冶金动力学 第二章 传质基础

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1、1§2.1分子传质§2.2菲克第一定律§2.3扩散系数内容:分子传质—菲克定律。传质：一组分由高浓度区向低浓度区迁移。前提：两组分以上、具有浓度差。第二章传质基础§2.1分子传质1本质：T>0K时，分子热运动。2定义：在①静止介质或②垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体中，由于浓度梯度而产生的传质，称分子扩散。3浓度：CρωC—体积摩尔浓度ρ—单位体积质量—摩尔分数ω—质量分数34平均速度：根据通过单位面积（与速度方向成垂直的面积）的物质量应等于构成该混合物的各组分通过该面积的质量和）。1）质量平均速度2）摩尔平均速度3）扩散速度某一组分相对于体积平均速度的相对速

2、度5通量（扩散量或传质量）定义：在垂直速度方向的单位面积上，单位时间内通过的物质量（浓度×速度）4扩散量：1）针对相对速度质量通量单位：摩尔通量2）相对于静止坐标：质量通量摩尔通量相对于固定坐标，常用于工程计算。相对于平均速度，常用于描述扩散过程。5§2.2菲克第一定律描述：浓度与扩散量之间的关系假定：T、P恒定，A组分在z方向仅产生扩散流。，z方向。定义：（针对于相对扩散）（相对于平均速度）—A在z方向上相对于摩尔平均速度的莫尔通量—A在z方向上相对于质量平均速度的质量通量DAB—比例常数，A经过组分B的扩散系数，因次：长度²/时间62相对于静止坐标菲克定律的

3、另一种表达形式上式中，第一部分表示因浓度梯度而产生的扩散流。第二部分表示由于流体的非等量扩散所产生的流动而传递的A量，。推导：故有，一般化73应用1）二元系（A、B）证明如下：a.（菲克第一定律）两式相等，故同理两式相加故，b.∵而故82）气体通过金属膜的扩散假定H2通过金属膜的扩散，符合Fick第一定律把气体–金属界面上的浓度看成是金属与金属平衡时的溶解度，故是的平衡常数。当时间足够长，单位时间进入膜的物质通量等于其流出的通量，扩散层内没有物质的积累，形成稳定态的扩散，扩散层内各处物质的浓度不随距离和时间变化而变化。则910114）影响传质的因素离子活度，温度

4、，电场，磁场，声场（超声波）5）应用范围等T、P，无流体流动（传质方向上），适用于分子运动平均自由径小的体系，不适用于微孔。12§2.3扩散系数1气体扩散系数计算、实测、查阅2液体扩散系数计算、实测、查阅1）比气体小几个数量级2）随浓度变化3固体扩散系数1）表面扩散气体或液体通过多孔介质扩散（例焙烧时控制气氛及介质表面疏松多孔(球团矿)）。2）固体组分扩散（发生在合金中的扩散，人为地制造缺陷，用于材料制备）13①原子互换位置（能耗大，因为原子在晶格中是密排的，这种迁移引起晶格瞬时畸变）②循环机理（几率小，因为要求所有参加的原子能量高）③空位扩散（掺杂少量大分子使

5、层间距变大）14④间隙扩散（储氢合金，如金属锂，间隙原子很小）⑤间隙顶替（间隙原子大小相当）⑥排列原理（相当大的外力作用，如预应力钢筋）