传输原理教案传质省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 第十三章第十三章 对流传质对流传质 （p286p286）对流传质概念：对流传质概念：是指流体流动情况下质量传输。或者是流动流是指流体流动情况下质量传输。或者是流动流是指流体流动情况下质量传输。或者是流动流是指流体流动情况下质量传输。或者是流动流体中，某组分向体中，某组分向体中，某组分向体中，某组分向 “与固相或其它流体相与固相或其它流体相与固相或其它流体相与固相或其它流体相”相界面上相界面上相界面上相界面上传质。传质。传质。传质。对流传质与扩散传质不一样点：对流传质与扩散传质不一样点：除了有除了有除了有除了有扩散传质扩散传质扩散传质扩散传质过程外，还有流体微团因紊流过程外，还有流体微团因紊流过程外，还有流体微团因紊流过程外，还有流体微团因紊流而发生而发生而发生而发生物质迁移物质迁移物质迁移物质迁移。1第1页菲克第一定律引出菲克第一定律引出菲克第一定律引出菲克第一定律引出扩散系数扩散系数扩散系数扩散系数概念概念概念概念是考虑了某一距离间是考虑了某一距离间因为物质浓度差引发物质迁移问题。因为物质浓度差引发物质迁移问题。第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 本节传质系数：本节传质系数：本节传质系数：本节传质系数：是考虑到是考虑到是考虑到是考虑到对流传质对流传质对流传质对流传质经常出现在经常出现在经常出现在经常出现在相界面上相界面上相界面上相界面上特点而提出，特点而提出，特点而提出，特点而提出，是一个百分比常数是一个百分比常数是一个百分比常数是一个百分比常数k k：k=(JA)/(CAO-CA )。J JA A:界面上物质界面上物质界面上物质界面上物质A A传质通量传质通量。C CAOAO:物质物质物质物质A A在界面上在界面上在界面上在界面上浓度浓度。C CAA:流体主流中物质流体主流中物质流体主流中物质流体主流中物质A A浓度浓度。菲克第一定律：菲克第一定律：菲克第一定律：菲克第一定律：扩散通量扩散通量与与其浓度梯度成正比其浓度梯度成正比，方向方向与与浓度梯度浓度梯度方向相反方向相反2第2页D:D:扩散系数。扩散系数。扩散系数。扩散系数。J JA A:界面上物质界面上物质界面上物质界面上物质A A传质通量传质通量。C CAOAO:物质物质物质物质A A在界面上在界面上在界面上在界面上浓度浓度。C CAA:流体主流中物质流体主流中物质流体主流中物质流体主流中物质A A浓度浓度。第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 假如界面处流体中只有扩散传质，假如界面处流体中只有扩散传质，假如界面处流体中只有扩散传质，假如界面处流体中只有扩散传质，则百分比常数则百分比常数则百分比常数则百分比常数 k k（对流传质系数）对流传质系数）对流传质系数）对流传质系数）为：为：为：为：3第3页第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 19241924年，刘易斯（年，刘易斯（年，刘易斯（年，刘易斯（LewisLewis）、惠）、惠）、惠）、惠特曼（特曼（特曼（特曼（WhitmanWhitman）研究结论：）研究结论：）研究结论：）研究结论：在流体和相界面间出现传质时，在流体和相界面间出现传质时，和动量传输边界层相同，也是存和动量传输边界层相同，也是存在一个紧贴界面在一个紧贴界面 “有效界面层有效界面层有效界面层有效界面层”（即薄膜）（即薄膜）13.1 13.1 传质系数和传质系数模型传质系数和传质系数模型传质系数和传质系数模型传质系数和传质系数模型 (P286)(P286)4第4页第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 “有效界面层有效界面层有效界面层有效界面层”（即薄膜）特征以下：（即薄膜）特征以下：（即薄膜）特征以下：（即薄膜）特征以下：1.薄膜流体薄膜流体薄膜流体薄膜流体只能做层流流动只能做层流流动只能做层流流动只能做层流流动，不与不与不与不与浓度均匀浓度均匀浓度均匀浓度均匀流体主流紊流流体主流紊流流体主流紊流流体主流紊流混合混合混合混合，所以在膜内传质所以在膜内传质所以在膜内传质所以在膜内传质属于属于属于属于扩散传质扩散传质扩散传质扩散传质。2.2.薄膜层内薄膜层内薄膜层内薄膜层内浓度分布是稳定浓度分布是稳定浓度分布是稳定浓度分布是稳定。