质量传输的基本概念及基本定律.doc

第 1 次课 课题： 质量传输的基本概念及基本定律（2学时） 一、本课的基本要求 1．理解浓度、浓度场及浓度梯度的概念。 2．掌握扩散系数Di的单位、物理意义和影响因素。 3．掌握稳定扩散传质与不稳定扩散传质的基本特征。 二、本课的重点、难点 重点：扩散系数Di的单位、物理意义和影响因素。 难点：互扩散系数的确定。 三、作业 习题P266 14-8 四、教参及教具 《动量、热量、质量传输原理》 高家锐主编 重庆大学出版社 图14-2 补充图 第3篇 质量传输 （）1 质量传输的基本概念 浓度及其表示方法 参与传质过程的混合物中的某一组分的浓度是指单位体积混合物中该组分物质量的多少。 质量浓度 kg/m3 物质的量浓度 mol/m3 气体的浓度 Pa 2．浓度场及浓度梯度 浓度场：组分浓度在空间和时间上的变化关系。 稳定浓度场：，，无质量蓄积 不稳定浓度场：，，有质量蓄积 空间：一维 二维 三维温度场 物理量性质：有大小无方向，数量场。 一维稳定浓度场： 一维不稳定浓度场： 浓度梯度：传质方向上单位距离上的浓度变化量（最大浓度变率）。 表达式： 方向：低浓度高浓度为正。 14.2 质量传输的基本定律 1．稳定浓度场的建立 补充图 一无限宽大，厚为的平板某组分浓度为C0，在的初始时刻，平板下表面某组分浓度跃升到Cx并保持不变。，相邻各层逐次扩散，质量沿板厚方向传递，不稳定浓度场。，浓度分布不变，稳定浓度场已经建立。 2．菲克第一定律 稳定浓度场 mol/m2.s 固体薄层 mol/m2.s 任意方向 mol/m2.s 式中 ni—单位时间通过单位面积的扩散传质量，即扩散传质通量； —浓度梯度，；负号—质量传递方向与浓度梯度方向相反。 表述：稳定扩散传质时，某组分的扩散传质通量与浓度梯度成正比。 菲克第一定律也可用质量浓度表示： kg/m2.s 式中 —质量浓度梯度， 扩散系数Di （1）单位 m2/s （2）物理意义 表征某一组分扩散能力的物性参数，即浓度梯度为1时，单位时间通过单位面积的扩散传质量。 （3）影响因素 A．物质的种类、组成：单一组分 自身扩散系数；多组分 互扩散系数 自身扩散系数： 气体 5×10-6～1×10-5；液体 1×10-10～1×10-9；固体 1×10-14～1×10-10 互扩散系数： 气体 互扩散系数等于任一气体在另一气体中的相对扩散系数，其计算式见P263。 液体 经验数据，见P304。 固体 经验数据，见P304。 B．温度、压力等。 14.3 元体质量平衡方程（带扩散的连续性方程） 建立方法：元体分析法 建立依据：质量守恒定律。 [元体质量收入]- [元体质量支出] [元体质量蓄积] [元体质量收支差] [元体质量蓄积] 对流传质收支差 扩散传质收支差 此式为元体质量平衡微分方程，又称带扩散的连续性方程。 方程的简化： 固体一维不稳定扩散传质 此式即为菲克第二定律，表述了不稳定扩散传质的基本特征，即质量蓄积与浓度梯度变率成正比。 固体一维稳定扩散传质 直角坐标 柱坐标 本章小结： 主要内容：质量传输的基本概念，扩散传质基本定律，带扩散的连续性方程（质量平衡微分方程）。 重点：质量传输的基本概念，扩散传质基本定律（菲克第一定律、菲克第二定律）。 基本要求：掌握扩散传质、对流传质基本概念，菲克第一定律、菲克第二定律物理意义。 重庆科技学院教案用纸 第３页