【热工学教案】质量传输.docVIP

第 一 次课 课题：3. 质 量 传 输 3.1 质量传输的基本概念及基本定律 3.2 扩散传质 一、本课的基本要求： 1.理解质量传输的定义、动力及分类。 2.掌握质量传输中质量浓度、摩尔浓度的表示方法。 3.重点掌握菲克第一定律、菲克第二定律的表达式、适用条件及物理意义。 4.正确理解稳定扩散传质，了解不稳定扩散传质。 二、本课的重点和难点 1.本课的重点是质量传输、动量传输、热量传输的类似性及质量传输的基本定律的表达式及应用。 2.本课的难点是扩散传质。 三、作业： P225 1 质 量 传 输 质量传输与动量、热量传输共同组成统一的传输理论。 质量传输的研究对象：物质传递的运动规律。 质量传输过程：物质从物体或空间的某一部分传递到另一部分的现象即为质量传输过程。其定义为：在一体系内存在着一种或两种以上不同物质的组分，而当其中一种或几种组分的浓度分布不均匀时，则各组分浓度较高的部分就会向浓度较低的部分转移，这种过程叫质量传输过程。 质量传输过程的动力：浓度。 质量传输过程的分类：物性传质（扩散传质） 对流传质 质量传输是动量、热量传输过程的基础和条件，这三种传输过程又具有类似的规律及数学表达式。 §3.1 质量传输的基本概念及基本定律 3.1.1 浓度及其表示方法 定义：参与传质过程的混合物中，某一组分的浓度是指单位体积混合物中该组成物质量的多少。 1.质量浓度 定义：单位体积的质量。 定义式： 相对质量浓度： (——总质量浓度 2.摩尔浓度 定义：指单位体积溶体中，该组分的摩尔数。 定义式： 相对摩尔浓度： 3.气体的浓度 气体的浓度用分压浓度表示，按道尔顿定律 p=pA+ pB+ pC+ pD+(( p——总压力 pA、 pB、 pC、pD——分压力 气体的分压浓度与质量浓度的关系按理想气体状态方程推之为： 4.浓度场及浓度梯度 5.浓度附面层 3．1．2 质量传输基本定律 1.菲克第一定律 这是说明稳定扩散传质过程的基本定律。 稳定浓度场模型 见书212页图3-1-3。 菲克第一定律 定义： 组分i每单位时间通过单位面积的质量传输量正比于浓度梯度。 定义式： Di——自扩散系数。 负号表示质量传输的方向与浓度梯度的方向相反。 菲克第一定律的前提条件：稳定浓度场。 多组分菲克定律的表达式 物体的扩散系数 单位：m2/s 物理意义：单位传质量相当于单位浓度梯度下的扩散传质通量。 影响因素：物体的种类 物体的结构 温度、压力等。 菲克第二定律 （1）带扩散的连续性方程式： （2）菲克第二定律 对一维的不稳定扩散： ——菲克第二定律 ( 3.2 扩 散 传 质 稳定扩散传质 稳定扩散传质与稳定导热相类似，即在传质过程中没有质量蓄积。即(ci(((=0 1.气体通过平板的扩散 2.气体通过圆筒壁的扩散 不稳定扩散传质 不稳定扩散传质与不稳定导热具有相类似的微分方程、开始条件、边界条件及解析方法。 第 二 次课 课题：3.3 对 流 传 质 3.4 动量、热量、质量传输的类比 一、本课的基本要求： 1.掌握对流传质的基本概念。 2.重点掌握对流传质系数。 3.正确理解对流传质中的相关准数。 4.认识动量、热量、质量传输中的雷诺类似律、柯尔本类似律。 二、本课的重点、难点： 1.本课的重点是对流传质的基本概念及相关准数。 2.本课的难点是雷诺类似律、柯尔本类似律的应用。 三、作业： P225 3 3.3 对 流 传 质 对流传质是在流体流动下的质量传输过程，包括质点对流和分子扩散两方面因素所决定的传质过程。对流传质与对流换热，在对流传质中，扩散是限制性环节而质点对流是基础。 对流传质的基本概念 1.对流传质简化模型 2.对流传质系数 ki 与对流换热系数(相类似。 3.对流传质中的相关准数 施密特准数： 它是联系动量传输与质量传输的，与Pr对应。 谢伍德准数： 它与Nu准数对应。 3.3.2 流体流过物体表面时的对流传质 流体流过物体或在管内流动时的对流传质，与相同条件下的对流换热相类似，可以用相同的数学解析方法获得的数学表达式。 层流下平板绕流时的对流传质 紊流下平板绕流时的对流传质系数 ( 3.4 动量、热量、质量传输的类比 由于动量、热量、质量传输的类比性，因此求得一种传输方式的有关计算式就可以用类比关系直接求出另一种传输方式的关系式而不必重复推导演算或做实验，这种方法叫类比法。 3.4.1雷