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認(rèn)證類型：個(gè)人認(rèn)證

認(rèn)證主體：吳**（實(shí)名認(rèn)證）

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IP屬地：湖北 上傳時(shí)間：2022-07-04 格式：PPT 頁數(shù)：37 大小：561.50KB 積分：28 舉報(bào) 版權(quán)申訴

1、n質(zhì)量傳輸是指物質(zhì)從體系的某一部分遷移到另一部分的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱質(zhì)量傳輸是指物質(zhì)從體系的某一部分遷移到另一部分的現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱傳質(zhì)傳質(zhì)。n傳質(zhì)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能有很多，如傳質(zhì)現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能有很多，如濃度梯度、溫度梯度、壓力梯濃度梯度、溫度梯度、壓力梯度度都會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量傳輸過程。本質(zhì)上講，質(zhì)量傳輸是由體系中的都會(huì)導(dǎo)致質(zhì)量傳輸過程。本質(zhì)上講，質(zhì)量傳輸是由體系中的化學(xué)化學(xué)勢(shì)差勢(shì)差引起的。當(dāng)然流體的引起的。當(dāng)然流體的宏觀流動(dòng)宏觀流動(dòng)也會(huì)將物質(zhì)從一處遷移到另一處。也會(huì)將物質(zhì)從一處遷移到另一處。n質(zhì)量傳輸主要研究物質(zhì)分子、原子等質(zhì)量傳輸主要研究物質(zhì)分子、原子等微觀粒子微觀粒子的遷移，不是物質(zhì)的的遷移，不是物質(zhì)的

2、宏觀移動(dòng)，著眼點(diǎn)是宏觀移動(dòng)，著眼點(diǎn)是濃度場(chǎng)濃度場(chǎng)的變化。的變化。Bdcdz濃度梯度濃度梯度使得物質(zhì)從使得物質(zhì)從高濃度區(qū)高濃度區(qū)向向低濃度區(qū)低濃度區(qū)擴(kuò)散，如圖（擴(kuò)散，如圖（a a），），B B組元的濃度沿組元的濃度沿Z Z軸方向降低，其梯度為：軸方向降低，其梯度為： ，B B組元即在梯度組元即在梯度推動(dòng)力的作用下，沿推動(dòng)力的作用下，沿Z Z軸方向擴(kuò)散。軸方向擴(kuò)散。 當(dāng)系統(tǒng)偏離平衡，系統(tǒng)內(nèi)部的當(dāng)系統(tǒng)偏離平衡，系統(tǒng)內(nèi)部的濃度濃度、溫度溫度及及速度速度中至少中至少有一個(gè)表現(xiàn)出不均勻，產(chǎn)生梯度。有一個(gè)表現(xiàn)出不均勻，產(chǎn)生梯度。溫度梯度溫度梯度使熱量由使熱量由高溫區(qū)高溫區(qū)向向低溫區(qū)低溫區(qū)傳遞，如圖（傳遞，如

3、圖（b b）所示，溫）所示，溫度沿度沿Z Z軸方向降低，其梯度為：軸方向降低，其梯度為： ，熱量在溫度梯度的作用下，熱量在溫度梯度的作用下，沿沿Z Z軸方向傳遞。軸方向傳遞。dTdz速度梯度速度梯度使動(dòng)量由使動(dòng)量由高速區(qū)高速區(qū)向向低速區(qū)低速區(qū)傳遞，如圖（傳遞，如圖（c c）所示，速）所示，速度沿度沿Z Z軸方向升高，其梯度為：軸方向升高，其梯度為： ，動(dòng)量在速度梯度的作用下，動(dòng)量在速度梯度的作用下，沿沿Z Z軸反方向傳遞。軸反方向傳遞。ydvdzn研究研究質(zhì)量傳輸質(zhì)量傳輸?shù)姆椒ㄅc研究的方法與研究熱量傳輸熱量傳輸?shù)姆椒ㄏ嗨?。的方法相似。n如果系統(tǒng)當(dāng)中如果系統(tǒng)當(dāng)中組分濃度比較低，質(zhì)量交換率比較小組

