∴

§4.12非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程解 ∴

令

∴

∴ C§4.12非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程解

令積分常數(shù)

∴

令

∴ §4.12非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程解

∴

∴

濃度邊界層

濃度隨距離的降低只發(fā)生在厚度內(nèi)

“濃度邊界層”厚度不是固定的，它還隨反應(yīng)液體或氣體的流速、密度、粘度和溫度而變化。

§4.12

．多相反應(yīng)與傳質(zhì)系數(shù)

假定：多相反應(yīng)過程中，反應(yīng)組份在單相內(nèi)部由于攪拌是均勻分布的，濃度梯度僅存在于界面層中。對流傳質(zhì)流體與固體壁面間對流傳質(zhì)中，一方面由于濃度梯度的存在，物質(zhì)以分子擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳遞，另一方面，流體在運(yùn)動過程中，也必然將物質(zhì)從一處向另一處傳遞。所以，對流傳質(zhì)的速率除了分子傳遞的影響外，還受到流體流動的影響。對流傳質(zhì)的類型與機(jī)理對流傳質(zhì)的類型按流體的流動發(fā)生原因不同，分：自然對流傳質(zhì)強(qiáng)制對流傳質(zhì)強(qiáng)制層流傳質(zhì)強(qiáng)制湍流傳質(zhì)按流體的作用方式，分：流體作用于固體壁面，即流體與固體壁面的傳質(zhì)，如水流過可溶性固體壁面。一種流體作用于另一種流體，兩流體通過相界面進(jìn)行傳質(zhì)，即相際傳質(zhì)，如用水吸收混于空氣的氨。濃度邊界層與對流傳質(zhì)系數(shù)濃度邊界層當(dāng)流體流過固體壁面時，若流體與固體壁面間存在濃度差，受壁面濃度的影響，在與壁面垂直方向上的流體內(nèi)部將建立起濃度梯度，該濃度梯度自壁面向流體主體逐漸減小。通常將壁面附近具有較大濃度梯度的區(qū)域稱為濃度邊界層或傳質(zhì)邊界層。對流傳質(zhì)的機(jī)理以流體與固體壁面的對流傳質(zhì)為例討論，對有固定相界面的相際傳質(zhì)，其機(jī)理類似。層流區(qū)：物質(zhì)傳遞僅以分子擴(kuò)散方式進(jìn)行，其濃度梯度很大，濃度分布曲線很陡，近似為一直線。zcA層流區(qū)緩沖區(qū)湍流主體區(qū)緩沖區(qū)：物質(zhì)傳遞以分子擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散方式進(jìn)行，濃度梯度較層流區(qū)的小，濃度分布曲線為一曲線。湍流主體區(qū)：由于攪拌的作用使得濃度梯度非常小，近似為零，濃度分布曲線為一水平線。將層流區(qū)、湍流主體區(qū)的直線延長，其交點與壁面間形成的膜層稱為濃度邊界層。zc1層流區(qū)緩沖區(qū)湍流主體區(qū)濃度邊界層濃度邊界層內(nèi)濃度分布曲線近似為直線，假定濃度邊界層內(nèi)物質(zhì)遷移是以擴(kuò)散的方式進(jìn)行。濃度邊界層以外的濃度分布曲線為水平線