第九章 质量传输绪论.pdf

9 质量传输绪论 9.0 本章主要内容导读 本章是质量传输部分的绪论，包括质量传输基本概念、质量传输基本方式和质量传输数学描述三大部 分内容(图9-1) 。 图9-1 第九章主要内容导读 教材中和本章有关的内容包括：第十三章、第十四章。 1 9.1 质量传输基本概念 9.1.1 质量传输 前两篇(动量传输、热量传输) 的讨论都是基于单组分系统。如果一个系统具有两种或者两种以上组分， 并且这些组分的浓度在系统中连续变化时，系统内部将自发存在一种减少浓度差的传输现象，这种某一组 分从高浓度区域向低浓度区域进行传输的过程称为质量传输(mass transfer)/传质。 质量传输的驱动力是化学位梯度。一般质量传输过程的化学位梯度由浓度差/浓度梯度产生，这类质量传输称为普通扩 散(ordinary diffusion)/浓度扩散(concentration diffusion) 。 如第零章所述，温度差、压差以及重力场、磁场、电场等外部力场作用产生的力差也能够产生化学位梯度。温度差产生 的质量传输称为索瑞特效应(Soret effect)/热扩散(thermal diffusion)，压差产生的质量传输称为压力扩散(pressure diffusion)/压 强扩散，力差产生的质量传输称为强制扩散(forced diffusion) 。本课程只研究浓度差为驱动力产生的传质现象。 在《材料科学基础》中，浓度差为驱动力产生的传质现象称为化学扩散。化学扩散又分为上坡扩散和下坡扩散。本课程 只研究某一组分从高浓度向低浓度区域进行传输的过程，即下坡扩散。 和动量传输、热量传输不同，一般只在多组分系统中研究质量传输。 质量传输部分的符号规定如下：对二元系统用 和 表示各组分，对多元系统用 、、 等表示各组分。 A B 1 2 3 材料加工过程中有大量质量传输现象，它们发生在不同物质和不同浓度之间，绝大多数发生在两相物质之间。传质过程 常常是材料加工过程的关键性和限制性环节，决定了整个材料加工过程的进行速率。 9.1.2 浓度 在二元或者多元混合物中单位体积所含组分的多少称为浓度(concentration) 。浓度有多种表示方法，在 质量传输中主要采用质量浓度(mass concentration)和摩尔浓度(molar concentration)/浓度/物质的量浓度。 在《材料科学基础》中，摩尔浓度被称为体积浓度。 单位体积混合物中组分i 的质量称为组分i 的质量浓度，可以表示为 m i i V 3 式中：ρ——组分i 的质量浓度(kg/m ) ； i m ——组分i 的质量(kg)； i 3 V——混合物的体积(m ) 。 混合物的总质量浓度(mass concentration，即动量传输和热量传输中的密度)/质量密度可以表示为 n  i i 1