4、分濃度比較低，質(zhì)量交換率比較小，傳，傳質(zhì)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述與傳熱現(xiàn)象是類似的。如果質(zhì)現(xiàn)象的數(shù)學(xué)描述與傳熱現(xiàn)象是類似的。如果定解條件定解條件也類似也類似，從傳熱中得到的許多結(jié)果可以通過類比直接應(yīng)，從傳熱中得到的許多結(jié)果可以通過類比直接應(yīng)用于傳質(zhì)。當(dāng)然，如果以上條件不滿足，傳熱與傳質(zhì)過用于傳質(zhì)。當(dāng)然，如果以上條件不滿足，傳熱與傳質(zhì)過程就會(huì)有明顯差別，類比關(guān)系就不再適用。程就會(huì)有明顯差別，類比關(guān)系就不再適用。質(zhì)量傳輸?shù)难芯糠椒ǎ嘿|(zhì)量傳輸?shù)难芯糠椒ǎ悍肿訑U(kuò)散現(xiàn)象分子擴(kuò)散現(xiàn)象在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃在靜止或滯流流體內(nèi)部，若某一組分存在濃度差，則因分子度差，則因分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)使

5、該組分由濃度較高處使該組分由濃度較高處傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為傳遞至濃度較低處，這種現(xiàn)象稱為分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散。存在于靜止的介存在于靜止的介質(zhì)或流動(dòng)的介質(zhì)中，依質(zhì)或流動(dòng)的介質(zhì)中，依靠靠分子的運(yùn)動(dòng)分子的運(yùn)動(dòng)來進(jìn)行質(zhì)來進(jìn)行質(zhì)量的傳輸。量的傳輸。分分子的子的不規(guī)則不規(guī)則運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)典型的分子擴(kuò)散傳質(zhì)發(fā)生在典型的分子擴(kuò)散傳質(zhì)發(fā)生在流體介質(zhì)流體介質(zhì)和和固體介質(zhì)固體介質(zhì)中，亦發(fā)生中，亦發(fā)生在在流動(dòng)的流體作層流運(yùn)動(dòng)流動(dòng)的流體作層流運(yùn)動(dòng)時(shí)。時(shí)。本質(zhì)本質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì)是不依靠宏觀的混合作用發(fā)生的傳質(zhì)現(xiàn)象。擴(kuò)散傳質(zhì)是不依靠宏觀的混合作用發(fā)生的傳質(zhì)現(xiàn)象。當(dāng)體系存在當(dāng)體系存在濃度差濃度差時(shí)，濃度大的分子破壞了均衡態(tài)而導(dǎo)致時(shí)

6、，濃度大的分子破壞了均衡態(tài)而導(dǎo)致了定向的分子運(yùn)動(dòng)，促使?jié)舛却蟮膮^(qū)域的分子趨向濃度小了定向的分子運(yùn)動(dòng)，促使?jié)舛却蟮膮^(qū)域的分子趨向濃度小的區(qū)域，而達(dá)到濃度一致，從而完成宏觀的質(zhì)量傳輸。的區(qū)域，而達(dá)到濃度一致，從而完成宏觀的質(zhì)量傳輸。通常情況下，通常情況下，分子擴(kuò)散傳質(zhì)分子擴(kuò)散傳質(zhì)是很緩慢的，傳遞的質(zhì)量亦是是很緩慢的，傳遞的質(zhì)量亦是很少的。很少的。sm2dxdCDjAABA組分組分A A在混合物在混合物ABAB中的擴(kuò)散系數(shù)中的擴(kuò)散系數(shù)3mmol組分組分A A的摩的摩爾濃度爾濃度擴(kuò)散方向上擴(kuò)散方向上的距離，的距離，m m 由組分由組分A A和和B B組成的二組分混合系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)處于靜止時(shí)，組成的二組分

