热质交换原理与设备(第2章 节 热质交换过程).pptVIP

第2章 热质交换过程 2.4 对流传质模型 2．4．1薄膜理论 论点：流体靠近物体表面流过时，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假定膜内流体与主流不相混合和扰动。 第2章 热质交换过程 2．4．2渗透理论 渗透理论认为，当流体流过表面时，有流体质点不断地穿过流体的附壁薄层向表面迁移并与之接触，流体质点在与表面接触之际则进行质量的转移过程，此后流体质点又回到主流核心中去。 第2章 热质交换过程 2.4.2渗透理论 第2章 热质交换过程 求解结果 第2章 热质交换过程 高斯误差函数 所以 令 所以 因为 所以 时 平均扩散通量为 第2章 热质交换过程 传质系数为 总结： 由膜理论确定的对流传质系数与扩散系数呈线性的1次方关系，即hm－D；而按渗透理论则为1/2次方根关系，即 。实验结果表明，对于大多数的对流传质过程，传质系数与扩散系数的关系如下式： 第2章 热质交换过程 2.5动量、热量和质量传递类比 2.5.1三种传递现象的类比 当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子扩散，也可以是由旋涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。 第2章 热质交换过程 2.5.1.1分子传递（传输）性质 三种分子传递性质的数学关系分别由牛顿新性定律、傅立叶定律和斐克定律描述为： 第2章 热质交换过程 －总浓度 －质量分数 对于均质不可压缩流体 第2章 热质交换过程 动量浓度的变化率，表示单位体积内流体的动量在y方向的变化率 对于恒定热容量的流体 第2章 热质交换过程 能量浓度变化率，表示单位体积内流体所具有的焓在y方向的变化率 混合物密度为常数的情况 第2章 热质交换过程 组分A的质量浓度在y方向的变化率 这些表达式说明动量交换、能量交换、质量交换的规律可以类比。 动量交换传递的量是运动流体单位容积所具有的动量； 能量交换传递的量是物质每单位容积所具有的焓 质量交换传递的量是扩散物质每单位容积所具有的质量。 这些量的传递速率都分别与各量的梯度成正比。系数D、a、 均具有扩散的性质，他们的单位均为 “m2／s” 总结： 2.5.1.2湍流传递性质 在湍流流动中，除分子传递现象外，宏观流体微团的不规则混接运动也引起动量、热量和质量的传递，其结果从表象上看起来，相当于在流体中产生了附加的“湍流切应力”，“湍流热传导”和“湍流质量扩散”。由于流体微团的质量比分子的质量大得多，所以湍流传递的强度自然要比分子传递的强度大得多。 第2章 热质交换过程 定义了湍流动力粘性系数 、湍流导热系数 和湍流质量扩散系数 ， 对于只有一个速度分量的一维流动而言，湍流切应力 、湍流热量通量密度qt；和湍流扩散引起的组分A的质量通量密度 分别与平均速度 、平均温度 和组分A的平均密度 的变化率成正比 湍流只是一种研究理论和模型，是实际情况的一种近似，目前仍然存在诸多问题有待研究 2.3.5对流传质过程的相关准则数 对流传质与对流传热相类似，表征对流传质过程的相似准则数，与对流传热有相类似的组成形式。 根据对流传热的相关准则数，改换组成准则数的各相应物理量及几何参数，则可导出对流传质的相关准则数。 第2章 热质交换过程 (1）施密特准则数（SC）对应于对流传热中的普朗特准则数（Pr） 第2章 热质交换过程 Pr准则数为联系动量传输与热量传输的一种相似准则 运动粘度 导温系数 Sc准则数为联系动量传输与质量传输的相似准则 运动粘度 扩散系数 （2）宣乌特（Sherwood）准则数（Sh）对应于对流传热中的努谢尔特（Nusselt）准则数（Nu） 第2章 热质交换过程 边界导热热阻与对流换热热阻之比 与Nu准则数相对应的Sh准则数则相应为，以流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比来标志过程的相似特征 （3）传质的斯坦登（Stanton）准则数（Stm）对应于对流传热中的斯坦登准则数St 第2章 热质交换过程 St准则数是对流换热的 Nu数、 Pr数以及 Re数的三者的综合准则 与St准则数相对应的Stm数是Sh数、Sc数以及Re数三者的综合准则 Re＝uL/v 2.3.6平板对流传质问题的分析求解（相似解） （l）边界层对流传质方程 能量方程 传质方程 连续方程 X向动量方程 边界层传质微分方程 第2章 热质交换过程 边界条件为 写出各符号表达式和意义，无因次方程的CA上有*号 热量传递方程的解 质量传递方程对应解的形式 通过对比可以知道能量方程和传质方程