冶金傳輸原理質(zhì)量傳輸

1、關(guān)于冶金傳輸原理質(zhì)量傳輸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁(yè)，共35頁(yè)研究對(duì)象：研究對(duì)象：物質(zhì)傳遞的規(guī)律及特點(diǎn)。第3篇 質(zhì)量傳輸 借用研究傳熱的方法來研究傳質(zhì)。物性傳質(zhì) 由分子運(yùn)動(dòng)即擴(kuò)散性引起，亦稱擴(kuò)散傳質(zhì)。對(duì)流傳質(zhì) 由流體流動(dòng)引起。濃度差或濃度梯度。質(zhì)量傳輸質(zhì)量傳輸：物質(zhì)從物體或空間的某一部分轉(zhuǎn)移到另一部分的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱傳質(zhì)。傳質(zhì)有兩種基本方式：傳質(zhì)有兩種基本方式：傳質(zhì)推動(dòng)力：研究方法：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁(yè)，共35頁(yè)第12章 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍罴盎径?12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?12.2 質(zhì)量傳輸?shù)幕径?12.3 微元體質(zhì)量平衡方程（帶擴(kuò)散的連續(xù)性方程）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁(yè)，共35頁(yè)12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕?/p>

2、本概念 濃度及其表示方法濃度及其表示方法參與傳質(zhì)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(zhì)量的多少。質(zhì)量濃度 摩爾濃度 氣體的濃度 dVdmiikg/m3iiiMCmol/m3iiip MRT相對(duì)質(zhì)量濃度 相對(duì)摩爾濃度 iiiiCC現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁(yè)，共35頁(yè)組分濃度在空間和時(shí)間上的變化關(guān)系。 數(shù)學(xué)表達(dá)式：濃度場(chǎng)按時(shí)間穩(wěn)態(tài)濃度場(chǎng)：非穩(wěn)態(tài)濃度場(chǎng)：，無(wú)質(zhì)量蓄積 穩(wěn)定傳質(zhì)定態(tài)傳質(zhì)不定態(tài)傳質(zhì)有質(zhì)量蓄積 非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)濃度場(chǎng)： ,zyxfCi)z, y, x(fCi0Ci), z, y, x(fCi0Ci12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?. 濃度場(chǎng)及濃度梯度現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁(yè)，共35頁(yè)濃度場(chǎng)物

3、理量性質(zhì)空間三維濃度場(chǎng) 二維濃度場(chǎng) 一維濃度場(chǎng) 數(shù)量場(chǎng) 一維穩(wěn)態(tài)濃度場(chǎng)： 一維非穩(wěn)態(tài)濃度場(chǎng)： )x(fCi), x(fCi12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍瞵F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁(yè)，共35頁(yè)濃度梯度： 傳質(zhì)方向上單位距離上的濃度變化量（最大濃度變率）。表達(dá)式： nCgradCii方向： 低濃度 高濃度為正 12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍瞵F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁(yè)，共35頁(yè)濃度邊界層： 12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?)(yyCDCCkAABAAwC0)(yyCCCDkAAAwABC現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁(yè)，共35頁(yè)1. 菲克第一定律14.2 質(zhì)量傳輸?shù)幕径煞€(wěn)定濃度場(chǎng) 1iiCniiiiiCDCDn1mol/m2.s固體

4、薄層 yCDniiimol/m2.s任意方向 nCDniiimol/m2.s ni單位時(shí)間通過單位面積的擴(kuò)散傳質(zhì)量，即擴(kuò)散傳質(zhì)通量； nCi濃度梯度， mmmol/3負(fù)號(hào)質(zhì)量傳遞方向與濃度梯度方向相反。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁(yè)，共35頁(yè)某組分的擴(kuò)散傳質(zhì)通量與濃度梯度成正比 菲克第一定律： nDniiikg/m2.sni質(zhì)量濃度梯度， mmkg/312.2 質(zhì)量傳輸?shù)幕径涩F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁(yè)，共35頁(yè)3.擴(kuò)散系數(shù)Di單位: m2/s物理意義: 影響因素: 表征某一組分?jǐn)U散能力的物性參數(shù)，即濃度梯度為1時(shí)，單位時(shí)間通過單位面積的擴(kuò)散傳質(zhì)量。A物質(zhì)的種類、組成； 自身擴(kuò)散系數(shù)：液體 110-10110