7、混合系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)處于靜止時(shí)，由于由于濃度梯度濃度梯度引起的擴(kuò)散通量為：引起的擴(kuò)散通量為：表示擴(kuò)散方向與濃度表示擴(kuò)散方向與濃度梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃梯度方向相反，擴(kuò)散沿著濃度降低的方向進(jìn)行。度降低的方向進(jìn)行。單位單位時(shí)間內(nèi)，組分時(shí)間內(nèi)，組分A A通過與通過與擴(kuò)散方向垂直的單位擴(kuò)散方向垂直的單位面積的摩爾數(shù)。面積的摩爾數(shù)。smmol2雖然擴(kuò)散是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，但物質(zhì)雖然擴(kuò)散是物質(zhì)分子熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，但物質(zhì)A A的擴(kuò)散速的擴(kuò)散速度并不等于在擴(kuò)散溫度下單個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)速度。度并不等于在擴(kuò)散溫度下單個(gè)分子的熱運(yùn)動(dòng)速度。dyduxxtqdxdCDjAABA運(yùn)動(dòng)流體與固體表面之間，或運(yùn)動(dòng)流體與固體表面

8、之間，或互不相溶互不相溶的兩種流體之間，的兩種流體之間，依靠流體質(zhì)量的依靠流體質(zhì)量的宏觀遷移宏觀遷移而引起的質(zhì)量傳輸。當(dāng)流體流動(dòng)為紊流時(shí)，而引起的質(zhì)量傳輸。當(dāng)流體流動(dòng)為紊流時(shí)，對(duì)流傳質(zhì)過程包括對(duì)流傳質(zhì)過程包括層流邊界層中的微觀擴(kuò)散層流邊界層中的微觀擴(kuò)散，和主流中因紊流動(dòng)而引，和主流中因紊流動(dòng)而引起的起的紊流擴(kuò)散紊流擴(kuò)散。smAcACkn組分組分A A在界面處的在界面處的濃度與流體主體濃度與流體主體平均濃度之差。平均濃度之差。 對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)。與界面的幾何形與界面的幾何形狀，流體的物理性質(zhì)。流動(dòng)狀態(tài)狀，流體的物理性質(zhì)。流動(dòng)狀態(tài)及濃度差等因素有關(guān)。及濃度差等因素有關(guān)。 3mmolsmmo

9、l2對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)摩爾通量摩爾通量對(duì)流傳質(zhì)可分為對(duì)流傳質(zhì)可分為和和兩類。兩類。又分為又分為和和兩種情況。兩種情況。對(duì)流傳質(zhì)按流體的作用方式又可分兩類，一類是對(duì)流傳質(zhì)按流體的作用方式又可分兩類，一類是的傳質(zhì)；另一類是的傳質(zhì)；另一類是。 流體在壁面附近形成湍流邊界層。湍流邊界層又分為層流內(nèi)層、流體在壁面附近形成湍流邊界層。湍流邊界層又分為層流內(nèi)層、緩沖層和湍流主體三部分。在緩沖層和湍流主體三部分。在層流內(nèi)層層流內(nèi)層中，質(zhì)量傳遞以中，質(zhì)量傳遞以分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散形形式進(jìn)行。在式進(jìn)行。在緩沖層緩沖層中，既有中，既有分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散，又有，又有渦流擴(kuò)散渦流擴(kuò)散。在湍流主體。在湍流主體中，分子擴(kuò)散的影響可

10、忽略不計(jì)。中，分子擴(kuò)散的影響可忽略不計(jì)。質(zhì)量場(chǎng)：質(zhì)量與空間坐標(biāo)質(zhì)量場(chǎng)：質(zhì)量與空間坐標(biāo)(x,y,z)(x,y,z)和時(shí)間和時(shí)間t t的變化關(guān)系的變化關(guān)系 質(zhì)量質(zhì)量= =f(x,y,z,t)f(x,y,z,t) u 單位體積混合物中組分單位體積混合物中組分i i 的質(zhì)量。的質(zhì)量。3 (Kg/m )iimV總質(zhì)量密度：總質(zhì)量密度：111 nniiiimVu 單位體積混合物中組分單位體積混合物中組分i i 的摩爾數(shù)。的摩爾數(shù)。總摩爾濃度：總摩爾濃度：1niicc)/(3mmolMciiiiicxc11niix11niiiiu 組分組分i i 的濃度與系統(tǒng)中所有組分的總濃的濃度與系統(tǒng)中所有組分的總濃度的

