冶金傳輸原理質量傳輸

冶金傳輸原理質量傳輸?shù)谝豁?，共三十四頁，編輯?023年，星期二研究對象：物質傳遞的規(guī)律及特點。第3篇質量傳輸

借用研究傳熱的方法來研究傳質。物性傳質由分子運動即擴散性引起，亦稱擴散傳質。對流傳質由流體流動引起。濃度差或濃度梯度。質量傳輸：物質從物體或空間的某一部分轉移到另一部分的現(xiàn)象，簡稱傳質。傳質有兩種基本方式：傳質推動力：研究方法：第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二第12章質量傳輸?shù)幕靖拍罴盎径?2.1質量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

12.2質量傳輸?shù)幕径?/p>

12.3微元體質量平衡方程（帶擴散的連續(xù)性方程）第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二12.1質量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

濃度及其表示方法參與傳質過程的混合物中的某一組分的濃度是指單位體積混合物中該組分物質量的多少。質量濃度摩爾濃度氣體的濃度

kg/m3mol/m3相對質量濃度相對摩爾濃度第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二組分濃度在空間和時間上的變化關系。數(shù)學表達式：濃度場按時間穩(wěn)態(tài)濃度場：非穩(wěn)態(tài)濃度場：，，無質量蓄積穩(wěn)定傳質定態(tài)傳質不定態(tài)傳質有質量蓄積非穩(wěn)態(tài)傳質濃度場：

12.1質量傳輸?shù)幕靖拍?.濃度場及濃度梯度第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二濃度場物理量性質空間三維濃度場二維濃度場一維濃度場數(shù)量場一維穩(wěn)態(tài)濃度場：

一維非穩(wěn)態(tài)濃度場：12.1質量傳輸?shù)幕靖拍畹诹?，共三十四頁，編輯?023年，星期二濃度梯度：傳質方向上單位距離上的濃度變化量（最大濃度變率）。表達式：

方向：

低濃度高濃度為正12.1質量傳輸?shù)幕靖拍畹谄唔?，共三十四頁，編輯?023年，星期二濃度邊界層：12.1質量傳輸?shù)幕靖拍畹诎隧摚踩捻?，編輯?023年，星期二1.菲克第一定律14.2質量傳輸?shù)幕径煞€(wěn)定濃度場mol/m2.s固體薄層mol/m2.s任意方向mol/m2.s

ni—單位時間通過單位面積的擴散傳質量，即擴散傳質通量；—濃度梯度，負號—質量傳遞方向與濃度梯度方向相反。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二某組分的擴散傳質通量與濃度梯度成正比

菲克第一定律：

kg/m2.s—質量濃度梯度，12.2質量傳輸?shù)幕径傻谑?，共三十四頁，編輯?023年，星期二3.擴散系數(shù)Di單位:

m2/s物理意義:

影響因素:表征某一組分擴散能力的物性參數(shù)，即濃度梯度為1時，單位時間通過單位面積的擴散傳質量。A．物質的種類、組成；自身擴散系數(shù)：液體1×10-10～1×10-9；固體1×10-14～1×10-10氣體5×10-6～1×10-5；B．溫度、壓力等?；U散系數(shù)：液體經驗數(shù)據(jù)固體經驗數(shù)據(jù)氣體

計算式（12-25）12.2質量傳輸?shù)幕径傻谑豁摚踩捻?，編輯?023年，星期二12.3元體質量平衡方程（帶擴散的連續(xù)性方程）元體分析法建立方法：建立依據(jù)：質量守恒定律[元體質量收入]-[元體質量支出]=[元體質量蓄積][元體質量收支差]=[元體質量蓄積]固體一維不穩(wěn)定擴散傳質菲克第二定律固體一維穩(wěn)定擴散傳質

第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二第13章擴散傳質與對流傳質第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二13.1穩(wěn)態(tài)擴散傳質穩(wěn)定擴散傳質的特點：無質量蓄積，通過物體的擴散傳質量為常數(shù)。

