第四章對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)ppt課件

1、實(shí)例說明：實(shí)例說明：1.連鑄中間包內(nèi)鋼液流場(chǎng)連鑄中間包內(nèi)鋼液流場(chǎng)2.連鑄中間包內(nèi)夾雜物流動(dòng)與去除連鑄中間包內(nèi)夾雜物流動(dòng)與去除3.連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為(1) 在化學(xué)冶金領(lǐng)域，包括火法冶金和濕法冶金。遇到的對(duì)流在化學(xué)冶金領(lǐng)域，包括火法冶金和濕法冶金。遇到的對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)問題比分子擴(kuò)散傳質(zhì)問題更多。例如：流動(dòng)傳質(zhì)問題比分子擴(kuò)散傳質(zhì)問題更多。例如：4.連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液流動(dòng)行為(2)4.1 對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)的基本概念對(duì)流流動(dòng)傳質(zhì)的基本概念固體、液體燃料燃燒時(shí)空氣中的固體、液體燃料燃燒時(shí)空氣中的O2向燃料表面的傳輸。向燃料表面的傳輸。高爐中還原氣體高爐中還原氣

2、體CO向礦石表面的傳輸。向礦石表面的傳輸。轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中氧氣射流中轉(zhuǎn)爐煉鋼過程中氧氣射流中O2向鋼液表面的傳輸。向鋼液表面的傳輸。熔渣氣化脫硫脫磷過程。熔渣氣化脫硫脫磷過程。在有濃度差的條件下，質(zhì)量的傳輸包括以下兩個(gè)方面：在有濃度差的條件下，質(zhì)量的傳輸包括以下兩個(gè)方面：流向傳質(zhì)流向傳質(zhì)隨流體流動(dòng)而遷移的物質(zhì)傳輸；隨流體流動(dòng)而遷移的物質(zhì)傳輸； 非流向傳質(zhì)非流向傳質(zhì)由分子擴(kuò)散而導(dǎo)致的物質(zhì)傳輸；由分子擴(kuò)散而導(dǎo)致的物質(zhì)傳輸； 由流體液團(tuán)脈動(dòng)而導(dǎo)致的物質(zhì)傳輸。由流體液團(tuán)脈動(dòng)而導(dǎo)致的物質(zhì)傳輸。值得注意的是：有流動(dòng)流體參加的傳質(zhì)過程，流向傳質(zhì)一般發(fā)值得注意的是：有流動(dòng)流體參加的傳質(zhì)過程，流向傳質(zhì)一般發(fā)生在單

3、相中，而非流向傳質(zhì)則發(fā)生在異相間，即，相際傳質(zhì)一般生在單相中，而非流向傳質(zhì)則發(fā)生在異相間，即，相際傳質(zhì)一般為非流向傳質(zhì)，因?yàn)楫愊嘀g不混合，不易發(fā)生隨流體流動(dòng)而導(dǎo)為非流向傳質(zhì)，因?yàn)楫愊嘀g不混合，不易發(fā)生隨流體流動(dòng)而導(dǎo)致的流向傳質(zhì)。致的流向傳質(zhì)。 在對(duì)流傳質(zhì)中，濃度邊界層起著十分重要的作用。它和速度邊在對(duì)流傳質(zhì)中，濃度邊界層起著十分重要的作用。它和速度邊界層和溫度邊界層相類似，但厚度不一定相等。如圖界層和溫度邊界層相類似，但厚度不一定相等。如圖1、2、3示出示出了壁面法線方向流體濃度變化示意圖。了壁面法線方向流體濃度變化示意圖。 我們研究的對(duì)流傳質(zhì)問題多數(shù)是指后者，即發(fā)生在相際之間我們研究的對(duì)

4、流傳質(zhì)問題多數(shù)是指后者，即發(fā)生在相際之間的非流向傳質(zhì)的非流向傳質(zhì)當(dāng)流體流經(jīng)與其濃度不同的異相表面時(shí)，發(fā)生當(dāng)流體流經(jīng)與其濃度不同的異相表面時(shí)，發(fā)生在兩相之間的傳質(zhì)現(xiàn)象。在兩相之間的傳質(zhì)現(xiàn)象。 象速度邊界層和溫度邊界層的定義一樣，當(dāng)流體流經(jīng)異相表象速度邊界層和溫度邊界層的定義一樣，當(dāng)流體流經(jīng)異相表面時(shí)，也存在著濃度邊界層。與動(dòng)量傳輸和熱量傳輸相同，邊界面時(shí)，也存在著濃度邊界層。與動(dòng)量傳輸和熱量傳輸相同，邊界層內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)阻力最大，會(huì)形成明顯的濃度梯度。如果流動(dòng)是湍層內(nèi)對(duì)流傳質(zhì)阻力最大，會(huì)形成明顯的濃度梯度。如果流動(dòng)是湍流，由于湍流存在指向異相表面的脈動(dòng)，會(huì)有流體質(zhì)點(diǎn)或流體微流，由于湍流存在指向異相表