11、比值，又稱度的比值，又稱百分濃度百分濃度。=A+B kg/m3 x = xA+xB mol/m3 A= (A / ) % B= (B / ) % xA=(CA / C) % xB=(CB / C ) %iipxpC i = f（x，y，z，） 某組分濃度在某組分濃度在空間空間的分布及隨的分布及隨時(shí)間時(shí)間變化規(guī)律叫該組分變化規(guī)律叫該組分的濃度場(chǎng)。的濃度場(chǎng)。Ci =f（x，y，z） 當(dāng)當(dāng) Ci / =0穩(wěn)定濃度場(chǎng)；在該場(chǎng)中穩(wěn)定濃度場(chǎng)；在該場(chǎng)中傳質(zhì)即為定態(tài)傳質(zhì)。不傳質(zhì)即為定態(tài)傳質(zhì)。不存在質(zhì)量的累積。存在質(zhì)量的累積。f(x,y,z,t)Ci0tCi 在濃度場(chǎng)中，某一瞬間沿質(zhì)量傳輸方向上在濃度場(chǎng)中，某一

12、瞬間沿質(zhì)量傳輸方向上或或。對(duì)于一維情況，組。對(duì)于一維情況，組分分i i沿沿X X方向的可表示為：方向的可表示為： xCgradCii(x.t)CCii定義：定義：c c/c/cb b=0.99=0.99 處離壁的距離為處離壁的距離為邊界層厚度邊界層厚度：c c 當(dāng)流體流過固體壁面時(shí)，在與壁面垂直方向上將建立當(dāng)流體流過固體壁面時(shí)，在與壁面垂直方向上將建立起濃度梯度。起濃度梯度。壁面附近具有較大濃度梯度的區(qū)域稱為壁面附近具有較大濃度梯度的區(qū)域稱為濃度濃度邊界層邊界層或或傳質(zhì)邊界層傳質(zhì)邊界層。強(qiáng)制對(duì)流流過平板形成的強(qiáng)制對(duì)流流過平板形成的速度邊界層速度邊界層和和濃度邊界層濃度邊界層速度邊界層、濃度邊界

13、速度邊界層、濃度邊界層及有效邊界層層及有效邊界層 圖中圖中c cs s為界面處的濃度，為界面處的濃度，c cb b為濃度邊界為濃度邊界層外液體內(nèi)部的濃度。在濃度邊界層中濃度層外液體內(nèi)部的濃度。在濃度邊界層中濃度發(fā)生急劇變化，邊界層厚度發(fā)生急劇變化，邊界層厚度 c c不存在明顯的不存在明顯的界限，使得數(shù)學(xué)處理上很不方便。在濃度邊界限，使得數(shù)學(xué)處理上很不方便。在濃度邊界層中，同時(shí)存在界層中，同時(shí)存在分子擴(kuò)散分子擴(kuò)散和和湍流湍流傳質(zhì)。因傳質(zhì)。因此在數(shù)學(xué)上可以作等效處理。在非常貼近與此在數(shù)學(xué)上可以作等效處理。在非常貼近與固體的界面處，濃度分布成固體的界面處，濃度分布成直線直線。因此在界。因此在界面處（

14、即面處（即y=0y=0）沿著直線對(duì)濃度分布曲線引）沿著直線對(duì)濃度分布曲線引一切線，此切線與濃度邊界層外流體內(nèi)部的一切線，此切線與濃度邊界層外流體內(nèi)部的濃度濃度c cb b的延長(zhǎng)線相交，通過交點(diǎn)作一條與界的延長(zhǎng)線相交，通過交點(diǎn)作一條與界面平行的平面，此平面與界面之間的區(qū)域叫面平行的平面，此平面與界面之間的區(qū)域叫做做有效邊界層有效邊界層，用，用 c c來表示。來表示。 由圖可以看出，由圖可以看出，在界面處的濃度梯度在界面處的濃度梯度即為直線的斜率：即為直線的斜率：sb0)(cyccyc0=ysbc)y(ccc 流體流流體流動(dòng)方向動(dòng)方向niiiniiiuuu111niiiniiimuxuCCu111