研究目的：結合一定的實驗方法確定物質的互擴散系數(shù)。

研究方法：借用穩(wěn)定導熱類似的求解方法。

第13章擴散傳質與對流傳質第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1．氣體通過平壁的擴散積分壁內濃度場表達式為當擴散系數(shù)Di為常數(shù)時，平壁內濃度場是線性的13.1穩(wěn)態(tài)擴散傳質第13章擴散傳質與對流傳質第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二菲克第一定律擴散傳質通量mol/m2.smol/m2.s令k—傳質系數(shù)，m/sm2/s13.1穩(wěn)態(tài)擴散傳質第13章擴散傳質與對流傳質第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二2．氣體通過圓筒壁的擴散積分壁內濃度場表達式為當擴散系數(shù)Di為常數(shù)時，圓筒壁內濃度場呈對數(shù)曲線分布13.1穩(wěn)態(tài)擴散傳質第13章擴散傳質與對流傳質第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二菲克第一定律mol/s13.1穩(wěn)態(tài)擴散傳質第13章擴散傳質與對流傳質第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1．傳質基本方程菲克第二定律2．邊界條件表面濃度Cw為常數(shù)和介質濃度Cf為常數(shù)3．相似特征數(shù)傳質傅里葉數(shù)傳質畢渥數(shù)13.2非穩(wěn)態(tài)擴散傳質第13章擴散傳質與對流傳質第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二（1）表面濃度為常數(shù)，“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴散平均濃度（2）介質濃度為常數(shù)，“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴散（3）表面濃度為常數(shù)，“無限厚”物體的不穩(wěn)定擴散13.2非穩(wěn)態(tài)擴散傳質第13章擴散傳質與對流傳質第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1．濃度邊界層（質量邊界層）

流體流過表面并與之發(fā)生對流傳質時，靠近表面形成的具有濃度梯度的流體薄層。定義濃度邊界層的基本特征：與熱邊界層類似

；濃度邊界層有層流和紊流之分；濃度邊界層外的濃度梯度為零，可視為等濃度區(qū)。13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二有效濃度邊界層：流體與表面進行對流傳質時，只存在濃度均一、濃度梯度為零的紊流核心區(qū)和集中全部傳質阻力、濃度線性分布的層流底層區(qū)。紊流核心區(qū)與層流底層區(qū)假想濃度分布線的交點A至表面的停滯流體層，稱為“有效濃度邊界層”，其厚度以表示。此時，表面上的濃度梯度可表示為13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二2．對流傳質系數(shù)mol/smol/m2.s—流體及表面濃度，mol/m3；A—傳質面積，m2；ki—對流傳質系數(shù)根據(jù)“有效濃度邊界層”的概念，按菲克第一定律：可得：與對流換熱系數(shù)h類似。13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二單位：對流傳質系數(shù)m/s物理意義：單位時間、通過單位面積、在單位濃度差下的對流傳質量，表征流體對流傳質作用。影響因素：影響對流傳質作用的因素如流體流動的起因、流動的性質、流體的物性、表面幾何特性等。13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二對流傳質系數(shù)確定方法精確解法近似積分法相似理論-模型實驗法類比法13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3．對流傳質系數(shù)計算式表面上的擴散傳質量對流傳質量13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二

當流體靠近物體表面流過時，存在著一層附壁的薄膜，假定膜內流體與主流不相混合，整個傳質過程就是此薄膜上的擴散作用，而且認為在薄膜上呈線性的濃度分布。表現(xiàn)為穩(wěn)定特征-有效濃度邊界層。4．對流傳質系數(shù)的模型理論薄膜理論13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二滲透理論當流體流過表面時，有流體質點不斷穿過流體的附壁薄層向表面遷移并與之接觸，流體質點在與表面接觸之際則進行質量的轉移過程，此后流體又回到主流核心中。一維不穩(wěn)定擴散過程13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二表面更新理論在流體質點不斷投向表面并在表面接觸后又不斷離開的過程中，隨時有新的質點補充離去的位置，這就形成了表面上質點不斷更新的現(xiàn)象。大多數(shù)的對流傳質過程

n=0.5～1.013.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二5．相關特征數(shù)普朗特數(shù)努塞爾數(shù)施密特數(shù)舍伍德數(shù)13.3對流傳質的基本概念第13章擴散傳質與對流傳質第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二層流傳質斯坦頓數(shù)紊流13.4流體流過平板時的對流傳質第13章擴散傳質與對流傳質第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二柯爾伯恩類比平板傳熱平板傳質

管內傳熱

管內傳質16.2流體流過平板時的對流傳質例16-1P277第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二一、本課的基本要求1．掌握對流傳質系數(shù)的單位、物理意義、影響因素。2．掌握對流傳質簡化模型及對流傳質系數(shù)的模型理論。3．掌握舍伍德數(shù)和施密特數(shù)的表達式及物理意義。4．能夠借用對流傳熱方法解決對流傳質問題。二、本課的重點、難點重點：對流傳質系數(shù)的單位、物