中国矿业大学热质交换原理与设备第2章(345节).ppt

第三节、 对流传质 一、基本概念 指流体流经一个相界面时与界面之间发生的质量交换过程。 二、对流传质系数 1、对流传质通量方程 三、边界层概念及意义 1、 速度边界层（流动边界层） 2、 温度边界层（热边界层） 1）流动分为热边界层区和主流区 2）主流区温度梯度为零，温度梯度集中在紧靠壁面的薄层内 3、浓度边界层 当流体流过一固体壁面时，若此流体与固体壁面之间存在着浓度差，那么会产生质量传递。 同样可以认为在远离壁面的流体中，浓度梯度为零，浓度梯度仅发生在紧靠壁面的流体层内，质量传递的全部阻力集中于具有浓度梯度的该流体层内，该流体层称为浓度边界层。 4、边界层的意义P37 1）边界层的引入可以简化问题的求解难度，流体被划分为主流区和边界层区，将求解的区域限定在边界层内； 2）利用边界层的特性，利用数量级分析，简化对流传质微分方程，确立浓度分布，求解对流传质系数。 5、对流传质系数的求解P35 1）、求解公式 2）、求解步骤 求解动量方程和连续性方程，得速度分布 求传质微分方程，得浓度分布 求壁面的浓度梯度 求对流传质系数 6、紊流传质的机理P38 四、对流传质的数学描述P39 1、传质微分方程的建立 展开（4）式并整理： 以摩尔为基准通用传质微分方程 对不可压缩流体定常流动 1）混合物总浓度ρ为常数 组分A的连续性方程 或对流传质方程 2）、分子传质微分方程 3、边界层近似和特殊条件 根据具体的条件对对流传质方程和对流换热方程进行简化 运用边界层理论，采用数量级分析的方法对方程进行简化 边界层内的物性当CACB时，取B的物性 在边界层y=0处认为速度等于0（传质通量很小时） 五、对流传质中的一些相关准则数 2、无因次准则数 （4） 施密特数 （6）对流传质准则数（Sh） 对流传质准则数的导出 六、对流传质问题的分析求解 1、平板壁面上的层流传质精确解 分析 边界层内对流传质微分方程的简化 各项数量级的确定 以 为例 微分方程定解条件 质量传递边界条件 求解结果 求解结果的适用条件 适用于Sc﹥0.6，平板壁面上传质速率很低、层流边界层部分的对流传质系数。 解、 2、判定流动状态 NA=hm×（cAS-cA∞）=4.7×10-9kmol/㎡.s 2、管内稳态层流对流传质 1）管内流动边界层的发展 2、浓度边界层的发展 3、层流传质微分方程 条件：管内层流（轴对称）、稳态传质、流动边界层充分发展后开始传质，忽略在轴向的传质、浓度边界层充分发展。 求解结果 进口段对传质的影响及修正 对传热：进口段局部换热系数并非常数 进口段修正公式系数表 例题2-8 常压1atm下45℃的空气以1m/s的速度预先通过直径为25㎜、长为2m的金属管道，然后进入与该管道连接的具有相同直径的萘管，于是萘由壁面向空气中传质。萘管长0.6m。 已知： 45℃、1atm下萘在空气中的扩散系数为6.87×10-6m2/s，萘的饱和浓度为2.8×10-5kmol/m3。 求：对全萘管的传质速率;出口空气中萘的浓度。 分析 1）该问题属于管内对流传质 2）判定该问题是层流传质还是湍流传质 3）判定萘管中的传质是否处于流动充分发展阶段 4）选用合适的公式求对流传质系数 解： 1）查或计算物性 4）求出口浓度 分离变量积分 理论模型的建立方法 主要论点： （1）物质主要靠漩涡运动从流体主体到界面 （2）所有漩涡在界面具有相同的极短停留时间（暴露时间），然后被新的漩涡置换，重新回到流体主体中。假定所有微元的暴露时间相同。 （3）在很短的停留时间内，物质在界面处的传递以非稳态分子扩散的方式进行。 3、表面更新理论（Surface Renewal Theory，Danckwerts，1951） 主要论点： 1）各个微元的暴露时间长短不同。 2）流体可分为界面区和主体区。在界面区里，传质按渗透理论进行，界面上的微元是不固定的，不断地和主体区发生交换，进行表面更新。在主体区，全部流体达到均匀一致的浓度。 第五节动量、热量和质量传递类比 一、三传现象的类比 （一）、分子传递性质 动量传递 动量传递公式表明：动量通量密度正比于动量浓度的变化率 能量传递公式表明：能量通量密度正比于焓浓度的变化率 质量传递公式表明：组分A质量通量密度正比于组分A质量浓度的变化率 三传现象中的对应量 （二）、紊流传递性质 湍流中总的传递通量 总传递通量=分子传递通量+湍流传递通量 二、三传方程及传质相关的准则数 连续性方程 当Pr=ν/α=1时： 对流传质实验数据的整理 对流换热 由于传热过程和传质过程的类似性，在实用上对流质交换的准则关联式常套用相应的对流换热的准则关联式。（近似）。 如：Re一