傳輸原理教案傳質(zhì)市公開課獲獎?wù)n件

1、第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 第十三章 對流傳質(zhì) （p286）對流傳質(zhì)概念： 是指流體流動情況下質(zhì)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(zhì)。對流傳質(zhì)與擴(kuò)散傳質(zhì)不同點(diǎn)： 除了有擴(kuò)散傳質(zhì)過程外，還有流體微團(tuán)因紊流而發(fā)生物質(zhì)遷移。1第1頁第1頁菲克第一定律引出擴(kuò)散系數(shù)概念是考慮了某一距離間由于物質(zhì)濃度差引起物質(zhì)遷移問題。第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 本節(jié)傳質(zhì)系數(shù)： 是考慮到對流傳質(zhì)經(jīng)常出現(xiàn)在相界面上特點(diǎn)而提出，是一個百分比常數(shù)k：k=(JA) / (CAO-CA ) 。JA: 界面上物質(zhì)A傳質(zhì)通量。CAO: 物質(zhì)A在界面上濃度。CA: 流體主流中物質(zhì)A

2、濃度。菲克第一定律：擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)。JA: 界面上物質(zhì)A傳質(zhì)通量。CAO: 物質(zhì)A在界面上濃度。CA: 流體主流中物質(zhì)A濃度。第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 假如界面處流體中只有擴(kuò)散傳質(zhì)， 則百分比常數(shù) k （對流傳質(zhì)系數(shù)）為：3第3頁第3頁第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 1924年，劉易斯（Lewis）、惠特曼（Whitman）研究結(jié)論：在流體和相界面間出現(xiàn)傳質(zhì)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(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)模型 (P286)4第4頁第4頁第三篇 質(zhì)量傳播 第13章

3、 對流傳質(zhì) “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(nèi)傳質(zhì)屬于擴(kuò)散傳質(zhì)。2. 薄膜層內(nèi)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(shí)上是把流體對流傳質(zhì)簡化成為：界面處“有效邊界層”內(nèi)穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)， 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(nèi)濃度分布能夠按照線性分布處理。這樣通過薄膜擴(kuò)散摩爾通量為：又由于公式（13-1）第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 因此，對流傳質(zhì)系數(shù)k 為：6第6頁第6頁公式與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但是時間 t 難以測定。第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 13.1.2 傳質(zhì)系數(shù)滲入模型和表

4、面更新理論 p287傳質(zhì)系數(shù)滲入模型：溶質(zhì)滲入理論（希格比 Higbie，1935年）希格比認(rèn)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(nèi)，液相中發(fā)生不再是定態(tài)擴(kuò)散過程，而是非定態(tài)擴(kuò)散過程。依據(jù)上述假設(shè)經(jīng)數(shù)學(xué)描述得到：對流傳質(zhì)系數(shù)k 為：7第7頁第7頁與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，但S難求。第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 表面更新理論（丹克沃 Danckwerts,1951年） 丹克沃茨認(rèn)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(zhuǎn)為界面而暴露于氣相中，這種界面不斷更新使傳質(zhì)過程大大強(qiáng)化，其原因在于本來需要通過緩慢擴(kuò)散過程才干將溶質(zhì)傳至液體深處，現(xiàn)

5、通過表面更新，深處液體就有機(jī)會直接與氣體接觸以接受傳質(zhì)。定義S為表面更新頻率，通過數(shù)學(xué)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(zhì)系數(shù)測定p288 （看）第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 9第9頁第9頁13.2.1 對流傳質(zhì)流量 對流傳質(zhì)通量與擴(kuò)散傳質(zhì)通量不同： 對流傳質(zhì)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(kuò)散通量外，還應(yīng)含有由流體流動引發(fā)傳質(zhì)通量。13.2.2 組分守恒方程（對流傳質(zhì)微分方程）對流傳質(zhì)微分方程推導(dǎo)：主要利用質(zhì)量守恒原理 + 連續(xù)性方程 第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 13. 2 對流傳質(zhì)微分方程 p28910第10頁第10頁對流傳質(zhì)微

6、分方程推導(dǎo)環(huán)節(jié): （1）在流動流體中，按照靜止三維坐標(biāo)取一個微元體。（2）依據(jù)質(zhì)量守恒原理，考慮組分A在單位時間內(nèi)由擴(kuò)散和流體流動輸入和輸出該微元體組分A摩爾數(shù)關(guān)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(dǎo)得：p290 廣義傳質(zhì)方程公式（13-12）和（12-13）當(dāng)穩(wěn)定傳質(zhì)時候，得到公式（13-14）和（13-15）固相中穩(wěn)定傳質(zhì)：公式（13-16）和（13-17）第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 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(zhuǎn)移到真空后被抽走。分析推導(dǎo)：書本p291 圖13-4 13. 3 氣體與下降液膜間傳質(zhì) p291 局部長度（x）上傳質(zhì)時： P 292, 公式（13-25）整個傳質(zhì)長度（x）上傳質(zhì)時： P 292, 公式（13-26）第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 12第12頁第12頁濃度邊界層傳質(zhì)： 是流體流過固體平面時，與平板間出現(xiàn)傳質(zhì)過程。13.4.1 平板層流邊界層中對流傳質(zhì) p293P295 公式（13-39）：長度為L平板，平均傳質(zhì)系數(shù)為：13. 4 濃度邊界層傳質(zhì) p293 第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 13第13頁第13頁第三篇 質(zhì)量傳播 第13章 對流傳質(zhì) 13.4.2 平板紊流邊界層中對流傳質(zhì) p296平板紊流濃度邊界層傳質(zhì)系數(shù)公式：P296