传递现象(Transport Phenomenon).ppt

* * 传递现象 （Transport Phenomenon） 扩散（Diffusion） －－物质传递 热传导（Thermal Conduction） －－热量传递 粘滞性（Viscosity） －－动量传递 传递现象－扩散（Diffusion） 扩散（Diffusion） －－物质传递 传递现象－热传导（Thermal Conduction） 热传导（Thermal Conduction） －－热量传递 粘滞性（Viscosity） －－动量传递 传递现象－粘滞性（Viscosity） 传递现象 （Transport Phenomenon） 总结： 从微观成因看，物质传递、热量传递和动量传递都是由于分子的无规则热运动引起的，是大量分子热运动的统计平均行为。为与因流体整体运动引起的传递相区分，我们称上述三种传递现象为分子传递现象 传递现象（Transport Phenomenon） 2. 三种传递现象具有类似的唯象规律 以“通量”或“流”表示传递的速率，其量纲为 [物质的量] [ 热 量 ] ? [面积]－1 ? [时间]－1 [ 动 量 ] 引起传递的宏观原因为“梯度”或称之为“力”，其量纲为 [ 浓 度 ] [ 温 度 ] ? [长度]－1 [ 速 度 ] 传递现象（Transport Phenomenon） 通量与梯度之间存在着函数关系，这一关系是传递现象动力学的基本关系式。 在梯度不大的情况下，三种传递现象的通量与梯度之间均为正比关系。 费克定律（Fick’s Law) 一、费克定律（Fick’s Law) jBz为物质通量，即单位时间通过单位面积的物质B的数量， 量纲为 mol ? m-2 ? s-1 DBA为扩散系数，完整的说是B在A－B二元体系中的扩散系数 量纲为 m2 ? s-1 负号表明扩散方向与梯度方向相反 傅立叶定律（ Fourier’s Law ） 二、傅立叶定律（Fourier’s Law) qz为热通量，即单位时间通过单位面积的热量， 量纲为 J ? m-2 ? s-1 ? 为导热系数或称热导率，量纲为 J ? K-1 ? m-1 ? s-1 牛顿定律（Newton’s Law） 三、牛顿定律（Newton’s Law) Pzy为动量通量，即单位时间沿着z方向通过单位平面的动量（y 方向），量纲为 kg ? m-1 ? s-2 也可表示为 N ?m-2 为粘度或称动力粘度，量纲为 N ? m-2 ? s 或 Pa ? s 过去常用泊（ poise ）或厘泊（cp），1 cp =1×10-3 Pa ? s 动量通量即为各层流体间的内摩擦力，称之为剪切应力，?zy 牛顿定律也可表示为 传递现象－例题 例1. 在一厚度为 l 的惰性多孔板两边，分别放置浓度为 cB0 和 cBl的稀溶液， cB0 cBl, 溶质B由 cB0 处通过多孔板向 cBl 处扩散。由于溶液量很大，且一直在均匀搅拌，因此浓度不变，扩散呈恒稳状态。设已知扩散系数为 D，求溶质B的物质通量,以及浓度在板内的分布。 解：当扩散处于恒稳状态，浓度在各处不随时间变化，在板内各处不会有物质积累。对于平板而言，通量将不随位置变化，浓度梯度为恒定值。 浓度梯度为 则由费克定律，B的物质通量为 传递现象－例题 为求浓度在板内的分布，建立微分方程如下： 在恒稳状态下，通量不随位置变化 以费克定律代入，可得微分方程 积分此式可得： 代入边界条件： 可求得 所以浓度在板内的分布为： 传递现象－例题 例2. 有一面积为 1 m2, 厚度为 6 mm 的塑料平板，两面维持一个 2 K 的温度差。达到恒稳状态后测得热流为 30 W。试计算该塑 料平板的热导率。 解：热通量为 对于平板，当达到恒稳状态，温度分布为线性分布，温度梯度为： 则由傅立叶定律， ，可得热导率为： 传递现象－例题 例3. 在两平行板间有某流体，设下板固定，上板以 vy= 0.3 m s-1的速度运动。两板间距为 0.3 mm, 已知该流体粘度为0.7×10-3 Pa ?s, 求剪切应力 解： 可设为恒稳状态，两板间流速呈线性分布，流速梯度为： 则由牛顿定律， ，可得剪切应力为： 传递现象－讨