传热传质基本概念

1、传热学 Heat Transfer第十章传热传质基本概念第十章传热传质基本概念第十章第十章传热传质基本概念传热传质基本概念10-1 10-1 混合物浓度的表示方法混合物浓度的表示方法10-2 10-2 质扩散菲克定律及典型扩过程质扩散菲克定律及典型扩过程10-3 10-3 对流传质与表面传质系数对流传质与表面传质系数10-4 10-4 质量与热量同时传递的过程质量与热量同时传递的过程传质传质( (质量传递质量传递) )：混合物的组分在浓度梯度作用下由高浓：混合物的组分在浓度梯度作用下由高浓度向低浓度方向的转移过程。度向低浓度方向的转移过程。热量传递的推动力：温度差。热量传递的推动力：温度差。质

2、量传递的推动力：浓度差。质量传递的推动力：浓度差。质扩散：由于分子运动而引起的质量传递过程质扩散：由于分子运动而引起的质量传递过程质对流：流体中由于对流掺混而引起的质量传递。质对流：流体中由于对流掺混而引起的质量传递。能源、动力、低温过程、化工及环境：物料干燥、加湿、能源、动力、低温过程、化工及环境：物料干燥、加湿、去湿、吸收、脱吸等传质过程。去湿、吸收、脱吸等传质过程。10-1 混合物浓度的表示方法组分的浓度：组分的浓度：质量浓度：质量浓度：物质的量浓度物质的量浓度VmBVmABAmkg、：)/(3VnBVnABAccmkmolc、：)/(3；的物质的量，及中组分：混合物容积、；的质量，及中

3、组分：混合物容积、kmolBAVnnkgBAVmmBABA混合气体：混合气体：RTpiic )/(10314. 83KmolJRRPaipi：摩尔气体常数，；的分压力，：混合物中组分10-2 质扩散菲克定律及典型扩散过程组分组分A A和组分和组分B B被分隔在容器的两侧，组分被分隔在容器的两侧，组分A A和组分和组分B B相互扩散。相互扩散。菲克定律：单位时间内在垂直于质量扩散方向的面积上所扩散的菲克定律：单位时间内在垂直于质量扩散方向的面积上所扩散的组分组分A A的量的量M MA A或或N NA AxcABAxABAAADNDM度降低的方向物质的量的通量指向浓负号：质量通量密度及扩散向物质：

4、物质：质扩散率，、的量的通量密度：质量能量密度和物质、B/)/()/(,222AABsmDsmkmolsmkgNMABAA 质扩散菲克定律及典型扩散过程传递的推动力扩散率传递率 质扩散菲克定律及典型扩散过程质质扩散系数扩散系数D D：物性参数，表征物质扩散能力的大小。物性参数，表征物质扩散能力的大小。值取决于混合物的性质、压力和温度，实验方法确定值取决于混合物的性质、压力和温度，实验方法确定ppTTDDpTpT005 . 10000)(D下的扩散系数：、压力温度时，下的扩散系数、压力已知温度气相物质： 质扩散菲克定律及典型扩散过程1 1、等摩尔逆向扩散、等摩尔逆向扩散等摩尔逆向扩散：组分等摩尔

5、逆向扩散：组分A A、B B以以相同的物质的量相同的物质的量的通量密度向相反方向的通量密度向相反方向扩散。扩散。稳态：整个扩散系统总压力为常数：稳态：整个扩散系统总压力为常数：00dxdpdxdpBABAppp常量菲克定律：菲克定律：dxdpRTDdxdcBAdxdpRTDdxdcABABBABAABADNDNB、 质扩散菲克定律及典型扩散过程1 1、等摩尔逆向扩散、等摩尔逆向扩散DDDNNBAABRTDRTDABAAB，即，则因B二元二元混合物：两种组分各自的质扩散率相等混合物：两种组分各自的质扩散率相等等摩尔逆向扩散中物质的量的通量密度计算式等摩尔逆向扩散中物质的量的通量密度计算式ADRT

6、dxdpNABA)(21)(21AAxDxRTppDAccNABAAAB积分：积分：两点间的距离两点的分压力，、在：组分、xAppAA212!气体分离的蒸馏过程：当低沸点组分和高沸点组分的潜热相近时，气体分离的蒸馏过程：当低沸点组分和高沸点组分的潜热相近时，高沸点组分凝结释放出的热量使相同物质的量的低沸点组分汽化高沸点组分凝结释放出的热量使相同物质的量的低沸点组分汽化( (略去散热略去散热) )，则该过程可近似地按等摩尔逆向扩散处理，则该过程可近似地按等摩尔逆向扩散处理 质扩散菲克定律及典型扩散过程2 2、单向扩散、单向扩散量筒底部的水层向顶部大气的扩散过程：量筒底部的水层向顶部大气的扩散过程

