北京化工大学传递与分离 11--第十一章对流传质.pptVIP

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* * * * * * * * * * * * * * * (m/s) 柯尔本类似律: (m/s) 结果表明: 值与1相差越大,雷诺类似律误差也就越大,所以当 时, 应用柯尔本类似律计算 * * 第三节 传质理论 所谓传质理论,就是针对传质过程的机理提出一个物理模型, 找出影响传质 过程的各种因 素之间的数学关系及其解,并以实验验证该理论的正确程度。 到目前为止,最有代表性的传质模型为停滞膜模型、渗透模型、 表面更新 模型、旋涡 扩散模型、统计平均模型等。 1、停滞膜模型,亦称为双膜模型 , 为 经验常数 该式说明传质系数k与扩散系数 成正比,其缺点是忽略了 扩散组分 在膜中的 积累及膜中的对流传质。具体见: Nernster W.:Z.phys.Chem.,47:52(1904) b.Whitman W.G.,Chem ﹠Met,Eng.Vol.29,PP147,1923 其传质系数计算式为: * * 该模型由西格比(Higbie)1935年提出, (Higbie,R., Trans.Am.Inst.Chem.eng.,Vol.31,pp365,1935,7) 其传质系数计算式为: 式中, 为有效接触时间 上式说明 ,但是 不易求得。 2、溶质渗透模型 * * 式中: 为表面更新率 见:Danckwerts,P.V, Ind.Eng.Chem.,Vol.43,pp1460-1467,1951 3、表面更新模型 * * 该模型主要强调涡流在相界面附近逐渐衰减,其数学表达式为: 式中: 为表面张力 为运动黏度 4、旋涡扩散模型 * * 这类模型包括大涡模型,小涡模型,单涡模型和近界面传质统计模型等。 这类模型认为在近界面处对传质起控制作用的是旋涡。具体见相关文献。 5、统计平均模型 * * 上述模型认为界面没有达到平衡,界面湍动对传质影响很大。 天津大学苗容生、马有光等用实验证明界面处浓度远离平衡。 6、 界面非平衡理论 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第十一章 对流传质 序言 第一节 层流下的质量传递 11-1 平板壁面上层流传质的精确解 11-2 平板壁面上层流传质的近似解 第二节 湍流下的质量传递(管内湍流传质) 11-3 质量、热量与动量传递之间的类似率 第三节 传质理论 * * ★ 浓度边界层及其厚度的定义 图11-1 流体流过平板时的速度边界层与浓度边界层 * * 如图11-1所示,当流体流过平板表面进行质量传递时,在壁面附近存在一层 具有浓度梯度的流体, 该层流体定义为浓度(传质、扩散)边界层 。通常 规定从固体壁面到 处的y向距离为 浓度边界层的厚度 记为 。显然有 。一般有 。 其中: --壁面处组分A的浓度 --浓度边界层内组分A的浓度 --浓度边界层外流体中组分A的浓度 * * ★★ 局部传质分系数 的计算式 仿照传热微分方程: (8-1) 可得如下形式的局部对流传质分系数 的计算式: (11-1) 式中 -- 对流传 质分系数,(m/s)。 * * 已知,则 可求 如 求解运动方程和连续性方程,得出速度分布 求解浓度分布方程,得出浓度梯度 求解传质微分方程,得出浓度分布 由壁面处的浓度梯度,求得对流传质系数 * * 第一节 层流下的质量传递 11-1、 平板壁面上层流传质的精确解 1、 二维稳态下浓度边界层对流扩散方程 由第九章知,双组分系统用摩尔浓度表示的质量传递微分方程为: 若:1、 无化学反应, 2、稳态, 3、 二维传质, * * 4、 由第四章知, , 可忽略 上式为二维稳态下的浓度边界层对流扩散方程。 (11-2) * * 2、 的求解过程 联解普兰德边界层方程和连续性方程 求解对流扩散方程(11-2) 对于给定的x求解方程(11-1) 上述求解过程与求解 的过程是类似的,故可用类比法求解 3、 平板壁面上层流传质的精确解 用类比法求解(略),可得: (11-3) * * (11-4) 式中, --x处的局部修伍得数 上两式适用范围: 1、 组分A的传质速率不大(或溶解度不大),即 2 、 , * * (11-5) 若令x=L,则 (11-6) 式中, ——为0--L(x)段的平均传质分系数(m/s), L(x)——为平板传质长度(m) 计算传质摩尔通量时,传质分系数需用平均值 ,其计算方法为: * * 11-2 平板壁面上层流传质的近似解 一、 浓度边界层积分传质方程 浓度边界层积分传质方程与卡门边界层积分动量方程(4-6式)、

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