重庆大学热质交换原理与设备(chapter2C)课件.ppt

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重庆大学热质交换原理与设备(chapter2C)课件

相似解的无因次解或者还原的解是基础,它们具有形式上完全相似的特点,无因此参数的定义形式也相同,从而构造的无因次表达形式也是一样的。比如求得的Nu和Sh的表达形式是一样的。因此,具有相同的法则形式。这些可以从层流的求解结果得到证实,那里的结果是类比方法求解得到的,而不是套用的形式 * 加强与学生的互动。 * 计入进口段对传质的影响,采用以下公式进行修正 Sh——不同条件下的平均或局部宣乌特数; ——浓度边界层已分发展后的宣乌特数; SC——流体的施密特数; d——管内径; x——传质段长度; 进口段 K1、k2、n——常数(P57表2-4) 判断:流动进口段长度Le和传质进口段长度LD 管内各物理量的定性温度和定性浓度采用 流体的主体温度和主体浓度 下标l、2分别表示进、出口状态。 见王厚华《传热学》P157 假定壁面浓度恒定 2300 流动充分,并假定壁面浓度恒定 2m 从壁面传质角度考虑 同一现象的两种表示 从断面流动考虑 2.4 对流传质模型 2.4.1 Nernst薄膜理论 (1)流体靠近物体表面流过时,存在着一层附壁的薄膜; (2)在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触,膜内流体与主流不相混合和扰动,无过渡; (3)薄膜内浓度线性分布 mA=hm (CAw-CAf) 扩散 对流 问题的关键:没有过渡层 (简化模型) 2.4.2渗透模型 当流体流过表面时,有流体质点不断地穿透流体的附壁薄层向表面迁移 流体质点在与表面接触之际则进行质量的传递, 流体质点又回到主流核心中去。 数学模型为:一维非稳态扩散传质 传质系数为 求解结果: tc:质点在界面上的暴露时间 hm与D成1/2次方关系 总结: (1)由薄膜理论确定的对流传质系数与扩散系数呈线性的1次方关系,即hm-D; (2)按渗透理论则为1/2次方关系,即 实验表明,对于大多数的对流传质过程,传质系数与扩散系数的关系如下式: 2.5动量、热量和质量传递类比分析(湍流问题) 2.5.1三种传递现象的类比 (1)对象:当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时,则分别发生动量、热量和质量的传递现象。 (2)方式:动量、热量和质量的传递,既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散,也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。 2.5.2 三传方程 动量 能量 质量 三传方程形式一致,而且可以转换成相同形式的无因次方程(前面的层流传热、传质类比求解过程已经证实) 无量纲边界条件为: 动量 能量 质量 无量纲边界条件一致 如果三个方程的扩散系数相等时(v=a=D),即无因次方程完全一样; 边界条件又完全相同; 则它们的解也应当是完全一致的,即边界层中的无因次速度、无因次温度分布和无因次浓度分布曲线完全重合; 当 时,无因次速度分布和浓度分布曲线相重合,或无因次速度边界层和浓度边界层厚度相等。 当a=D 时,无因次温度分布和浓度分布曲线相重合,或无因次温度边界层和浓度边界层厚度相等。 表示速度分布和温度分布的相互关系,体现流动和传热之间的相互联系; 表示速度分布和浓度分布的相互关系,体现流体的传质特性; 表示温度分布和浓度分布的相互关系,体现传热和传质之间的联系。 用Sh与Sc、Re等准则的关联式,来表达对流质交换系数与诸影响因素的关系 套用传热学中的相同模式,得到: 在传热学中有: 即两者具有相同的表达法则f 相同法则,在层流中的相似解中得到证实,此处主要用于分析湍流情况的分析 在给定 Re准则条件下,当流体的a=D即流体的 Pr=Sc时基于热交换和质交换过程对应的定型准则数值相等 Nu=Sh 热质交换类比律 水与空气热质交换就属于这种情况 Le=Sc/Pr=a/D 刘伊斯准则 Pr ≠ Sc ?? 2.5.3动量交换与热交换的类比在质交换中的应用 2.5.3.1 雷诺类比(全部处于湍流区,没有层流底层和过渡层) 雷诺建立了流动与换热之间的关系 具体推导过程参考:王厚华《传热学》P139 Cf-摩擦系数 雷诺类比 与换热推导过程相类似,推广到传质,得: 动量传输与质量传输之间的雷诺类比 当 说明对流传质系数除了数学解、实验解外,还可以通过摩擦系数求解,多了一个求解的路径 普朗特提出类比(考虑层流底层) 卡门类比(考虑过渡层) 契尔顿和柯尔本(大量实验结果总结) 2.5.3.3热、质传输的类比的一般关系 柯尔本 王厚华《传热学》P139 柯尔本 Pr ≠ Sc ?? 将相关的专业知识加入到该课程的教学工作中。 * dGA=(dGA/dx).dx * 就只是一个膜,通过膜的扩散传递,没有过渡区域之类的,膜的另外一侧直接就是主流区,特点很明显。 *

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