第二章热质交换理论.ppt

扩散通量 以绝对速度表示的质量通量 以扩散速度表示的质量通量 组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量 2.3.1 对流传质系数 在离开前缘任意距离处的组 分流密度可表示为 在离开前缘任意距离处的组分流密度可表示为 2.3.2 浓度边界层 浓度边界层的概念 浓度边界层 δc被定义为 [(CAs-CA）/（CAs-CA∞）]= 0.99时的y值 边界层的重要意义 由于边界层的引入，可以大大简化讨论问题的难度。我们可以将整个的求解区域划分为主流区和边界层区。在主流区内，为等温、等浓度的势流，各种参数视为常数；在边界层内部具有较大的速度梯度、温度梯度和浓度梯度，其速度场、温度场和浓度场需要专门来讨论求解 对流传质方程 任意表面的速任意表面的速度,热和浓度边界层的开展度,热和浓度边界层的开展 边界层中组分守恒的微元控制体及能量交换示意图 界层中组分守恒的微元控制体及能量交换示意图 控制体中的传质情况 2.3.3 湍流传质的机理 组分A的主体平均浓度定义为： 2.3.4 对流传质的数学描述 因为边界层厚度一般很小，可利用下面的不等式 速度边界层 温度边界层 浓度边界层 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 根据利用速度边界层近似的量级分析，可以表明y动量方 程可简化为 上述简化，能量方程可简化为上述简化，能量方程可简化为 组分的连续性方程变成 上述简化，能量方程可简化为上述简化，能量方程可简化为 组分的连续性方程变成 图 2-10 有效边界层 2-10 有效边界层 按斐克第一定律于图2-10所示的边界条件下积分，得到传质通量的计算式为 －－扩散组分（i)于流体中的互扩散系数 －－散组分于流体中的平均浓度，或反映平衡浓度 －－扩散组分于固体表面上的浓度或平衡浓度 －－对流传质简化模型的“停滞层”厚度 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) ν: 流体的运动粘度（即动量传输系数） α：物体的导温系数（即热量传输系数） Di：物体的扩散系数 ( 2 ) 舍伍德准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢 尔特准则数(Nu) α: 对流传热系数 λ：物体的导热系数 l : 定型尺寸系数 hm: 对流传质系数 Di：物体的扩散系数 ( 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 2.4 相际间的对流传质模型 2.4.1 薄膜理论 根据膜理论按菲克定律所确定的稳态扩散传质通量为： 2.4.2 渗透理论 2.5 动量、热量和质量传递类比 2.5.1 三传方程 连续性方程 动量方程 能量方程 扩散方程 边界条件为： 动量方程 或 或 能量方程 扩散方程 这三个性质类似的物性系数中，任意两个系数 的比值均为无量纲量,即 普朗特准则 表示速度分布和温度分布的相互关系，体现流动和传热之间的相互联系 施密特准则 表示速度分布和浓度分布的相互关系，体现流体的传质特性 刘伊斯准则 表示温度分布和浓度分布相互关系，体现传热和传质之间的联系 流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则 关联式为： 2.5.2 动量交换与热交换的类比在质交换中的应用 雷诺类似律 当Pr=1时 ----摩擦系数 以上关系也可推广到质量传输，建立动量传输 与质量传输之间的雷诺类似律 当Sc=1，即ν=D时 柯尔本类似律 普朗特类似律 卡门类似律 契尔顿和柯尔本发表了如下的类似的表达式： 传热因子JH，传质因子JD 对流传热和流体摩阻之间的关系，可表示为： 对流传质和流体摩阻之间的关系可表示为： 实验证明JH、JD和摩阻系数Cf 有下列关系 由JH = JD可以将对流传热中有关的计算式用于对流传质 * 第二章 热质交换过程 2．1 传质概论 2．2 扩散传质 2．3 对流传质 2．4 相际间的对流传质模型 2．5 动量、热量和质量传递类比 2．6 对流传质的准则关联式 2．7 热量和质量同时进行时的热质传递 2.1 传质概论 2.1.1 混合物组成的表示方法 质量浓度 －－ 在单位容积中所含某组分的质量，即质量浓度。 组分A,B在容积V中具有的质量 物质的量浓度 －－ 在单位容积中所含某组分的物质的量，即物质的量浓度。 －－组分A,B在容积V中具有的物质的量 摩尔分数 质量分数 －－组分A的摩尔质量，kg/kmol 质量浓度与物质的量浓度的关系： 2.1.2 传质的速度和扩散通量