第四章对流流动传质ppt课件

1、实例说明：实例说明：1.连铸中间包内钢液流场连铸中间包内钢液流场2.连铸中间包内夹杂物流动与去除连铸中间包内夹杂物流动与去除3.连铸结晶器内钢液流动行为连铸结晶器内钢液流动行为(1) 在化学冶金领域，包括火法冶金和湿法冶金。遇到的对流在化学冶金领域，包括火法冶金和湿法冶金。遇到的对流流动传质问题比分子扩散传质问题更多。例如：流动传质问题比分子扩散传质问题更多。例如：4.连铸结晶器内钢液流动行为连铸结晶器内钢液流动行为(2)4.1 对流流动传质的基本概念对流流动传质的基本概念固体、液体燃料燃烧时空气中的固体、液体燃料燃烧时空气中的O2向燃料表面的传输。向燃料表面的传输。高炉中还原气体高炉中还原气

2、体CO向矿石表面的传输。向矿石表面的传输。转炉炼钢过程中氧气射流中转炉炼钢过程中氧气射流中O2向钢液表面的传输。向钢液表面的传输。熔渣气化脱硫脱磷过程。熔渣气化脱硫脱磷过程。在有浓度差的条件下，质量的传输包括以下两个方面：在有浓度差的条件下，质量的传输包括以下两个方面：流向传质流向传质随流体流动而迁移的物质传输；随流体流动而迁移的物质传输； 非流向传质非流向传质由分子扩散而导致的物质传输；由分子扩散而导致的物质传输； 由流体液团脉动而导致的物质传输。由流体液团脉动而导致的物质传输。值得注意的是：有流动流体参加的传质过程，流向传质一般发值得注意的是：有流动流体参加的传质过程，流向传质一般发生在单

3、相中，而非流向传质则发生在异相间，即，相际传质一般生在单相中，而非流向传质则发生在异相间，即，相际传质一般为非流向传质，因为异相之间不混合，不易发生随流体流动而导为非流向传质，因为异相之间不混合，不易发生随流体流动而导致的流向传质。致的流向传质。 在对流传质中，浓度边界层起着十分重要的作用。它和速度边在对流传质中，浓度边界层起着十分重要的作用。它和速度边界层和温度边界层相类似，但厚度不一定相等。如图界层和温度边界层相类似，但厚度不一定相等。如图1、2、3示出示出了壁面法线方向流体浓度变化示意图。了壁面法线方向流体浓度变化示意图。 我们研究的对流传质问题多数是指后者，即发生在相际之间我们研究的对

4、流传质问题多数是指后者，即发生在相际之间的非流向传质的非流向传质当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生当流体流经与其浓度不同的异相表面时，发生在两相之间的传质现象。在两相之间的传质现象。 象速度边界层和温度边界层的定义一样，当流体流经异相表象速度边界层和温度边界层的定义一样，当流体流经异相表面时，也存在着浓度边界层。与动量传输和热量传输相同，边界面时，也存在着浓度边界层。与动量传输和热量传输相同，边界层内对流传质阻力最大，会形成明显的浓度梯度。如果流动是湍层内对流传质阻力最大，会形成明显的浓度梯度。如果流动是湍流，由于湍流存在指向异相表面的脉动，会有流体质点或流体微流，由于湍流存在指向异相表

5、面的脉动，会有流体质点或流体微团的宏观位移，将导致传质通量的大大增加。团的宏观位移，将导致传质通量的大大增加。4.2 浓度边界层的概念浓度边界层的概念4.3 对流传质所涉及到的准数对流传质所涉及到的准数与传热中的与传热中的Pr和和Nu相对应的分别是相对应的分别是Sc和和Sh。DaScPrDLkLhShNu 除此之外，还有传质斯坦顿准数除此之外，还有传质斯坦顿准数StD，Re，传质格拉晓夫，传质格拉晓夫准数准数GrD。施密特准数施密特准数舍伍德准数舍伍德准数4.4 求解对流传质系数的四种方法求解对流传质系数的四种方法边界层微分方程组解析解；边界层微分方程组解析解；边界层近似积分解；边界层近似积分

6、解；雷诺类比律雷诺类比律相似理论指导下的实验方法相似理论指导下的实验方法0)(22220yvxvyvyvvxvvyCDyCvxCvyCCCDkyxxxyxxyxyfs4.5 边界层微分方程组解析解边界层微分方程组解析解0)(222222220yvxvyvxvyvvxvvyCxCDyCvxCvyCDCCkyxxxxyxxyxyfs 可见，上述方程组与边界层传热微分方程组在形式上并无区可见，上述方程组与边界层传热微分方程组在形式上并无区别。别。传热微分方程可比照速度边界层的布拉修斯方法求解。求解结果传热微分方程可比照速度边界层的布拉修斯方法求解。求解结果是：是：1Pra当当 时，时，2/12/1R

7、e332. 0NuRe332. 0 xxxxxh浓度边界层微分方程解析解也可参照布拉修斯解，结果为：浓度边界层微分方程解析解也可参照布拉修斯解，结果为：2/12/1Re332. 0ShRe332. 0,1xxxxxDkDSc时时在在1Pr 时，时，Polhousen对对流给热进行了修正，指出：对对流给热进行了修正，指出：3/1Prt将不同将不同Pr准数条件下的准数条件下的 中的中的 换成换成xxyfRexxyRe3/1PrRe xxy，就可以将一组曲线变为一条曲线。，就可以将一组曲线变为一条曲线。同样也存在这样一个关系：同样也存在这样一个关系： ，假设，假设3/1SccxssxssxyfCCC

8、CxyfCCCCRePrRe3/100则不同施密特准数条件下的一组曲线就会变成一条曲线。则不同施密特准数条件下的一组曲线就会变成一条曲线。修正后的准数方程为：修正后的准数方程为：3/12/13/12/1PrRe332. 0ShPrRe332. 0,1xxxDkDSc时时在在与对流给热一样，也有：与对流给热一样，也有：3/12/13/12/1ScRe664. 0ShScRe664. 0LDk例题例题16-1中，推导结果有错误。正确的结果应该是：中，推导结果有错误。正确的结果应该是：5/45/41/23/1ReRe0365. 00.664ReSctLtABLDk4.6 浓度边界层近似积分解浓度边界

9、层近似积分解浓度边界层近似积分解所用方法与温度边界层相同，都是采用冯浓度边界层近似积分解所用方法与温度边界层相同，都是采用冯卡门近似积分法，同样也有卡门近似积分法，同样也有4个类似的近似：个类似的近似：四四个个近近似似处处理理 在在x的方向上的方向上 00dxdCdxdt 、 与与x无关无关 xv yfCCs322222312111yDyCyBACCyDyCyBAvsx ,24044c 与与x x无关。无关。结果是：结果是：3/12/1ScRe36. 0Shxx4.7 类比律方法类比律方法雷诺类比结果是雷诺类比结果是对流给热对流给热Pr=1：8,2StfCvChffp对流传质对流传质Sc=1：8,2StDfCvkff契尔顿契尔顿-柯尔朋修正：柯尔朋修正：2fDHCjj2PrPrSt2/32/3ffpHCvChj2ScScSt2/32/3ffDCvkj4.8 相似理论指导下的实验方法相似理论指导下的实验方法量纲分析：量纲分析：p420强制对流：强制对流：Sh= f (Re,Sc)自然对流：自然对流：Sh= f (GrD,Sc)流体流经平板：流体流经平板：流体流经单个球体