傳輸原理教案傳質市公開課獲獎課件

1、第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 第十三章 對流傳質 （p286）對流傳質概念： 是指流體流動情況下質量傳輸?；蛘呤橇鲃恿黧w中，某組分向 “與固相或其它流體相” 相界面上傳質。對流傳質與擴散傳質不同點： 除了有擴散傳質過程外，還有流體微團因紊流而發(fā)生物質遷移。1第1頁第1頁菲克第一定律引出擴散系數概念是考慮了某一距離間由于物質濃度差引起物質遷移問題。第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 本節(jié)傳質系數： 是考慮到對流傳質經常出現在相界面上特點而提出，是一個百分比常數k：k=(JA) / (CAO-CA ) 。JA: 界面上物質A傳質通量。CAO: 物質A在界面上濃度。CA: 流體主流中物質A

2、濃度。菲克第一定律：擴散通量與其濃度梯度成正比，方向與濃度梯度方向相反2第2頁第2頁D: 擴散系數。JA: 界面上物質A傳質通量。CAO: 物質A在界面上濃度。CA: 流體主流中物質A濃度。第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 假如界面處流體中只有擴散傳質， 則百分比常數 k （對流傳質系數）為：3第3頁第3頁第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 1924年，劉易斯（Lewis）、惠特曼（Whitman）研究結論：在流體和相界面間出現傳質時，和動量傳播邊界層相同，也是存在一個緊貼界面 “有效界面層”（即薄膜）13.1 傳質系數和傳質系數模型 (P286)4第4頁第4頁第三篇 質量傳播 第13章

3、 對流傳質 “有效界面層”（即薄膜）特性下列：薄膜流體只能做層流流動， 不與濃度均勻流體主流紊流混合， 因此在膜內傳質屬于擴散傳質。2. 薄膜層內濃度分布是穩(wěn)定。5第5頁第5頁 劉易斯和惠特曼理論，事實上是把流體對流傳質簡化成為：界面處“有效邊界層”內穩(wěn)定擴散傳質， 即：僅僅是有效邊界層厚度受到流體流動情況影響。 邊界層內濃度分布能夠按照線性分布處理。這樣通過薄膜擴散摩爾通量為：又由于公式（13-1）第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 因此，對流傳質系數k 為：6第6頁第6頁公式與試驗結果較吻合，但是時間 t 難以測定。第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 13.1.2 傳質系數滲入模型和表

4、面更新理論 p287傳質系數滲入模型：溶質滲入理論（希格比 Higbie，1935年）希格比認為液體在流動過程中每隔一定期間 t 發(fā)生一次完全混合，使液體濃度均勻化，在時間 t 內，液相中發(fā)生不再是定態(tài)擴散過程，而是非定態(tài)擴散過程。依據上述假設經數學描述得到：對流傳質系數k 為：7第7頁第7頁與試驗結果較吻合，但S難求。第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 表面更新理論（丹克沃 Danckwerts,1951年） 丹克沃茨認為液體在流動過程中表面不斷更新，即不斷地有液體從主體轉為界面而暴露于氣相中，這種界面不斷更新使傳質過程大大強化，其原因在于本來需要通過緩慢擴散過程才干將溶質傳至液體深處，現

5、通過表面更新，深處液體就有機會直接與氣體接觸以接受傳質。定義S為表面更新頻率，通過數學描述并求解得到：8第8頁第8頁13.1.3 氣體原子在金屬液中傳質系數測定p288 （看）第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 9第9頁第9頁13.2.1 對流傳質流量 對流傳質通量與擴散傳質通量不同： 對流傳質通量除了含有由某種組分在流體分布中濃度梯度引發(fā)擴散通量外，還應含有由流體流動引發(fā)傳質通量。13.2.2 組分守恒方程（對流傳質微分方程）對流傳質微分方程推導：主要利用質量守恒原理 + 連續(xù)性方程 第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 13. 2 對流傳質微分方程 p28910第10頁第10頁對流傳質微

6、分方程推導環(huán)節(jié): （1）在流動流體中，按照靜止三維坐標取一個微元體。（2）依據質量守恒原理，考慮組分A在單位時間內由擴散和流體流動輸入和輸出該微元體組分A摩爾數關系：A在微元體中積累率=輸入微元體A摩爾流率 輸出微元體A摩爾流率推導得：p290 廣義傳質方程公式（13-12）和（12-13）當穩(wěn)定傳質時候，得到公式（13-14）和（13-15）固相中穩(wěn)定傳質：公式（13-16）和（13-17）第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 11第11頁第11頁金屬液除器氣處理辦法：金屬液在真空中沿斜面連續(xù)往下流動。金屬液體中氣體轉移到真空后被抽走。分析推導：書本p291 圖13-4 13. 3 氣體與下降液膜間傳質 p291 局部長度（x）上傳質時： P 292, 公式（13-25）整個傳質長度（x）上傳質時： P 292, 公式（13-26）第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 12第12頁第12頁濃度邊界層傳質： 是流體流過固體平面時，與平板間出現傳質過程。13.4.1 平板層流邊界層中對流傳質 p293P295 公式（13-39）：長度為L平板，平均傳質系數為：13. 4 濃度邊界層傳質 p293 第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 13第13頁第13頁第三篇 質量傳播 第13章 對流傳質 13.4.2 平板紊流邊界層中對流傳質 p296平板紊流濃度邊界層傳質系數公式：P296