传热和传质学第十一章 分子扩散.pptVIP

第十一章 分子扩散;分子传质包括分子扩散、热扩散、压力扩散和强迫扩散 分子扩散现象最常见，其它型式扩散存在的同时必发生分子扩散 分子扩散是在静止的系统中由于存在浓度梯度而发生的质量传递现象 ; CA=f (x，y，z，τ) （1）一维、二维和三维分子扩散 ； （2）稳态的分子扩散和非稳态的分子扩散； （3）无化学反应的分子扩散和有化学反应的分子扩散； 特殊的是：无化学反应一维稳态的分子扩散 CA=f (z);§11-1 分子扩散系数 ;一、一般物质的扩散系数 1. 气相扩散系数 2. 液相扩散系数 3. 固相扩散系数 二、多孔介质中的扩散 三、其它型式的扩散;1.气相扩散系数（双组分混合气体）;（1）弹性刚球模型;略涤辉由舆肃花狞梗燎弯晓神扶层轴论百架跑厕阜茵计舔饰昧真萎由钧静传热与传质学第十一章 分子扩散传热与传质学第十一章 分子扩散;（2）勒奈特-琼斯（Lennard-Joner)模型; DＡＢ——扩散系数，cm２／s； T——绝对温度，K； p——压力，atm； MＡ，MＢ——组分A和组分B的分子量,kg/kmol； σAB——平均碰撞直径，埃(勒奈特-琼斯势参数)； ΩD——基于勒奈特-琼斯势函数的分子碰撞积分[f(kT/εAB）］，见表11－2 εAB——分子间作用的能量，erg (勒奈特-琼斯势参数);分子碰撞积分ΩD是为了考虑分子之间的相互作用力而引入的一个参数，当不考虑分子之间的相互作用力时ΩD=1。 势参数εAB和σAB可按下列两式根据相应的纯物质的值计算: 某些纯物质的ε和σ值可从表(11-3)中查得。;ε和σ值也可以按下面的方法近似计算： Vb——扩散质(溶质)的摩尔体积，摩尔体积指常压下沸点时每克摩尔液态物质所占的体积 cm3/mol。简单分子的摩尔体积示于表11-4中； Tb——常压下沸点温度； Vc——临界摩尔体积； Tc——临界温度； pc ——临界压力。 ;若组分一定，则组分A、B的分子量确定， σAB一定， 扩散系数DＡＢ是T、p、分子碰撞积分ΩD的函数： ;例题11-1某一混合气体的各组分的摩尔分数为yN2=0.7；yCO=0.30，温度为303K，总压力为2bar。试确定扩散系数。 解:从表11-1中查得在温度为288K和压力为1×105 Ｎ/m2时的Dco-N2=1.945×10-5m2??s。 ＤAB,2＝ＤAB,1 ×(Ｔ2/Ｔ1)3/2(p1/p2) 当温度为303K和压力为2×105 N/m2时: ＤAB,2＝1.945×10-5(303/288)(3/2)(1/2) ＝1.05 ×10-5m2/s;2.液相扩散系数;斯托克斯-爱因斯坦方程; 在稀溶液中可导得: DAB=kTuA/FA (11-9) 式中:uA/FA ——在单位力作用下，溶质A的分子运动速度 k——玻尔兹曼常数； DAB——溶质A在稀溶液B中的扩散系数； T——绝对温度。 将式(11-8)代入式(11-9)得 DAB=kT/(6πrAμB) (11-10) 这即是斯托克斯-爱因斯坦方程式。它表示液体的粘度和扩散系数之间的关系。; 液体结构的最古老的理论乃是空穴理论。这个理论假定整个液体内存在许多杂乱分布的空穴和空位，这些空穴或空位为原子或离子的扩散提供了扩散的途径。由于物质熔化后体积增大，空穴浓度骤增，导致液体内的扩散速率远高于恰处在熔点的固体内的扩散速率。;MＢ——溶剂的分子量； μＢ——溶液的动力粘度，cp(厘泊)； Vb——溶质的摩尔体积，示于表(11-4)中 ΦＢ——溶剂的缔合系数。 ;例题11-2;乔富古形腆滞散沛安弟敛荆必矾透程傲札幌销碱啼追贝诧娟秦黄背馆愤翁传热与传质学第十一章 分子扩散传热与传质学第十一章 分子扩散;3.固相扩散系数;温度对固体的扩散系数有很大的影响。两者的关系可用下式表示 　式中　Q---扩散激活能； D0---扩散常数，或称为频率因子； 　 R ---气体常数。;在简单立方晶格内，自扩散系数可用下式表示: DAA=a2ν/6 (11-13) 式中 ＤAA——自扩散系数，所谓自扩散是指纯金属中，原子曲曲折折地通过晶体移动； a——原子间距； ν——跳跃频率。 某些金属中的