环境工程第四篇传递过程原理(极力推荐).ppt

第四章 传递过程基本原理 第二节 分子传递 由分子运动引起的动量传递——牛顿粘性定律 由分子运动引起的热量传递——傅立叶定律 由分子运动引起的质量传递——费克定律  1．牛顿粘性定律 反映了流体流动时的角变形速率 2。动力粘性系数 3。流体分类 流体的剪应力与剪切变形速率之间的关系曲线 二、热量传递 1. 傅立叶定律 2. 导热系数 3. 常用的导热介质 液体的导热系数 三、质量传递 2.分子扩散系数 第三节 涡流传递 第四节 传递现象的类似性 分子传递类比表 费克定律表达的物理意义为： 由浓度梯度引起组分A在y方向上的质量通量=－（质量扩散系数）×（y方向上组分A的质量浓度梯度） 扩散物质在单位面积、单位浓度梯度下的扩散速率，是表征物质分子扩散能力的物理常数，其数值受体系温度、压力和混合物浓度等因素的影响。 （1）气体、液体、固体扩散系数的数量级分别为10-5~10-4、10-9~10-10、10-9~10-14 m2/s。 （3）对于双组分气体物系，扩散系数与总压力成反比，与绝对温度的1.75次方成正比，即 （2）低密度气体、液体和固体的扩散系数随温度的升高而增大，随压力的增加而降低。 涡流动力粘性系数 涡流导热系数 涡流质量扩散系数 涡流热量通量 涡流扩散引起的组分A的质量通量 涡流剪切应力（动量通量） 涡流传递系数不是物性，受流体宏观运动的影响，影响因素较多 涡流扩散引起的组分A的质量通量 但是这三种传递过程具有类似性，这种类似性不仅表现在分子传递中，在涡流传递中也具有类似性。 分子传递中的动量、热量和质量传递在传递机理、数学表达式以及传递特征量等方面表现出类似性。 动量传递、热量传递、质量传递 三种不同的物理现象 * * 在圆板中心扎一细金属丝，吊在空气中，将圆板旋转一个角度，使金属丝扭转，然后放开—— 冷、热两个物体互相接触—— 蓝色由最初的位置慢慢散开，即蓝墨水的分子由高浓度处向低浓度处移动，经过一段时间后，杯中水的颜色趋于一致 圆板以中心为轴往返旋转摆动，随着时间的推移，摆动不断衰减最终停止 ——动量传递 热量会由热物体流向冷物体，最后使两物体的温度趋于一致 ——热量传递 向一杯水中加入一滴蓝墨水—— ——质量传递 对于任何处于不平衡状态的体系，一定会有分布不均匀的物理量由高强度区向低强度区转移，这一过程即为传递过程。 当体系中存在速度、温度和浓度梯度时，就会分别发生动量、热量和质量的传递过程。 动量传递是指体系中动量由高速流体层向低速流体层的转移 热量传递是指热量由高温区向低温区的转移——温度差 质量传递是指一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移 相间的位差：压力差（反渗透）、电位差（电渗析） 推动力 速度差 浓度差 传递过程的规律是研究环境工程问题的基础。 传递过程研究物理量变化速率的规律 动量、热量和质量传递三者之间在传递机理、传递过程和传递结果等方面十分相似，它们不但可以用类似的数学模型描述，而且描述三者的一些物理量之间还存在着某些定量关系，这些类似关系和定量关系使研究三类传递过程的问题得以简化。 传递过程的机理 描述传递过程的方程 传递过程的相似性 第一节 传递过程的机理 冷、热两个物体互相接触——一杯热水放在冷水中 静止——蓝色由最初的位置慢慢散开，经过较长一段时间后，杯中水的颜色趋于一致 热量会由热物体流向冷物体，最后使两物体的温度趋于一致 向一杯水中加入一滴蓝墨水—— 静止——？ 搅动冷水和/或热水——？ 搅拌一下——？ 由分子的微观运动引起 由流体微团的宏观运动引起 分子传递过程只有在固体、静止流体或层流流动的流体中才会单独发生。 分子传递： 由分子的不规则热运动而导致的传递 涡流传递： 由宏观流体微团的不规则掺混运动导致的传递 涡流传递在湍流中发生。 在湍流运动中，流体中充满了旋涡，因此除分子传递现象外，宏观流体微团的不规则掺混运动也引起动量、热量和质量的传递，其结果使动量、热量和质量的传递过程大大加剧。 相邻两层流体 速度不同——动量不同 分子的热运动——动量传递 一、动量传递 流体层间的分子交换 流体层之间分子的交换使动量从高速层向低速层传递 其结果产生了阻碍流体相对运动的剪切应力——“内摩擦”特性 表现出流体的粘性，不同的流体具有不同的粘性，粘性主要取决于流体本身的“内摩擦”特性 粘性：即在运动的状态下，流体所产生的抵抗剪切变形的性质 粘性1 粘性2 流体向壁面传递动量的结果，出现了壁面处的剪应力，成为壁面抑制流体流动的力——摩擦力。这是流体分子微观运动的宏观表现 内摩擦力作功，不断消耗流体的机械能，转化为热能而散逸——流体能量损失。 流体输送过程的阻力及能量的损失－选择动力机械和确定能耗， 设计搅拌和均布