传质的理论基础热质交换与设备原理.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2.3.4 对流传质的数学描述 任意表面的速度边界层,热边界层和浓度边界层的发展 * 92-62 边界层中组分守恒的微元控制体及质量交换示意图 m A,g m A,st V A m A,dif m A,conv 质量守恒： 对组分A而言，单位时间内，通过对流、扩散及化学反应进入控制体内的质量等于控制体内质量的增加量。 * 92-63 图中控制体的传质情况 对流 扩散 化学反应 控制体质量变化 对流 扩散 化学反应 控制体质量变化 组分的连续性方程 * 92-64 其它方程建立 总的连续性方程 单位时间内流入微元体的净质量 = 单位时间内微元体内流体质量的变化 * 92-65 动量方程 作用力 = 质量 ? 加速度（F=ma） * 92-66 能量方程 导入与导出的净热量 + 热对流传递的净热量 +内热源发热量 = 总能量的增量 * 92-67 2.3.4.4 对流传质方程的边界层近似 边界层厚度一般是很小的，通常下列条件成立： 速度边界层 温度边界层 浓度边界层 本专业涉及的问题通常可简化为二维、稳态、常物性、不可压缩、无化学反应、无内热源。 * 92-68 经简化和近似，总的连续性方程及x方向动量方程可简化为: 根据量级分析，y方向动量方程可简化为: 能量方程可简化为: * 92-69 组分A的对流传质方程变成: 与壁面处无 质量交换时，当y＝0时有u=0，v=0。 边界处有质量交换时： 1. 交换对速度边界层影响很小，y＝0时有u=0，v=0； 2. 交换对浓度边界层影响很大，y＝0时有u=0。 注意（讨论组分传递对速度边界层的影响时）： 我们讨论的二元混合物通常CACB，混合物的物性近似取组分B的物性值。 * 92-70 2.3.5 对流传质过程的相关准则数 （1）施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特 准则数（Pr) ( 2 ) 宣乌特准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢 尔特准则数( Nu ) * 92-71 ( 3 ) 传质的斯坦顿准则数(Stm)对应于 对流传热中的斯坦顿准则数St * 92-72 由于y=0处只有扩散传质，因此在离开前缘任意距离处的组分流密度可表示为： 2.3.6 对流传质问题的分析求解 2.3.6.1 平板壁面上层流传质精确解 * 92-73 求解需要浓度分布、动量方程、连续性方程（过程略） 平板层流传热 平板层流传质 例题 * 92-74 1）流体一进入便立即进行传质，在管进口段距离内，速度分布和浓度分布(左下图)；复杂 2）流体进管后，待速度分布充分发展后，才进行传质。（右下图）较简单 2.3.6.2 管内稳态层流对流传质 δD δ δ=δD=ri δD δ 依然类比于管内层流传热---- * 92-75 当速度分布与浓度分布均已充分发展且传质速率较低，宣乌特数为 1）组分A在管壁处的浓度维持恒定： 2）组分A在管壁处的传质通量维持恒定： 工程上考虑入口段对传质的影响，采用下列公式： * 92-76 事先需估算流动进口段长度Lc和传质进口段长度LD 例题2-8—自学 定性温度和定性浓度（采用进出口算术平均值）： 作业：教材中的思考题与习题 * 92-77 2.4 相际间的对流传质模型 * 92-78 2.4.1 薄膜理论 C CAf d 主 流 膜 CAw 2.4 相际间的对流传质模型 * 92-79 根据膜理论按斐克定律所确定的稳态扩散传质通量为： * 92-80 2.4.2 渗透理论 一维斐克第二定律（非稳态）： 定解条件： 结果： 0 X C 主 流 +ΔC CAf CAf CAf CAf CAw CAw * 92-81 而由膜理论得到的为： 实验表明多数情况下： 表明多数情况介于膜理论和渗透理论的范围之间 而 引入有效暴露时间tc * 92-82 s可由实验测定 2.4.3 表面更新理论（渗透-表面更新理论） （对渗透理论的修正） 有效暴露时间tc不易确定，引入表面更新率s * 92-83 2.4.4 一维固液相变问题 利用相变材料储能在建筑节能和暖通空调领域有重要 应用，蓄热采暖也正收到重视。 2.4.4.1 固液相变简介 物质的存在通常分为三态，固态、液态和