热质交换原理与设备(chapter2 B)ppt课件.ppt

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1、2.3对流传质第2章热质交换过程1与对流换热类比23由上可知，欲求传热速率，关键问题是求流体边界处的温度梯度，而温度梯度的求解，关键是求流体中的温度分布，为解决此问题，传热学中引入温度边界层的概念。与温度边界层的概念一样，引入浓度边界层。第2章热质交换过程45浓度边界层正如热边界层决定壁面对流换热一样，浓度边界层决定了对流传质。如果在表面处流体中的某种组分A的浓度CA,S和自由流中的CA,∞不同，就将产生浓度边界层。它是存在浓度梯度的流体区域，并且它的厚度δc被定义为[CA,S-CA]/[CA,S-CA,∞]=0.99时的y值

2、。在表面和自由流的流体之间的对流造成的组分的传递是由这个边界层中的条件决定的。第2章热质交换过程6固体壁面与流体之间的对流传质速率：通量=系数*浓度差（与对流换热类似）从而引入：对流传质系数第2章热质交换过程hm——对流传质系数，m／s。78对流传质过程：由于粘性存在，紧贴平板处，流体速度为0，当组分A进行传递时，首先以分子传质的方式通过该静止流层，然后再向流体主体对流传质。通过边界层的对流传质，是由分子扩散和对流扩散组成。9在稳态传质下，组分A通过静止流层的传质速率应等于对流传质速率，因此，有以质量浓度为基准来表示10求解对

3、流传质系数的步骤如下（与对流换热类似）：l）求解运动方程和连续性方程，得出速度分布（对流传质的流动基础）；2）求解传质微分方程，得出浓度分布；3）由浓度分布，得出浓度梯度；4）由壁面处的浓度梯度，求得对流传质系数。第2章热质交换过程111213第2章热质交换过程14第2章热质交换过程152.3.4对流传质的数学描述第2章热质交换过程16本次课程要解决的关键问题：如何利用普遍的微分知识来理解三维导热这样的专业基础知识三维非稳态导热微分方程2021/8/1017对相关微分知识的认识变化率－导数结论：导数可以理解为变化率（比值）两者

4、的连接关系变化量－微分量两者的连接关系结论：函数的微分量可用变化率与自变量的微分量乘积表达2021/8/1018怎样将微分知识应用到具体的专业问题上？一维物体温度分布函数温度的变化率－温度的导数温度的变化量－温度的微分量2021/8/1019导热基本原理当物体厚度趋于无穷小即通过一个面的导热量物体导热量因素：温差、厚度、面积；2021/8/1020三维导热模型2021/8/10导入微元体的净热量x方向导入微元体的热量：x方向导出微元体的热量：x方向导入微元体的净热量：根据能量守恒定律，单位时间净导入微元体的热量加上微元体内热源

5、生成的热量应等于微元体能量的增加8/10/202122同理y方向和z方向净热量：导入微元体的总净热量（以上三式之和）：微元体内热源生成热:式中：为单位体积内热源.微元体内能增量：2021/8/1023整理得三维导热微分方程：式中：拉普拉斯算子由能量守恒定律8/10/202124难点总结：1、用导数(变化率)表示的函数的微分量2、微元体导出热量的微分表达式2021/8/10252.3.4对流传质的数学描述2.3.4.1传质微分方程的推导(1)质量守恒（累积）＝（输人）一（输出）＋（生成）第2章热质交换过程261）输出与输入微元的

6、质量设在点（x、y、z）处，流体速度为u，它在直角坐标系中的分量为,则在三个坐标方向上，组分A因流动所形成的质量通量为。令组分A在三个坐标方向上的扩散质量通量组分A沿X方向输入X方向输出第2章热质交换过程27组分A沿X方向输出与输入第2章热质交换过程（输出一输入）282）流体微元内累积的质量设组分A的质量浓度为微元中任一瞬时组分A的质量为质量累积速率为第2章热质交换过程293）反应生成的质量系统内有化学反应发生，单位体积流体中组分A的生成质量速率为。，当A为生成物时，为正，当为反应物时，为负第2章热质交换过程302.3.4.2

7、传质微分方程（单位时间内）由全微分31扩散质量通量由斐克定律给出第2章热质交换过程32写成向量形式第2章热质交换过程以摩尔基准推导摩尔平均速度um在xyz三个方向上的分量33（l）不可压缩流体的传质微分方程第2章热质交换过程34（2）分子传质微分方程对于固体或停滞流体的分子扩散过程，由于U（或Um）为零，即没有流动：第2章热质交换过程35若系统内部不发生化学反应，第2章热质交换过程36第2章热质交换过程37第2章热质交换过程38第2章热质交换过程39第2章热质交换过程404142432.3.4.4对流传质方程的边界层的简化建筑

8、环境专业的许多有关的物理现象方程可化简为二维稳态情形。通常的情况，二维边界层可描写为：稳态（和时间无关），流体物性是常数，，不可压缩（是常数），体积力忽略不计（X＝Y＝0），无化学反应＝0）及没有能量产生（=0）。第2章热质交换过程44边界层厚度一般是很小的，所以（物理意义）