5第5页 刘易斯和惠特曼理论，实际上是把刘易斯和惠特曼理论，实际上是把刘易斯和惠特曼理论，实际上是把刘易斯和惠特曼理论，实际上是把流体对流传质简化成流体对流传质简化成流体对流传质简化成流体对流传质简化成为：为：为：为：界面处界面处界面处界面处“有效边界层有效边界层有效边界层有效边界层”内稳定扩散传质内稳定扩散传质内稳定扩散传质内稳定扩散传质，即：仅仅是即：仅仅是即：仅仅是即：仅仅是有有有有效边界层厚度效边界层厚度效边界层厚度效边界层厚度 受到流体流受到流体流受到流体流受到流体流动动情况影响。情况影响。情况影响。情况影响。边边界界界界层层内内内内浓浓度分布能度分布能度分布能度分布能够够按照按照按照按照线线性分布性分布性分布性分布处处理。理。理。理。这么经过薄膜扩散摩尔通量为：这么经过薄膜扩散摩尔通量为：这么经过薄膜扩散摩尔通量为：这么经过薄膜扩散摩尔通量为：又因为公式（13-1）第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 所以，对流传质系数对流传质系数对流传质系数对流传质系数k k 为：为：为：为：6第6页公式与试验结果较吻合，不过时间公式与试验结果较吻合，不过时间公式与试验结果较吻合，不过时间公式与试验结果较吻合，不过时间 t t 难以测定。难以测定。难以测定。难以测定。第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 13.1.2 13.1.2 传质系数渗透模型和表面更新理论传质系数渗透模型和表面更新理论传质系数渗透模型和表面更新理论传质系数渗透模型和表面更新理论 p287p287传质系数渗透模型：传质系数渗透模型：溶质渗透理论（希格比溶质渗透理论（希格比溶质渗透理论（希格比溶质渗透理论（希格比 Higbie Higbie，19351935年）希格比认为液体年）希格比认为液体年）希格比认为液体年）希格比认为液体在流动过程中每隔一定时间在流动过程中每隔一定时间在流动过程中每隔一定时间在流动过程中每隔一定时间 t t 发生一次完全混合，使液体发生一次完全混合，使液体发生一次完全混合，使液体发生一次完全混合，使液体浓度均匀化，在时间浓度均匀化，在时间浓度均匀化，在时间浓度均匀化，在时间 t t 内，液相中发生不再是定态扩散过内，液相中发生不再是定态扩散过内，液相中发生不再是定态扩散过内，液相中发生不再是定态扩散过程，而是非定态扩散过程。依据上述假设经数学描述得到：程，而是非定态扩散过程。依据上述假设经数学描述得到：程，而是非定态扩散过程。依据上述假设经数学描述得到：程，而是非定态扩散过程。依据上述假设经数学描述得到：对流传质系数对流传质系数对流传质系数对流传质系数k k 为：为：为：为：7第7页与试验结果较吻合，但S难求。第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 表面更新理论（丹克沃表面更新理论（丹克沃表面更新理论（丹克沃表面更新理论（丹克沃 Danckwerts,1951 Danckwerts,1951年）年）年）年）丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不停更新，即不丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不停更新，即不丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不停更新，即不丹克沃茨认为液体在流动过程中表面不停更新，即不停地有停地有停地有停地有液体从主体转为界面液体从主体转为界面液体从主体转为界面液体从主体转为界面而暴露于气相中，这种界面不而暴露于气相中，这种界面不而暴露于气相中，这种界面不而暴露于气相中，这种界面不停更新使传质过程大大强化，其原因在于原来需要经过停更新使传质过程大大强化，其原因在于原来需要经过停更新使传质过程大大强化，其原因在于原来需要经过停更新使传质过程大大强化，其原因在于原来需要经过迟迟迟迟缓扩散过程缓扩散过程缓扩散过程缓扩散过程才能将溶质传至液体深处，现经过表面更新，才能将溶质传至液体深处，现经过表面更新，才能将溶质传至液体深处，现经过表面更新，才能将溶质传至液体深处，现经过表面更新，深处液体就有机会直接与气体接触以接收传质。定义深处液体就有机会直接与气体接触以接收传质。定义深处液体就有机会直接与气体接触以接收传质。定义深处液体就有机会直接与气体接触以接收传质。