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第九章 质量传递 9-1 前言 质量传递的形式 整体质量传递：对流 扩散：质量从高浓度向低浓度的微观运动 耦合现象： 温度差引起扩散（thermal diffusion) 浓度梯度产生温度梯度，从而引起传热 9-2 费克定律 扩散、导热和粘性的相似性 扩散机理 分子的无规则自由运动使气体和固体物质从高浓度向低浓度方向转移。 对气体，温度越高，扩散速率越大。 D—扩散系数，m2/s; CA—质量浓度, kg/m3; mA—质量通量，kg/s. 9-3 气体扩散 Gilliland扩散系数公式： D为扩散系数，cm2/s P为系统压力，pascals VA、VB为分子体积 对理想气体 其中 质量浓度和压力的关系 A组分的质量通量 B组分的质量通量 A、B组分的摩尔扩散速率： 压力梯度的关系： 扩散系数之间的关系： 扩散速率关系式： 水面的蒸发 空气向下扩散速率： 空气整体流动速率： 扩散和整体流动的平衡： 水向上扩散速率： 水蒸汽的整体质量流动速率： 水蒸气的总质量流动速率： 基本过程： 水蒸气向上扩散； 空气向下扩散； 空气和水蒸气的整体向上流动 水蒸气和空气压力的变化： 因此，水蒸气总流量为： 积分上式得： ——斯蒂芬定律 9-5 传质系数 传质系数的定义： K是A物质的传质系数 对一维稳定扩散： 因此 对水面蒸发过程有： 其传质系数为： 热量传递、质量传递和动量传递的关联性： 气体沿平行表面流动时的质量传递方程： 当 时，浓度分布和速度分布具有相同的形状。 史密德数： 在对流换热问题中： 相似地，在对流传质中： 当 时，温度分布和浓度分布具有相似的形状。 刘易斯数： Gilliland传质系数经验关系式： 薛伍德数： 适用范围：空气流过被水润湿的圆柱体内壁面，且 雷诺相似在质量传递中的应用： 传质数与摩擦系数的关系： 传热系数与摩擦系数的关系： 对光滑平板流动： 层流： 湍流： 同时发生传热和传质时，传热传质系数之间的关系： 9-6 大气中的蒸发过程 水平面水蒸气在大气中的扩散 蒸发速率为： 气体总压为： M 为湿空气的分子量，这里取为空气的分子量。 联立两式得： 由于 所以 边界条件： 对上式积分得 蒸发速率的测量 所以