5、面的脈動(dòng)，會(huì)有流體質(zhì)點(diǎn)或流體微團(tuán)的宏觀位移，將導(dǎo)致傳質(zhì)通量的大大增加。團(tuán)的宏觀位移，將導(dǎo)致傳質(zhì)通量的大大增加。4.2 濃度邊界層的概念濃度邊界層的概念4.3 對(duì)流傳質(zhì)所涉及到的準(zhǔn)數(shù)對(duì)流傳質(zhì)所涉及到的準(zhǔn)數(shù)與傳熱中的與傳熱中的Pr和和Nu相對(duì)應(yīng)的分別是相對(duì)應(yīng)的分別是Sc和和Sh。DaScPrDLkLhShNu 除此之外，還有傳質(zhì)斯坦頓準(zhǔn)數(shù)除此之外，還有傳質(zhì)斯坦頓準(zhǔn)數(shù)StD，Re，傳質(zhì)格拉曉夫，傳質(zhì)格拉曉夫準(zhǔn)數(shù)準(zhǔn)數(shù)GrD。施密特準(zhǔn)數(shù)施密特準(zhǔn)數(shù)舍伍德準(zhǔn)數(shù)舍伍德準(zhǔn)數(shù)4.4 求解對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的四種方法求解對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的四種方法邊界層微分方程組解析解；邊界層微分方程組解析解；邊界層近似積分解；邊界層近似積分

6、解；雷諾類比律雷諾類比律相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法0)(22220yvxvyvyvvxvvyCDyCvxCvyCCCDkyxxxyxxyxyfs4.5 邊界層微分方程組解析解邊界層微分方程組解析解0)(222222220yvxvyvxvyvvxvvyCxCDyCvxCvyCDCCkyxxxxyxxyxyfs 可見，上述方程組與邊界層傳熱微分方程組在形式上并無區(qū)可見，上述方程組與邊界層傳熱微分方程組在形式上并無區(qū)別。別。傳熱微分方程可比照速度邊界層的布拉修斯方法求解。求解結(jié)果傳熱微分方程可比照速度邊界層的布拉修斯方法求解。求解結(jié)果是：是：1Pra當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，2/12/1R

7、e332. 0NuRe332. 0 xxxxxh濃度邊界層微分方程解析解也可參照布拉修斯解，結(jié)果為：濃度邊界層微分方程解析解也可參照布拉修斯解，結(jié)果為：2/12/1Re332. 0ShRe332. 0,1xxxxxDkDSc時(shí)時(shí)在在1Pr 時(shí)，時(shí)，Polhousen對(duì)對(duì)流給熱進(jìn)行了修正，指出：對(duì)對(duì)流給熱進(jìn)行了修正，指出：3/1Prt將不同將不同Pr準(zhǔn)數(shù)條件下的準(zhǔn)數(shù)條件下的 中的中的 換成換成xxyfRexxyRe3/1PrRe xxy，就可以將一組曲線變?yōu)橐粭l曲線。，就可以將一組曲線變?yōu)橐粭l曲線。同樣也存在這樣一個(gè)關(guān)系：同樣也存在這樣一個(gè)關(guān)系： ，假設(shè)，假設(shè)3/1SccxssxssxyfCCC

8、CxyfCCCCRePrRe3/100則不同施密特準(zhǔn)數(shù)條件下的一組曲線就會(huì)變成一條曲線。則不同施密特準(zhǔn)數(shù)條件下的一組曲線就會(huì)變成一條曲線。修正后的準(zhǔn)數(shù)方程為：修正后的準(zhǔn)數(shù)方程為：3/12/13/12/1PrRe332. 0ShPrRe332. 0,1xxxDkDSc時(shí)時(shí)在在與對(duì)流給熱一樣，也有：與對(duì)流給熱一樣，也有：3/12/13/12/1ScRe664. 0ShScRe664. 0LDk例題例題16-1中，推導(dǎo)結(jié)果有錯(cuò)誤。正確的結(jié)果應(yīng)該是：中，推導(dǎo)結(jié)果有錯(cuò)誤。正確的結(jié)果應(yīng)該是：5/45/41/23/1ReRe0365. 00.664ReSctLtABLDk4.6 濃度邊界層近似積分解濃度邊界

9、層近似積分解濃度邊界層近似積分解所用方法與溫度邊界層相同，都是采用馮濃度邊界層近似積分解所用方法與溫度邊界層相同，都是采用馮卡門近似積分法，同樣也有卡門近似積分法，同樣也有4個(gè)類似的近似：個(gè)類似的近似：四四個(gè)個(gè)近近似似處處理理 在在x的方向上的方向上 00dxdCdxdt 、 與與x無關(guān)無關(guān) xv yfCCs322222312111yDyCyBACCyDyCyBAvsx ,24044c 與與x x無關(guān)。無關(guān)。結(jié)果是：結(jié)果是：3/12/1ScRe36. 0Shxx4.7 類比律方法類比律方法雷諾類比結(jié)果是雷諾類比結(jié)果是對(duì)流給熱對(duì)流給熱Pr=1：8,2StfCvChffp對(duì)流傳質(zhì)對(duì)流傳質(zhì)Sc=1：8,2StDfCvkff契爾頓契爾頓-柯爾朋修正：柯爾朋修正：2fDHCjj2PrPrSt2/32/3ffpHCvChj2ScScSt2/32/3ffDCvkj4.8 相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法量綱分析：量綱分析：p420強(qiáng)制對(duì)流：強(qiáng)制對(duì)流：Sh= f (Re,Sc)自然對(duì)流：自然對(duì)流：Sh= f (GrD,Sc)流體流經(jīng)平板：流體流經(jīng)平板：流體流經(jīng)單個(gè)球體