中国矿业大学热质交换原理与设备第2章(1,2节).ppt

第二章 热质交换过程 热 质 交 换 过 程 1、传质的基本概念 2、扩散传质 3、对流传质 4、热质传递模型 5、动量、热量和质量传递类比 6、热量和质量同时进行时的热质传递 第一节 传质概论 一、混合物组成的表示方法 1.3、质量分数 1.4、摩尔分数 质量分数与摩尔分数的换算 1.5、理想气体混合物浓度与温度压力的关系 二、传质的速度和传质通量 2.1、传质的速度 主体移动速度： 又称平均速度，代表混合物的速度。 用u表示混合物的质量平均速度 用um表示混合物的摩尔平均速度 组分的相对流速可表示为： 2.2、传质通量 定义：指单位时间内通过垂直于传质方向上的单位面积的某一组分的物质数量。 分类 平均速度的计算 平均速度 引入目的：流体混合物各组分的运动速度不同， 为了表达混合物的总体流动而引入 思考 在流体力学和传热学中用到的速度是哪个速度？ 1、传质、混合物组成及表示方法（浓度） 2、理想气体混合物浓度的计算 3、不同浓度之间的换算 4、传质速度与传质通量 传质速度与传质通量 例题 由O2（组分A）和CO2（组分B）构成的二元系统中发生一维稳态扩散。已知cA=0.0207Kmol/m3， cB=0.0622Kmol/m3，uA=0.0017m/s， uB=0.0003m/s，试计算： 1）u，um； 2）NA， NB，N 3）mA，mB，m 4）jA，jB，j， JA，JB，J 解： 经计算：u=5.727×10-4m/s um=6.496×10-4m/s JA =cA（uA-um）=0.0207×（0.0017-6.496×10-4） =2.174328×10-5kmol/m2.s JB =cB（uB-um）=0.0622×（0.0003-6.496×10-4） = - 2.174512×10-5kmol/m2.s J=JA+JB=（2.174328- 2.174512）×10-5 =1.84 ×10-9 kmol/m2.s≈0 kmol/m2.s 三、传质的基本方式 传质： 传质方式和机理 分子扩散传质 紊流扩散（对流扩散） 1、混合物中组分浓度的表示方法及有关换算 2、传质通量的定义、分类、各种通量之间的关系 3、传质的基本方式及机理 索瑞特效应和杜弗尔效应 温度梯度引起的质扩散效应，称为索瑞特效应（1880年，C.Soret） 质扩散的热效应 ，即质扩散引起的热传递，称为杜弗尔效应（1873年，L.Dofour） 第二节、扩散传质 一、斐克定律（1855） 第二节、扩散传质 一、斐克定律（1855） ——DAB表示组分A在组分B中的质扩散系数，是组分的物性参数，与扩散的环境介质及混合物的压力温度有关，主要靠实验确定。 ——DBA？ —— “-”表示扩散方向和浓度梯度的方向相反，即沿等浓度面的法线，朝向浓度减小的方向。 二元体系中的扩散 以质量分数和摩尔分数表示（c或ρ=常数） 3、扩散通量的求解 已知：一维、稳态、二元扩散体系，扩散系数D为常数， , ，混合物无整体流动 傅立叶定律的积分结果 4、绝对扩散通量的表示 混合物整体以平均速度 u 或 um 移动时，相对于静坐标而言： 二、气体中的稳态扩散过程 气体扩散的两种方式： 1、等分子反方向扩散 2、斯蒂芬定律（单向扩散） 相对于静坐标 分离变量求解： 漂流因数的意义 漂流因数，反映了主体流动对传质速率的影响，因p/pBm≥1，说明由于主体流动的存在使物质A的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些。 3、变截面积的分子扩散 球形液滴在静止空气中的蒸发（不计重力）或萘球在静止空气中的升华 条件：球半径为r，周围空气静止且总压力保持不变（P） 分析：对球坐标的一维稳态单向扩散 解： 例题 已知萘球的直径为10mm，空气的压力101.3kPa，温度318K，萘在空气中的扩散系数为6.92×10-6 ㎡/s，在此温度下萘的饱和蒸汽压为0.074kPa，试计算萘球表面的扩散通量。 代入数据计算可得所求通量为： 3.88×10-8kmol/（㎡.s） 1、斐克定律的应用条件、内容，会用斐克定律求解扩散通量 2、气体扩散的两种形式（双向扩散和单向扩散） 3、等分子反方向扩散的扩散通量计算 4、斯蒂芬定律的应用条件、内容，会用斯蒂芬定律求解扩散通量（单向扩散） 三、液体中的稳态扩散 1、液体中的扩散通量方程 组分A在液体中的扩散仍可用菲克定律来描述。当含主体流动时的扩散通量方程为： 2、等分子反方向扩散 根据等分子反方向扩散定义： 等分子反方向扩散时的浓度分布 3、组分A通过停滞组分B的扩散 例：苯