15、單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面的單位時(shí)間內(nèi)通過單位截面的i i組分的組分的質(zhì)量質(zhì)量質(zhì)量傳質(zhì)通量質(zhì)量傳質(zhì)通量摩爾數(shù)摩爾數(shù)摩爾傳質(zhì)通量摩爾傳質(zhì)通量A.A.相對(duì)于靜止坐標(biāo)：相對(duì)于靜止坐標(biāo)：I I 組分運(yùn)動(dòng)速度組分運(yùn)動(dòng)速度u ui i (m/s)(m/s)iiiiiuuj)(insmKg2/iiiiiuCxuCJsmmol2/)(iN)()(uuuujiiiiismKg2/)()(miimiiiuuCxuuCJsmmol2/XYZdydxdzIPxOPxIPyOPyIPzOPz組分組分A A沿沿x x方向方向輸入輸入微元體總的微元體總的質(zhì)量流量質(zhì)量流量：dydzjuAxxA)(組分組分A A沿沿x x方向方向

16、輸出輸出微元體總的微元體總的質(zhì)量流量質(zhì)量流量：dydzdxxjujuAxxAAxxA)()(質(zhì)量通量質(zhì)量通量擴(kuò)散質(zhì)量通量擴(kuò)散質(zhì)量通量組分組分A A沿沿x x方向在微元體凈質(zhì)量流量：方向在微元體凈質(zhì)量流量：dydzdxxjuAxxA)(組分組分A A沿沿y y方向在微元體凈質(zhì)量流量：方向在微元體凈質(zhì)量流量：dxdzdyyjuAyyA)(dxdydzzjuAzzA)(組分組分A A沿沿z z方向在微元體凈質(zhì)量流量：方向在微元體凈質(zhì)量流量：dxdydztA微元體內(nèi)組分微元體內(nèi)組分A A的質(zhì)量積累：的質(zhì)量積累：微元體內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)生成組分微元體內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)生成組分A A的質(zhì)量為：的質(zhì)量為：dxdyd

17、zRA0)()()(AAzAyAxAzAyAxARzjyjxjtzuyuxu根據(jù)平衡方程得：根據(jù)平衡方程得：zuyuxuzuyuxuAzAyAxzyxA)(前三項(xiàng)展開得：前三項(xiàng)展開得：(A)(A)則（則（A A）式變?yōu)椋海┦阶優(yōu)椋?)(AAzAyAxAAzAyAxzyxARzjyjxjdtdzuyuxuzuyuxu引入引入A A的隨體導(dǎo)數(shù)：的隨體導(dǎo)數(shù)：ddzuyuxuDtDAAzAyAxA則上式變?yōu)椋簞t上式變?yōu)椋?)(AAzAyAxAZyxARzjyjxjDtDzvyvxv(B)(B)xDjAABAx若系統(tǒng)中只有分子擴(kuò)散，則有：若系統(tǒng)中只有分子擴(kuò)散，則有：22xDxjAABAxyDjAABAy

18、22yDyjAABAxzDjAABAz22zDzjAABAz(C)(C)將（將（C C）帶入（）帶入（B B）有：）有：AAAAABAZyxARzyxDDtDzuyuxu)()(222222總密度總密度為常數(shù)，即流體為為常數(shù)，即流體為不可壓縮不可壓縮時(shí)：時(shí)：0zuyuxuZyx則平衡方程為：則平衡方程為：AAAAABARzyxDDtD)(222222AAAAABARzCyCxCDDtDC)(222222 總密度或總濃度恒定，總密度或總濃度恒定，D DABAB為常數(shù)，有化學(xué)反應(yīng)的不穩(wěn)為常數(shù)，有化學(xué)反應(yīng)的不穩(wěn)態(tài)三維態(tài)三維對(duì)流傳質(zhì)過程對(duì)流傳質(zhì)過程。 若用摩爾平均速度若用摩爾平均速度u um m，摩爾濃度，摩爾濃度C CA A代替質(zhì)量平均速度和質(zhì)量濃度，代替質(zhì)量平均速度和質(zhì)量濃度，則傳質(zhì)微分方程變?yōu)椋簞t傳質(zhì)微分方程變?yōu)椋篈AAAABAmZmymxARzCyCxCDDtDC