5、-9；固體 110-14110-10氣體 510-6110-5；B溫度、壓力等?；U(kuò)散系數(shù)：液體 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)固體 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)氣體 計(jì)算式（12-25）12.2 質(zhì)量傳輸?shù)幕径涩F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁(yè)，共35頁(yè)12.3 元體質(zhì)量平衡方程（帶擴(kuò)散的連續(xù)性方程）元體分析法 建立方法： 建立依據(jù)： 質(zhì)量守恒定律 元體質(zhì)量收入- 元體質(zhì)量支出= 元體質(zhì)量蓄積 元體質(zhì)量收支差 = 元體質(zhì)量蓄積222222zCyCxCDzCvyCvxCvCiiiiiziyixi固體一維不穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì) 22xCDCiii固體一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì) 022dxCdi0drdCrdrdi現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁(yè)，共35頁(yè)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)

6、與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁(yè)，共35頁(yè)13.1 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)的特點(diǎn)：穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)的特點(diǎn)： 無(wú)質(zhì)量蓄積，通過物體的擴(kuò)散傳質(zhì)量為常數(shù)。 研究目的： 結(jié)合一定的實(shí)驗(yàn)方法確定物質(zhì)的互擴(kuò)散系數(shù)。 研究方法： 借用穩(wěn)定導(dǎo)熱類似的求解方法。 第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁(yè)，共35頁(yè)1氣體通過平壁的擴(kuò)散氣體通過平壁的擴(kuò)散022dxCdixCCCi21積分10CCxi2CCxi壁內(nèi)濃度場(chǎng)表達(dá)式為 xCCCCx211當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)Di為常數(shù)時(shí)，平壁內(nèi)濃度場(chǎng)是線性的 13.1 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散

7、傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁(yè)，共35頁(yè)菲克第一定律 dxdCDniii擴(kuò)散傳質(zhì)通量 21CCDniimol/m2.siDk 21CCknimol/m2.s令 k傳質(zhì)系數(shù)，m/sAdxdCDAnNiiiidxdCANDiiim2/s13.1 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁(yè)，共35頁(yè)2氣體通過圓筒壁的擴(kuò)散氣體通過圓筒壁的擴(kuò)散0drdCrdrdi21lnCrCCi積分11CCrri22CCrri壁內(nèi)濃度場(chǎng)表達(dá)式為 211211lnlnrrrrCCCCi當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)Di為常數(shù)時(shí)，圓筒壁內(nèi)濃度場(chǎng)呈對(duì)數(shù)曲線分布 13.1 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)

8、擴(kuò)散傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁(yè)，共35頁(yè)菲克第一定律 rLdrdCDAdrdCDNiiiii21221ln21rrLDCCNiimol/srLdrdCDAdrdCDNiiiii2LrddCDNiii2lnrddCLNDiiiln213.1 穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁(yè)，共35頁(yè)1傳質(zhì)基本方程菲克第二定律 22xCDCiii2邊界條件表面濃度Cw為常數(shù)和介質(zhì)濃度Cf為常數(shù)3相似特征數(shù)2laFolBi傳質(zhì)傅里葉數(shù) 2*lDFo傳質(zhì)畢渥數(shù) DklBi *13.2 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散

9、傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁(yè)，共35頁(yè)（1）表面濃度為常數(shù)，“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴(kuò)散xFofCCCCwiw,*0平均濃度 *0FofCCCCww（2）介質(zhì)濃度為常數(shù)，“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴(kuò)散xBiFofCCCCfif,*0（3）表面濃度為常數(shù)，“無(wú)限厚”物體的不穩(wěn)定擴(kuò)散*021FoerfCCCCwiw13.2 非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁(yè)，共35頁(yè)1濃度邊界層（質(zhì)量邊界層）濃度邊界層（質(zhì)量邊界層） 流體流過表面并與之發(fā)生對(duì)流傳質(zhì)時(shí)，靠近表面形成的具有濃度梯度的流體薄層。定義濃

10、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)。cxcx13.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁(yè)，共35頁(yè)cwfyiCCyCyC0有效濃度邊界層：有效濃度邊界層：流體與表面進(jìn)行對(duì)流傳質(zhì)時(shí)，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(zhì)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(diǎn)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。 c此時(shí)，表面上的濃度梯度可表示為13.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第1

