傳熱學(xué)第四版第11章講解課件

1、傳熱學(xué)第十一章傳質(zhì)學(xué)簡(jiǎn)介課件制作人：尹華杰11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律傳質(zhì)學(xué)的幾個(gè)概念質(zhì)量傳遞或傳質(zhì)在含有兩種或兩種以上組分的流體內(nèi)部，如果有濃度梯度存在，則每一種組分都有向低濃度方向轉(zhuǎn)移，以減弱這種濃度不均勻的趨勢(shì)?；旌衔锏慕M分在濃度梯度作用下由高濃度向低濃度方向的轉(zhuǎn)移過程稱為傳質(zhì)，亦稱質(zhì)量傳遞熱擴(kuò)散、壓力擴(kuò)散引起濃度擴(kuò)散11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律混合物濃度的表示方法濃度梯度是傳質(zhì)的一種推動(dòng)力質(zhì)量濃度，單位是kg/m3物質(zhì)的量濃度c，單位是kmol/m311-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律混合物濃度的表示方法理想混合氣體第i組分物質(zhì)的量濃度ci與組分的分壓力pi及溫度T的關(guān)系11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克

2、（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程質(zhì)擴(kuò)散裴克定律11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程質(zhì)擴(kuò)散裴克定律11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D是個(gè)物性參數(shù),它表征了物質(zhì)擴(kuò)散能力的大小。它的值取決于混合物的性質(zhì)、壓力與溫度，主要靠實(shí)驗(yàn)來確定，可查取。對(duì)氣相物質(zhì)，當(dāng)已知溫度T0、壓力p0下的擴(kuò)散系數(shù)D0時(shí)，溫度T、壓力p下的擴(kuò)散系數(shù)可按下式估算：11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程熱量、動(dòng)量和質(zhì)量傳遞過程對(duì)比11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程三種傳遞現(xiàn)象的傳遞率的統(tǒng)一計(jì)算式

3、傳遞率=-擴(kuò)散率傳遞推動(dòng)力兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程等摩爾逆向擴(kuò)散等摩爾逆向擴(kuò)散定義如圖所示，設(shè)組分A、B以相同的物質(zhì)的量的通量密度向相反方向擴(kuò)散，則稱這種擴(kuò)散過程為等摩爾逆向擴(kuò)散11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程等摩爾逆向擴(kuò)散穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散時(shí)，等摩爾逆向擴(kuò)散系數(shù)DAB與DBA間的關(guān)系穩(wěn)態(tài)時(shí)整個(gè)擴(kuò)散系統(tǒng)的總壓力為常數(shù)：11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程等摩爾逆向擴(kuò)散等摩爾逆向擴(kuò)散中物質(zhì)的量的通量密度計(jì)算式11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程等摩爾逆向擴(kuò)散等摩爾

4、逆向擴(kuò)散的應(yīng)用場(chǎng)合在氣體分離的蒸餾過程中，當(dāng)?shù)头悬c(diǎn)組分和高沸點(diǎn)組分的潛熱相近時(shí)，高沸點(diǎn)組分凝結(jié)釋放出的熱量使相同物質(zhì)的量的低沸點(diǎn)組分汽化（略去散熱），則該過程可近似地按等摩爾逆向擴(kuò)散處理11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程單向擴(kuò)散問題描述考慮如圖所示的量筒底部的水層向頂部大氣的擴(kuò)散過程。由于水面上水分的蒸發(fā)，水蒸氣不斷地向上擴(kuò)散。此外，設(shè)在量筒口有一股極低流速的氣流不斷地把水蒸氣帶走，則可建立起一個(gè)穩(wěn)態(tài)的擴(kuò)散過程11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程單向擴(kuò)散問題描述由圖可見，空氣中的分壓力梯度在接近于

5、水面處幾乎為零。這是因?yàn)榭諝庠谒械娜芙舛葞缀鯙榱?，因而不能向水中擴(kuò)散。由于在這一過程中水面上的水蒸氣不斷向空氣擴(kuò)散，而空氣不能進(jìn)入水面，因而稱為單向擴(kuò)散。11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程單向擴(kuò)散問題描述但另一方面，量筒口處空氣的分壓力顯然要大于水面上的分壓力，因而必須有空氣不斷地從量筒口向量筒底部擴(kuò)散，這樣便會(huì)在水平面上積聚起越來越多的空氣。為了維持一個(gè)穩(wěn)定的擴(kuò)散過程，可以設(shè)想一定會(huì)有一股沿水面的法線方向向上流動(dòng)的混合氣流。該混合氣流中夾帶有空氣，以補(bǔ)償從量筒口向水面的空氣擴(kuò)散。在量筒的任一截面上這股向上的氣流的流速應(yīng)使該截面上空氣的凈質(zhì)量

