第十四章+对流传质ppt课件.ppt

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1、第十四章对流传质定义：流体与相界面之间所发生的质量传递过程称为对流传质，对流传质的速度方程和牛顿冷却定律相类似，即NA＝kcΔcA对流传质过程由两种作用完成：1.对流传递作用，在对流条件下，流体质点不断运动和混和，把物质由一处带到另一处,称为质量对流；2.分子扩散作用。14-1概述传质膜系数kc是这两种作用的综合指标。影响对流传质的因素(类似前面的对流换热）：如流动原因、流动状态、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。思考：对流换热是什么传热机理作用的结果？对流换热影响因素是什么？对流换热系数是一个物性量吗？对流传

2、质研究方法因次分析法三传（动量、热量、质量）类比法目的：计算kc14-2层流和紊流边界层及浓度边界层一、浓度边界层1.定义：当流体与相界面之间有浓度差时，由于浓度在相界面法线方向的变化，将会产生浓度边界层。2.δC和δt关系：它和热边界层相类似，但厚度不相同。在y=0处，流体浓度为cA,S，而在离开壁面y=δC处，流体浓度近似等于主流区流体浓度cA,∞，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。δC称为浓度边界层厚度。只有在浓度边界层内才具有最显著的浓度变化，而在浓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。在层流边界层中和紊流边界层的层流底

3、层中主要靠分子扩散来传递质量，在紊流边界层的层流底层以外的紊流核心区中，主要靠质量对流。对流传质的机理二、对流传质的常用准则数动量传递准则：雷诺数和欧拉数，对流换热准则：普朗特数和努谢尔特数，对流传质准则：？分析质量、动量和热量传递得知:运动粘度ν＝μ/ρ动量扩散能力热扩散率α＝λ/ρcp热量扩散能力分子扩散系数DAB质量扩散能力它们具有相同的因次，因此这三个扩散率中任意两个之比都是无因次的。1.施密特数Sc定义：Sc＝ν/DAB＝μ/（ρDAB）对流换热中：Pr=ν/a=cpμ/λPr的物理意义：动量扩散能力和热量扩散能力的对比关系。Sc的物理意义：动量扩散能

4、力和质量扩散能力的对比关系。施密特数Sc在对流传质中的作用类似普朗特数Pr的作用。2.路（刘）易斯数Le定义：Le=a/DAB=λ/(ρcpDAB)物理意义：热量扩散能力和质量扩散能力的对比关系。当过程同时涉及质量和热量传递时，就要用到Le数。3.舍伍德数Sh定义：Sh=kcL/DABSh在对流传质中的作用类似对流换热中的努谢尔特数Nu。物理意义：表征对流传质的强弱；表示表面处的浓度梯度与总浓度梯度之比。14-3因次分析在对流传质中的应用一、受迫对流中传质kc=f(D，ρ，μ，u，DAB)其中包含的六个物理量的量纲在下表表示：应用柏金汉方法(或称π定律法）可定出三

5、个无因次组，以DAB、ρ和D作为核心变量，可得到三个π组合。π1＝DABaρbDckcπ2＝DABdρeDfuπ3＝DABgρhDiμ将π1中各物理量的量纲代入：1=[L2T-1]a[ML-3]b[L]c[LT-1]L：0＝2a－3b＋c＋1T：0＝－a－1M：0＝b联立求解这些方程得a＝-1；b＝０；c＝１。将a、b、c代入π1的表达式得到π1=kcD/DAB=Sh另外两个π组合也可用同样方法求得π2＝Du/DABπ3＝μ/(ρDAB)＝Scπ2/π3＝Du/DAB×DABρ/μ＝Duρ/μ＝ReSh＝f(Re，Sc)与对流换热的准则关系式Nu＝

6、f(Re，Pr)相类似。二、自然对流传质kc=f(L，DAB，ρ，μ，gΔρA）其中包含的六个物理量的量纲在下表表示：Sh＝f(GrAB,Sc)式中GrAB——传质格拉晓夫数GrAB≡L３gΔρA/（ρν2)与自然对流换热准则方程Nu=f(Gr,Pr)类似。同理：其他准则数（表14-1）：1.传热斯坦顿（登）数St:St=Nu/(Re·Pr)=α/（ρucp)2.传质斯坦顿（登）数StD:StD=Sh/(Re·Sc)=kc/u14-4质量、动量和热量传递的类比一、紊流质扩散系数紊流流动的特点：脉动和由脉动带来的横向掺混。紊流中任一点的流动方向和速度均是

7、不规则的，涡流运动引起整个紊流核心的混和，这一过程称为“涡流扩散”。时均值：虽然变动，但是始终围绕一个值上下波动在紊流中总切应力可表示成：τ＝τl－τt（14-7）式中τl——层流切应力，即μdu/dy；τt——紊流切应力。引入普朗特混合长度假说可以证明：EH——紊流热扩散系数ED——紊流质扩散系数二、质量、动量和热量传递的类比“三传类比”的方法：由于紊流流动的机理十分复杂，所以EM、EH和ED都无法用纯数学方法求得，一般均应用类比法来解紊流流动问题，即根据摩擦系数，由类比关系推算出对流换热系数及传质膜系数。1.系统具有常物性参数；2.系统中不产生和消失能量

8、和质量（无