冶金传输原理5传质学.ppt

传输原理基础 材料科学与工程学院 黎振华 2011.3 第十二章 质量传输和传质微分方程 引言 质量传输（传质）－物质从高浓度向低浓度方向转移的过程。浓度差是驱动传质的动力。 质量传输的两种基本方式 分子传质（扩散）－质量转移 对流传质－ 能量转移 本质上都是依靠分子的随机运动而引起的转移行为。 研究传质的方法与研究传热的方法相似。 传质现象的数学描述与传热现象是类似的。 温度梯度和压力梯度也会引起质量传递，前者为热扩散，后者为压力扩散。但一般情况下，热扩散和压力扩散效应较小，可以忽略。 第1节 浓度、速度、扩散通量密度 浓度：单位体积所含某组分的数量。组分的浓度可表示为质量浓度（kg/m3）或物质的量浓度（摩尔浓度）（mol/m3） 。 以A＋B二元混合体系为例 体系总的质量浓度（密度）为： ?＝m/V＝?A＋?B＝mA/V+mB/V 同样，体系总的摩尔浓度为： C＝ CA＋CB 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 质量浓度和物质的量浓度之间的关系 对组元A： ?A － 质量浓度（kg/m3 ）; CA － 物质的量浓度（mol/m3）; MA － 摩尔质量（kg/mol） 。 对整个系统： ?＝CM ? － 质量浓度（kg/m3 ）; C － 物质的量浓度（mol/m3）; M － 摩尔质量（kg/mol） 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第一节 浓度、速度、扩散通量密度 第二节 扩散系数 第二节 扩散系数 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第三节 质量传输微分方程 第四节 定解条件（类似于传热求解） 考核（A4纸打印，5月1日前交） 1、写出理想流体的伯努力利方程，并说明方程中各项的物理意义。（10分） 2、常温下，水和空气在相同的直径的管道中以相同的速度流动，哪种流体易为湍流？为什么?（10分） 3、什么稳定流？什么是非稳定流？它们的速度分布用欧拉方法分别如何表示？ （10分） 4、在间距3cm的两平行板正中有一极薄平板以3.0m/s的速度移动，两间隙中是两种不同粘度的流体，其中一种流体的粘度为另一种的两倍。通过试验测得极薄平板上下两面切应力之和为44.1N/m2。在层流及线性速度分布下，求两种流体的动力粘度。（10分） 5、推导纳维尔－斯托克斯方程，并说明欧拉方程与这一方程的联系。（10分） 6、试用所学的传热学原理，以地球温室效应及对策为核心内容，撰写5000字左右的论文一篇，题目自拟，要求具备科技论文的各要素并遵循科技论文撰写规范（50分） * * A B 其中， ?A、?B分别为A、B组分的质量浓度（密度），C A、CB分别是A、B组分的摩尔浓度 。 需要注意的是，此关系是在体积不变的情况下进行的讨论。 wA － 质量分数（?A/?） xA － 摩尔分数 MA － 摩尔质量 XA XB 质量分数与摩尔分数： 质量浓度与质量分数的关系： 质量传输过程中的速度是指物质传递的速度。仍然以A、B两元系统为例，若A、B的速度分别为vA和vB，则以质量浓度?表示的双组分混合物平均速度为： VA VB 以物质量的浓度 c表示的混合物平均速度为： 通量密度 ? 速度 ? 浓度 双组分混合物相对于静止坐标的总质量通量密度为： 相对于静止坐标的组分A的质量通量密度 ρAVA ρBVB 扩散通量密度是组分的速度与浓度的乘积： 相对于质量平均速度的组分A的质量通量密度： 所以： ?A － 质量浓度（kg/m3 ） jA －质量通量密度（kg/ (m2? s)） ?Av表示由于双组分混合物的总体流动（其质量平均速度为v）所引起的将组分A由一处向另一处的传递。 在双组分混合物中，若组分A的质量分数wA的分布是一维的，则扩散时的质量通量密度可以由菲克定律求得： DAB是组分A在组分B中的扩散系数。 得： 应用： ，并且： 相对于静止坐标的组分A 的质量通量密度nA由两部分组成： 分析： 由质量分数梯度（或质量浓度梯度）所引起的质量扩散通量密度jA； 由于存在混合物的总体流动，将组分A由一处携带到另一处而产生的对流质量通量密度。 同样，定义相对于平均速度的组分A的摩尔通量密度（或摩尔扩散通量密度）为： cA