传递过程原理第一章节

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1、传递现象普遍存在于自然界和工程领域，三种传递过程有许多共同规律。本章介绍与课程有关的基本概念。第一章传递过程概论1.1传递过程的分类一、平衡过程与速率过程二、扩散传递与对流传递第一章传递过程概论大量的物理、化学现象中，同时存在着正反两个方向的变化，如：固体的溶解和析出，升华与凝华、可逆化学反应当过程变化达到极限，就构成平衡状态。如化学平衡、相平衡等。此时，正反两个方向变化的速率相等，净速率为零。不平衡时，两个方向上的速率不等，就会发生某种物理量的转移，使物系趋于平衡。一、平衡过程与速率过程热力学：探讨平衡过程的规律，考察给定条件下过程能否自动进行？进行到什么程度？条件变化对过程有何

2、影响等。动力学：探讨速率过程的规律，化学动力学研究化学变化的速率及浓度、温度、催化剂等因素对化学反应速率的影响；传递动力学研究物理过程变化的速率及有关影响因素。一、平衡过程与速率过程物理过程的速率：1.动量传递过程—物体的质量与速度的乘积被定义为动量，速度可认为是单位质量物体的动量。因此，同一物体，速率不同，其动量也不同。在流体中，若两个相邻的流体层的速度不同，则将发生由高速层向低速层的动量传递。u1u2动量传递方向一、平衡过程与速率过程2.热量传递过程—当物系中各部分之间的温度存在差异时，则发生由高温区向低温区的热量传递。t1t2t3t1＞t2＞t3热流方向一、平衡过程与速率过程

3、3.质量传递过程—当物系中的物质存在化学势差异时，则发生由高化学势区向低化学势区域的质量传递。化学势的差异可以由浓度、温度、压力或电场力所引起。最常见的是浓度差引起的质量传递过程。此时混合物中的某个组分由高浓度向低浓度区扩散传递。一、平衡过程与速率过程传递过程的速率可以用通式表示如下：本课程主要讨论动量、热量与质量传递过程的速率。一、平衡过程与速率过程二、扩散传递与对流传递对流传递—由流体的宏观运动引起扩散传递分子传递—由分子的随机热运动引起涡流传递—由微团的脉动引起（湍流）传递牛顿粘性定律－比例系数，称为流体的粘度；－单位面积上的剪切力称为剪应力；－速度梯度。1.分子传递的基本定

4、律描述分子动量传递的基本定律二、扩散传递与对流传递傅立叶定律描述分子导热的基本定律－介质的导热系数；－温度梯度。－导热通量；t1＞t2＞t3t1t2t3热流方向二、扩散传递与对流传递费克定律描述2组元混合物体系中A存在浓度梯度时的分子扩散：jA－组分A的扩散质量通量；DAB－组分A在组分B中的扩散系数；－组分A的质量浓度梯度。二、扩散传递与对流传递2.涡流传递以上分子动量、热量与质量传递的类似性，仅发生在作层流流动的流体内部（动量传递），或固体中（热量或质量传递）。当流体作湍流运动时，除分子传递之外，还有涡流传递—由于流体质点脉动引起的传递。二、扩散传递与对流传递涡流传递＞＞分子传

5、递涡流动量、热量与质量传递可表示为：二、扩散传递与对流传递3.对流传递的概念由于流体作宏观运动引起的动量、热量与质量的迁移过程，该过程仅发生在流体运动时:动量的对流传递速率：ρuxuxAuxt热量的对流传递速率：ρcptuxAA二、扩散传递与对流传递第一章传递过程概论1.1传递过程的分类1.2动量、热量与质量传递的类似性一、分子传递的通用表达式二、分子传递的类似性三、涡流传递的类似性1.分子动量通量对牛顿粘性定律作量纲分析，设密度为常数：一、分子传递的通用表达式量纲分析一、分子传递的通用表达式动量传递机理：层流—分子动量传递两层流体速度不同，具有不同的动量浓度。在动量梯度的作用下，

6、动量将自发地由高动量区向低动量区转移。微观上，速度较高的流层中的分子以随机运动方式进入速度较慢的流层中；低速流层中亦有等量随机运动的分子进入高速流层,实现动量交换。一、分子传递的通用表达式量纲分析结果τ－动量通量－动量浓度梯度ν－动量扩散系数动量通量=－动量扩散系数×动量浓度梯度一、分子传递的通用表达式2.分子热量通量傅立叶定律的量纲分析：一、分子传递的通用表达式量纲分析一、分子传递的通用表达式q/A－热量通量－热量浓度梯度－热量扩散系数量纲分析结果热量通量=－热量扩散系数×热量浓度梯度一、分子传递的通用表达式3.分子质量通量费克定律的量纲分析：一、分子传递的通用表达式量纲分析结果

7、jA－质量通量－质量浓度梯度－质量扩散系数质量通量=－质量扩散系数×质量浓度梯度一、分子传递的通用表达式质量通量=－质量扩散系数×质量浓度梯度热量通量=－热量扩散系数×热量浓度梯度动量通量=－动量扩散系数×动量浓度梯度通量=－扩散系数×浓度梯度的量纲相同，扩散系数m2/s“－”表示通量的方向与梯度的方向相反。二、分子传递的类似性通量=－扩散系数×浓度梯度二、分子传递的类似性上式称为现象方程（Phenomenologicalequation)三、涡流传递的类似性涡流传递