傳熱與傳質(zhì)學(xué)第十二章穩(wěn)態(tài)分子擴散

1、傳熱與傳質(zhì)學(xué)第十二章穩(wěn)態(tài)分子擴散第1頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日本專業(yè)需要解決： A組分通過呆滯組分B的擴散 等摩爾逆向擴散 第2頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日12-1無化學(xué)反應(yīng)的一維穩(wěn)態(tài)分子擴散 一、通量積分公式 分子擴散通量 (一維、穩(wěn)態(tài))第3頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日第4頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 凈通量 第5頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日組分A的通量比第6頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日凈通量的一般積分式：第7頁，共34頁，

2、2022年，5月20日，17點6分，星期日 A是A組分的分子擴散通量和凈通量之比。 A的值可大于1，可小于1，或等于1，這取決于具體問題的性質(zhì)。 第8頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日二、A組分通過呆滯組分B擴散呆滯組分(亦稱組元)指的是凈通量等于零(NB=0)的組分。例如水在大氣中蒸發(fā)，空氣不溶于水，即為呆滯組分，水的蒸發(fā)就是水蒸汽通過呆滯空氣的擴散過程。這種相對靜坐標(biāo)而言是單方向進(jìn)行的擴散，所以也叫做單向擴散。 第9頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日當(dāng)NB=0時：NAr=NA/(NA+NB)=1代入凈通量的一般積分式可以得到：此即A組分通過呆滯組

3、分B擴散的凈通量公式。 第10頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 上式說明：在單向擴散條件下，擴散組分的分子擴散通量與凈通量之比等于擴散路徑上呆滯組分摩爾分?jǐn)?shù)的對數(shù)平均值。 第11頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日1通過靜止空氣膜的擴散第12頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日(12-5)第13頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日第14頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 c=n/V=p/RT yA=pA/p第15頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日濃度分布：積兩次分：第

4、16頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日在單向擴散的條件下，A組分和B組分沿坐標(biāo)z的濃度分布呈指數(shù)關(guān)系。 第17頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日例題12-1 地面上的水層溫度為30，厚度為1mm，該處的摩爾分?jǐn)?shù)yA10.0295，水蒸發(fā)面到周圍空氣之間膜厚度為5mm，該處的摩爾分?jǐn)?shù)yA20.0032，空氣的溫度為30，壓力為1atm，試計算這些水蒸發(fā)到周圍靜止的空氣中需要多少時間。 第18頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日第19頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日第20頁，共34頁，2022年，5月20日，1

5、7點6分，星期日例題12-2 在直徑為30mm，長為200mm的圓管底部，注入少許溫度為16的水，則水蒸氣由液面蒸發(fā)，并在管口由流動的空氣帶走。如果空氣溫度亦為16，相對濕度為30%，試計算水的蒸發(fā)率。已知水蒸氣(A)-空氣(B)的擴散系數(shù)DAB2.6105 m2s。設(shè)系統(tǒng)總壓力為1atm。 第21頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日解 設(shè)系統(tǒng)總壓力為1atm。由飽和水蒸氣表查得，16時水蒸氣的飽和壓力(即水面上水蒸氣的分壓力)，pA10.0182105a，故pB1ppA11.01321050.0182105 0.995105a由相對濕度定義，管口濕空氣中水蒸氣的分壓力為p

6、A20.3pA10.30.0182105 0.00546105故pB2ppA2（1.0132 0.00546） 105 1.0077105a第22頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日由式(12-8)及理想氣體cp/RT，而yApA/p第23頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日2通過不流動氣膜的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)擴散 第24頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日分子擴散系數(shù)測定原理及計算A（1）第25頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日3 球?qū)ΨQ穩(wěn)態(tài)擴散 第26頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日 根據(jù)質(zhì)量守恒

7、原則，A組分通過任意半徑為r的球面的總通量，等于整個圓球表面上的總通量，即： 上式表明：徑向擴散通量與半徑r的平方成反比。這是球?qū)ΨQ擴散的一個特征。第27頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日三、等摩爾逆向擴散 定義：在雙組分?jǐn)U散系中，當(dāng)A組分的凈摩爾通量和B組分的凈摩爾通量大小相等，方向相反時，稱為等摩爾逆向擴散。 即NA,zB,z。 NzNA,z+N B,z 0第28頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日第29頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日濃度分布：摩爾濃度分布和位置呈線性關(guān)系第30頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日例題12-3氣體A和B在容器中進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的等摩爾反方向擴散，擴散的路徑為cm，如圖(12-4)所示。點1處的分壓力分別為pA1和pB1，點2處的分壓力分別為pA2和pB2，且保持恒定，試推導(dǎo)濃度分布的關(guān)系式。解對于c和DAB為常數(shù)，又無化學(xué)反應(yīng)(RA)，作穩(wěn)態(tài)的等摩爾反方向擴散，其連續(xù)性方程為：第31頁，共34頁，2022年，5月20日，17點6分，星期日第32頁，共34頁，2022年，5月20