7、：水面上水分的蒸发，水蒸气不水面上水分的蒸发，水蒸气不断地向上扩散。在量筒口有一断地向上扩散。在量筒口有一股极低流速的气流不断地把水股极低流速的气流不断地把水蒸气带走。蒸气带走。假设：扩散过程稳态；假设：扩散过程稳态；系统等温；水面上方气系统等温；水面上方气空间压力空间压力p p0 0常数；混合气常数；混合气体作为理想气体处理。体作为理想气体处理。 质扩散菲克定律及典型扩散过程2 2、单向扩散、单向扩散水面上水蒸气向上扩散的物质的量的通量密度计算式水面上水蒸气向上扩散的物质的量的通量密度计算式00dxdpdxdpAwwAppp常量单向扩散：水面上的水蒸气不断向空气扩散，而空气不能单向扩散：水面

8、上的水蒸气不断向空气扩散，而空气不能进入水面的扩散过程。进入水面的扩散过程。在量筒的任一截面上向上的气流的流速应使该截面上空气的净在量筒的任一截面上向上的气流的流速应使该截面上空气的净交换率交换率( (空气向下的扩散与补偿气流向上夹带的空气之差空气向下的扩散与补偿气流向上夹带的空气之差) )为零。为零。0 xAxdxdpRTDAvcNA的流速质的量浓度及补偿气流截面处气体中空气的物：、xvcxAxdxdpRTDccdxdpRTDxwAxAxAv11 质扩散菲克定律及典型扩散过程2 2、单向扩散、单向扩散截面上水蒸气的总质量交换率：截面上水蒸气的总质量交换率：dxdpRTDccdxdpRTDxw

9、AxAxAv11理想气体：理想气体：RTpAxRTpwxAwcc,AwAxwxppccdxdppppRTDdxdppppRTDwwwwAAwN00斯蒂芬定律：菲克定律的基础上考虑了单向扩散特点后得斯蒂芬定律：菲克定律的基础上考虑了单向扩散特点后得出的物质的量的通量密度计算式出的物质的量的通量密度计算式 质扩散菲克定律及典型扩散过程2 2、单向扩散、单向扩散用两个截面上的分压力表示的扩散过程中物质的量的用两个截面上的分压力表示的扩散过程中物质的量的通量密度的计算式：通量密度的计算式：dxNwDpRTpdpAA0从截面从截面1 1到截面到截面2 2积分：积分：120ln1AAppxRTDpwN以水

10、蒸气的气体常数代替摩尔气体常数，计算得到质量流通以水蒸气的气体常数代替摩尔气体常数，计算得到质量流通量密度量密度( (单位时间内单位截面积上所扩散的质量单位时间内单位截面积上所扩散的质量) )：120ln1AAwppxTRDpwM12xxx式。斯蒂芬定律的积分表达 质扩散菲克定律及典型扩散过程3 3、对流传质及表面传质系数、对流传质及表面传质系数对流传质对流传质( (质对流质对流) )：当流体经一个相界面与界面之间：当流体经一个相界面与界面之间发生的质量交换。发生的质量交换。界面：液体表面、固体表面界面：液体表面、固体表面对流传质过程对流传质过程)()(,fAwAmAfAwAmAhMcchN3

11、3,33,/,A/,AmkgmkmolcmkgmkmolcfAfAwAwA、浓度的物质的量浓度与质量：主流中组分、浓度的物质的量浓度与质量：界面处组分、 质扩散菲克定律及典型扩散过程3 3、对流传质及表面传质系数、对流传质及表面传质系数 质扩散菲克定律及典型扩散过程3 3、对流传质及表面传质系数、对流传质及表面传质系数 质扩散菲克定律及典型扩散过程3 3、对流传质及表面传质系数、对流传质及表面传质系数.,(Lewis)/)()()()(RePrReSc(Schmidt)PrSh(Sherwood)11PrLeDaLeccScCShCNuNunpnDapDnaDhhnvDavlhDhlnScShNunmnmmm数：路易斯路易斯关系式、数数对应的施密特数数对应的舍伍德 质扩散菲克定律及典型扩散过程4 4、质量与热量同时传递的过程、质量与热量同时传递的