6、交換率（空氣向下的擴(kuò)散與補(bǔ)償氣流向上夾帶的空氣之差）為零11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程單向擴(kuò)散問題假定擴(kuò)散過程是穩(wěn)態(tài)的系統(tǒng)是等溫的水面上方空間的壓力p0為常數(shù)混合氣體可以作為理想氣體處理11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程單向擴(kuò)散單向擴(kuò)散物質(zhì)量的通量密度計(jì)算式斯蒂芬（Stephan）定律這是在裴 克定律的基礎(chǔ)上考慮了單向擴(kuò)散特點(diǎn)后得出的物質(zhì)的量的通量密度計(jì)算式，稱為斯蒂芬定律11-1質(zhì)擴(kuò)散與斐克定律質(zhì)擴(kuò)散裴克（Fick）定律及典型擴(kuò)散過程兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程單向擴(kuò)散斯蒂芬（Stephan）定律

7、的積分表達(dá)式11-2對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)（又稱質(zhì)對(duì)流）是指當(dāng)流體流經(jīng)一個(gè)相界面時(shí)與界面之間發(fā)生的質(zhì)量交換。這種界面可以是液體表面也可以是固體表面11-2對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)計(jì)算式11-2對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳熱與傳質(zhì)的類比對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)具有相同的單值性條件時(shí)的關(guān)系路易斯（Lewis）關(guān)系層流時(shí)對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)的對(duì)比11-2對(duì)流傳質(zhì)及表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對(duì)流傳熱與傳質(zhì)的類比湍流時(shí)對(duì)流換熱與對(duì)流傳質(zhì)的類比傳遞方式對(duì)流換熱對(duì)流傳質(zhì)管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱充分發(fā)展段，流體被加熱外掠平板應(yīng)用實(shí)例質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過程干濕球溫度計(jì)的質(zhì)熱傳遞

8、現(xiàn)象當(dāng)一股溫度為t、水蒸氣質(zhì)量濃度為的氣流吹過濕球時(shí)同時(shí)發(fā)生著對(duì)流傳質(zhì)及對(duì)流傳熱。首先，水蒸氣由濕球上的水膜表面進(jìn)入空氣流中，水膜表面水蒸氣的分壓力即為濕球溫度tw下的飽和蒸汽壓力。相應(yīng)的水蒸氣質(zhì)量濃度為w應(yīng)用實(shí)例質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過程干濕球溫度計(jì)的質(zhì)熱傳遞現(xiàn)象來流空氣中水蒸氣濃度的計(jì)算式在單位面積上的質(zhì)交換為由于水分的蒸發(fā)要吸收潛熱，從而使水膜溫度降低(tw低于干球溫度t)，氣流與水膜表面間又產(chǎn)生了對(duì)流換熱，單位面積上的換熱量為應(yīng)用實(shí)例質(zhì)量與熱量同時(shí)傳遞的過程干濕球溫度計(jì)的質(zhì)熱傳遞現(xiàn)象來流空氣中水蒸氣濃度的計(jì)算式達(dá)到熱平衡時(shí),氣流傳給水膜的熱量等于水分蒸發(fā)所消耗的潛熱,即復(fù)習(xí)題、習(xí)題復(fù)習(xí)題

9、：3習(xí)題傳質(zhì)：11-17傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用1.選用或發(fā)展合適的換熱關(guān)聯(lián)式，以便有效地設(shè)計(jì)各類熱交換設(shè)備2.利用或開發(fā)各種強(qiáng)化換熱手段，以提高傳熱效果、降低材料消耗、改進(jìn)設(shè)備緊湊性傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用3.開發(fā)或選擇有效的冷卻方法，以提高發(fā)熱（受熱）元件或設(shè)備的冷卻效果，保障設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行大型發(fā)電機(jī)冷卻技術(shù)的發(fā)展過程空氣冷卻 20世紀(jì)30年代 100MW氫氣冷卻 始于1937年(美國) 1000MW蒸發(fā)冷卻 尚處于研究階段 我國已研制成功1200kVA的樣機(jī)傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用3.開發(fā)或選擇有效的冷卻方法，以提高發(fā)熱（受熱）元件或設(shè)備的冷卻效果，保障設(shè)備的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電子器件的導(dǎo)熱模塊（TCM）核反應(yīng)堆中的燃料棒冷卻傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用4.設(shè)計(jì)絕熱工程、開發(fā)絕熱技術(shù)，以節(jié)約能量、保護(hù)環(huán)境絕熱材料絕熱設(shè)計(jì)5.預(yù)測(cè)加工制造工藝中工件內(nèi)部的溫度場(chǎng)，以合理地控制生產(chǎn)工藝過程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，或?yàn)闊釕?yīng)力、熱變形的計(jì)算提供依據(jù)傳熱學(xué)在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用6.開發(fā)新能源、清潔能源，