《对流传质》PPT课件(I)

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1、2.3对流传质12.3.1概述2.3.2层流和湍流边界层及浓度边界曾2.3.3传质边界层的微分方程组2.3.4边界层积分方程2.3.5对流传质实验关联式2.3.6干湿球温度计2021/7/162.3.1概述对流传质（又称质对流）是指当液体流经一个相界面时与界面之间发生的质量交换。这种界面可以是液体表面也可以是固体表面，如图2-5所示。在对流传质过程中所传递的质量也采用类似于牛顿冷却公式的形式来计算：22021/7/16（2.3-1）（2.3-2）式中：、分别为界面处组分A的物质的浓度与质量浓度，单位分

2、别为kmol/m3、kg/m3；、分别为主流中组分A的物质的量浓度与质量浓度，单位分别为kmol/m3、kg/m3；为表面传质系数，单位为m/s。32.3.1概述2021/7/16上式和牛顿冷却公式一样，只是表面传质系数的定义式。确定表面传质系数的计算式是对流传质的主要研究内容。本节的重点将放在讨论对流传质与对流换热过程的类似点和不同点上，并阐明在什么条件下可以利用比拟关系获得表面传质系数的计算式。42.3.1概述2021/7/16对流传质过程是由两种作用完成的。一是对流传递作用，在对流条件下，流体质

3、点不断运动和混和，把物质由一处带到另一处；二是分子扩散作用，由于流体各处存在着浓度差，质量也必然会以分子扩散方式传递，而且浓度梯度越大的地方，分子扩散作用也显著。传质膜系数就是这两种作用的综合强度指示。52.3.1概述2021/7/16显然一切支配这两种作用的因素和规律，诸如流动状态、流速、流体物性、壁面几何参数等都会影响对流传质过程，由此可见它是一个比较复杂的物理现象。本节将从分析对流传质的边界层开始，通过边界层微分方程的求解，阐述理论推导传质膜系数的基本途径，揭示过程的机理。62.3.1概述202

4、1/7/16湍流传质是工业设备中常见的现象。由于湍流时质点的脉动和涡流，过程的动量、热量和质量传递都大大地强化了，但问题也趋于复杂。因此，对于这一问题处理方法往往是根据微分方程式应用类比关系，从流动摩擦的实验数据来确定对流传质的计算关系。讨论三传（动量、热量和质量）类比及其定量关系，它对于换热膜系数、传质膜系数难以直接测定的某些情况具有重大意义。通过三传类比的分析，还将有助于深入理解湍流传质的机理。72.3.1概述2021/7/162.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层一、浓度边界层我们已经知道，由于

5、速度在壁面附近沿法线方向的变化出现了速度边界层，它在对流传质中起着主要作用。同样，当流体与相界面之间有浓度差时，由于浓度在壁面法线方向的变化，也将会产生一个浓度变化较明显的区域，叫做浓度边界层。浓度边界层和速度边界层、温度边界层形状相类似，但厚度不相同，图2-5示出了壁面法线方向流体浓度变化示意图。82021/7/16在处，流体浓度为，而在离开壁处，流体浓度近似等于主流体浓度，这一区域称为浓度边界层，或称为传质边界层及扩散边界层。称为浓度边界层厚度。这样，只有在浓度边界层内才有最显著的浓度变化，而在浓

6、度边界层以外则可认为浓度梯度等于零，是一个等浓度区域。92.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层2021/7/16由此可见，由速度边界层和浓度边界层的状况决定了边界层中质量传递过程。在层流边界层中主要靠分子扩散来传递质量，在湍流边界层中，层流底层中质量转移主要靠分子扩散，而在层流底层以外的湍流区中，除分子扩散外，主要靠对流传质。102.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层2021/7/16二、对流传质的准则数在对动量传递和热量传递的研究过程中出现过许多用以表征它们物理特性的无量纲准则数，如雷诺数、欧拉数，

7、普朗特数和努赛尔数等。相应地，在对流传质过程中，我们也要应用一些准则数来表示传质特性。分析质量、动量和热量传递（也称“三传”）得知下列诸项可表现“三传”过程的特征。112.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层2021/7/16动量扩散率热扩散率质量扩散率它们具有相同的单位：。这三个扩散率中任意两个之比都是无因次的，但不同组合下的比值，其内涵是不一样的。122.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层2021/7/161．动量扩散率与质量扩散率之比称为施密特数：（2.3-3）2．分子热扩散率与质量扩散率之比称为

8、路易斯数Le：（2.3-4）3．动量扩散率与分子热扩散率之比称为普朗特数Pr：132.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层2021/7/16当过程同时涉及质量和热量传递时，就要用到Le数，现在来分析一下组分A向组分B中扩散，例如溶质表面与溶液之间的质量传递时的规律。（2.3-5）在贴壁处，分子扩散应满足下列质量传递方程若为常数时，则上式可写成（2.3-6）142.3.2层流和湍流边界层及浓度边界层2021/7/16联立式（2.3-5）和式（2.3-6）得即