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文檔簡介

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,共35頁研究對象:研究對象:物質(zhì)傳遞的規(guī)律及特點。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) 由分子運動即擴散性引起,亦稱擴散傳質(zhì)。對流傳質(zhì) 由流體流動引起。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)推動力:研究方法:現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁,共35頁第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(帶擴散的連續(xù)性方程)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁,共35頁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相對質(zhì)量濃度 相對摩爾濃度 iiiiCC現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁,共35頁組分濃度在空間和時間上的變化關(guān)系。 數(shù)學(xué)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(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: ,zyxfCi)z, y, x(fCi0Ci), z, y, x(fCi0Ci12.1 質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?. 濃度場及濃度梯度現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁,共35頁濃度場物

3、理量性質(zhì)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: )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,共35頁濃度梯度: 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,共35頁濃度邊界層: 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,共35頁1. 菲克第一定律14.2 質(zhì)量傳輸?shù)幕径煞€(wěn)定濃度場 1iiCniiiiiCDCDn1mol/m2.s固體

4、薄層 yCDniiimol/m2.s任意方向 nCDniiimol/m2.s ni單位時間通過單位面積的擴散傳質(zhì)量,即擴散傳質(zhì)通量; nCi濃度梯度, mmmol/3負號質(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,共35頁某組分的擴散傳質(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,共35頁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(zhì)量。A物質(zhì)的種類、組成; 自身擴散系數(shù):液體 110-10110

5、-9;固體 110-14110-10氣體 510-6110-5;B溫度、壓力等?;U散系數(shù):液體 經(jīng)驗數(shù)據(jù)固體 經(jīng)驗數(shù)據(jù)氣體 計算式(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,共35頁12.3 元體質(zhì)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(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)定擴散傳質(zhì) 22xCDCiii固體一維穩(wěn)定擴散傳質(zhì) 022dxCdi0drdCrdrdi現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁,共35頁第第13章章 擴散傳質(zhì)

6、與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁,共35頁13.1 穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)穩(wěn)定擴散傳質(zhì)的特點:穩(wěn)定擴散傳質(zhì)的特點: 無質(zhì)量蓄積,通過物體的擴散傳質(zhì)量為常數(shù)。 研究目的: 結(jié)合一定的實驗方法確定物質(zhì)的互擴散系數(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 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁,共35頁1氣體通過平壁的擴散氣體通過平壁的擴散022dxCdixCCCi21積分10CCxi2CCxi壁內(nèi)濃度場表達式為 xCCCCx211當(dāng)擴散系數(shù)Di為常數(shù)時,平壁內(nèi)濃度場是線性的 13.1 穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散

7、傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁,共35頁菲克第一定律 dxdCDniii擴散傳質(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)擴散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁,共35頁2氣體通過圓筒壁的擴散氣體通過圓筒壁的擴散0drdCrdrdi21lnCrCCi積分11CCrri22CCrri壁內(nèi)濃度場表達式為 211211lnlnrrrrCCCCi當(dāng)擴散系數(shù)Di為常數(shù)時,圓筒壁內(nèi)濃度場呈對數(shù)曲線分布 13.1 穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)

8、擴散傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁,共35頁菲克第一定律 rLdrdCDAdrdCDNiiiii21221ln21rrLDCCNiimol/srLdrdCDAdrdCDNiiiii2LrddCDNiii2lnrddCLNDiiiln213.1 穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁,共35頁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)擴散傳質(zhì)非穩(wěn)態(tài)擴散

9、傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁,共35頁(1)表面濃度為常數(shù),“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴散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)定擴散xBiFofCCCCfif,*0(3)表面濃度為常數(shù),“無限厚”物體的不穩(wěn)定擴散*021FoerfCCCCwiw13.2 非穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)非穩(wěn)態(tài)擴散傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁,共35頁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)生對流傳質(zhì)時,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對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁,共35頁cwfyiCCyCyC0有效濃度邊界層:有效濃度邊界層:流體與表面進行對流傳質(zhì)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(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,表面上的濃度梯度可表示為13.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第1

11、3章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁,共35頁2對流傳質(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: 與對流換熱系數(shù)h類似。 13.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁,共35頁單位: 對流傳質(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)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(zhì)量,表征流體對流傳

12、質(zhì)作用。影響因素: 影響對流傳質(zhì)作用的因素如流體流動的起因、流動的性質(zhì)、流體的物性、表面幾何特性等。13.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁,共35頁對對流流傳傳質(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-模型實驗法 類比法 13.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁,共35頁3對流傳質(zhì)系數(shù)計算式0yiiiyCDnwfiiCCkn表面上的擴散傳質(zhì)量 對流傳質(zhì)量 CyCDCCyCDkyiiwfyiii0013.3對流傳質(zhì)的基本概念對

13、流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁,共35頁 當(dāng)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(nèi)流體與主流不相混合,整個傳質(zhì)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-有效濃度邊界層有效濃度邊界層。4對流傳質(zhì)系數(shù)的模型理論薄膜理論ciiDk13.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁,共35頁滲透理論 當(dāng)流體流過表面時,有流體質(zhì)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(zhì)點在與表面接觸之際則進行質(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)定擴散過程 iiDk213.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁,共35頁表面更新理論在流體質(zhì)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(zhì)點補充離去的位置,這就形成了表面上質(zhì)點不斷更新的現(xiàn)象。SDkii大多數(shù)的對流傳質(zhì)過程 niiDk n=0.51.013.3對流傳質(zhì)的基本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁,共35頁5相關(guān)特征數(shù)普朗特數(shù) aPr努塞爾數(shù) lNu施密特數(shù) iDSc舍伍德數(shù) iiDlkSh 13.3對流傳質(zhì)的基

15、本概念對流傳質(zhì)的基本概念第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁,共35頁層流 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流體流過平板時的對流傳質(zhì)流體流過平板時的對流傳質(zhì)第第13章章 擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)擴散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁,共35頁柯爾伯恩類比 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 流體流過平板時的對流傳質(zhì)流體流過平板時的對流傳質(zhì)例16-1 P277現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁,共35頁一、本課的基本要求一、本課的基本要求1掌握對流傳質(zhì)系數(shù)的單位、物理意義、影響因素。2掌握對流傳質(zhì)簡化模型及對流傳質(zhì)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(zhì)問題。二、本課的重點、難點二、本課的重點、難點重點:對流傳質(zhì)

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