11、3章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁(yè)，共35頁(yè)2對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)ACCkNwfiimol/s wfiiCCknmol/m2.swfCC流體及表面濃度， mol/m3； A傳質(zhì)面積，m2； ki對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)根據(jù)“有效濃度邊界層”的概念，按菲克第一定律：wfciiCCDnACCDNwfciiciiDk可得： 與對(duì)流換熱系數(shù)h類似。 13.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁(yè)，共35頁(yè)單位： 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)m/s 物理意義： 單位時(shí)間、通過單位面積、在單位濃度差下的對(duì)流傳質(zhì)量，表征流體對(duì)流傳

12、質(zhì)作用。影響因素： 影響對(duì)流傳質(zhì)作用的因素如流體流動(dòng)的起因、流動(dòng)的性質(zhì)、流體的物性、表面幾何特性等。13.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁(yè)，共35頁(yè)對(duì)對(duì)流流傳傳質(zhì)質(zhì)系系數(shù)數(shù)確確定定方方法法精確解法 近似積分法 相似理論-模型實(shí)驗(yàn)法 類比法 13.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁(yè)，共35頁(yè)3對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式0yiiiyCDnwfiiCCkn表面上的擴(kuò)散傳質(zhì)量 對(duì)流傳質(zhì)量 CyCDCCyCDkyiiwfyiii0013.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)

13、流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁(yè)，共35頁(yè) 當(dāng)流體靠近物體表面流過時(shí)，存在著一層附壁的薄膜，假定膜內(nèi)流體與主流不相混合，整個(gè)傳質(zhì)過程就是此薄膜上的擴(kuò)散作用，而且認(rèn)為在薄膜上呈線性的濃度分布。表現(xiàn)為穩(wěn)定特征-有效濃度邊界層有效濃度邊界層。4對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的模型理論薄膜理論ciiDk13.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁(yè)，共35頁(yè)滲透理論 當(dāng)流體流過表面時(shí)，有流體質(zhì)點(diǎn)不斷穿過流體的附壁薄層向表面遷移并與之接觸，流體質(zhì)點(diǎn)在與表面接觸之際則進(jìn)行質(zhì)量的轉(zhuǎn)移過程，此后流體又回

14、到主流核心中。 一維不穩(wěn)定擴(kuò)散過程 iiDk213.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁(yè)，共35頁(yè)表面更新理論在流體質(zhì)點(diǎn)不斷投向表面并在表面接觸后又不斷離開的過程中，隨時(shí)有新的質(zhì)點(diǎn)補(bǔ)充離去的位置，這就形成了表面上質(zhì)點(diǎn)不斷更新的現(xiàn)象。SDkii大多數(shù)的對(duì)流傳質(zhì)過程 niiDk n=0.51.013.3對(duì)流傳質(zhì)的基本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁(yè)，共35頁(yè)5相關(guān)特征數(shù)普朗特?cái)?shù) aPr努塞爾數(shù) lNu施密特?cái)?shù) iDSc舍伍德數(shù) iiDlkSh 13.3對(duì)流傳質(zhì)的基

15、本概念對(duì)流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁(yè)，共35頁(yè)層流 2131RePr664. 0LLNu 2131Re664. 0LLScSh 2132Re664. 0PrLLSt2132*Re664. 0LLScStScShStLLLRe*傳質(zhì)斯坦頓數(shù)紊流 5132Re037. 02PrLLkSt5431RePr037. 0LLNu 5132*Re037. 02LLkScSt5431Re037. 0LLScSh 13.4流體流過平板時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)流體流過平板時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)第第13章章 擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁(yè)，共35頁(yè)柯爾伯恩類比 平板傳熱 平板傳質(zhì) 2Pr32kSt232*kScSt 管內(nèi)傳熱 管內(nèi)傳質(zhì) 8Pr32fSt832*ScStf16.2 流體流過平板時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)流體流過平板時(shí)的對(duì)流傳質(zhì)例16-1 P277現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁(yè)，共35頁(yè)一、本課的基本要求一、本課的基本要求1掌握對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的單位、物理意義、影響因素。2掌握對(duì)流傳質(zhì)簡(jiǎn)化模型及對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的模型理論。3掌握舍伍德數(shù)和施密特?cái)?shù)的表達(dá)式及物理意義。4能夠借用對(duì)流傳熱方法解決對(duì)流傳質(zhì)問題。二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：對(duì)流傳質(zhì)