定义S S为为为为表面更新频率，经过数学描述并求解得到：表面更新频率，经过数学描述并求解得到：表面更新频率，经过数学描述并求解得到：表面更新频率，经过数学描述并求解得到：8第8页13.1.3 气体原子在金属液中传质系数测定气体原子在金属液中传质系数测定p288 （看）（看）第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 9第9页13.2.1 对流传质流量对流传质流量 对流传质通量对流传质通量与与扩散传质通量扩散传质通量不一样：不一样：对流传质通量对流传质通量除了含有由某种组分在流体分布中除了含有由某种组分在流体分布中浓度梯度引浓度梯度引发发扩散通量外，还应含有由扩散通量外，还应含有由流体流动引发流体流动引发传质通量。传质通量。13.2.2 组分守恒方程（对流传质微分方程）组分守恒方程（对流传质微分方程）对流传质微分方程推导：对流传质微分方程推导：主要利用主要利用质量守恒原理质量守恒原理+连续性方程连续性方程 第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 13.2 13.2 对流传质微分方程对流传质微分方程对流传质微分方程对流传质微分方程 p289 p28910第10页对流传质微分方程推导步骤对流传质微分方程推导步骤:（1）在流动流体中，按照静止三维坐标取一个微元体。）在流动流体中，按照静止三维坐标取一个微元体。（2）依据质量守恒原理，考虑）依据质量守恒原理，考虑组分组分A在在单位时间内单位时间内由由扩散扩散和和流体流体流动流动输入输入和和输出输出该微元体该微元体组分组分A摩尔数关系摩尔数关系：A在微元体中积累率在微元体中积累率=输入微元体输入微元体A摩尔流率摩尔流率 输出微元体输出微元体A摩尔流率摩尔流率推导得：推导得：p290 广义传质方程公式（广义传质方程公式（13-12）和（）和（12-13）当稳定传质时候，当稳定传质时候，得到公式得到公式（13-14）和（）和（13-15）固相中稳定传质：固相中稳定传质：公式公式（13-16）和（）和（13-17）第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 11第11页金属液除器气处理方法：金属液除器气处理方法：金属液除器气处理方法：金属液除器气处理方法：金属液在真空中沿斜面连金属液在真空中沿斜面连续往下流动。金属液体中气体转移到真空后被抽续往下流动。金属液体中气体转移到真空后被抽走。走。分析推导：书本分析推导：书本p291 p291 图图13-4 13-4 13.3 气体与下降液膜间传质气体与下降液膜间传质 p291 p291 局部长度（局部长度（x x）上传质时：）上传质时：P 292,P 292,公式（公式（13-2513-25）整个传质长度（整个传质长度（x x）上传质时：）上传质时：P 292,P 292,公式（公式（13-2613-26）第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 12第12页浓度边界层传质：浓度边界层传质：浓度边界层传质：浓度边界层传质：是流体流过固体平面时，与平板间出现是流体流过固体平面时，与平板间出现是流体流过固体平面时，与平板间出现是流体流过固体平面时，与平板间出现传质过程。传质过程。传质过程。传质过程。13.4.1 13.4.1 13.4.1 13.4.1 平板层流边界层中对流传质平板层流边界层中对流传质平板层流边界层中对流传质平板层流边界层中对流传质 p293 p293 p293 p293P295 P295 P295 P295 公式（公式（公式（公式（13-3913-3913-3913-39）：长度为）：长度为）：长度为）：长度为L L L L平板，平板，平板，平板，平均传质系数平均传质系数平均传质系数平均传质系数为：为：为：为：13.4 浓度边界层传质浓度边界层传质 p293 p293 第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 13第13页第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 13.4.2 13.4.2 平板紊流边界层中对流传质平板紊流边界层中对流传质平板紊流边界层中对流传质平板紊流边界层中对流传质 p296 p296平板紊流浓度边界层传质系数公式：平板紊流浓度边界层传质系数公式：平板紊流浓度边界层传质系数公式：平板紊流浓度边界层传质系数公式：P296 P296 公式（公式（公式（公式（13-4013-40）（13-4113-41）：14第14页13.5 一些对流传质试验公式一些对流传质试验公式 p297 （看）（看）13.6 金属凝固过程中传质金属凝固过程中传质 p300 （看）（看）第三篇第三篇 质量传输质量传输 第第13章章 对流传质对流传质对流传质对流传质 15第15页