传热和传质基本原理 第四章 三传类比ppt课件.ppt

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1、传热传质理论（HeatandMassTransferTheory）主讲：左然教授徐谦博士1本章给出三种传递过程的典型微分方程式，将传热学中动量传递和热量传递类比的方法应用于传质过程中。第四章　动量、热量和质量传递类比4.１　三传方程及传质相关准则数微分方程组：连续性方程动量方程能量方程扩散方程2边界条件动量方程能量方程扩散方程可以看出，三个方程及相对应的边界条件在形式上完全类似，统称为边界层传递方程。当三个方程的扩散系数相等时，且边界条件的数学表达式又完全相同，则它们的解也应当一致，无因次速度、温度、浓度分布曲线完全重合，因而其相应的无量纲准则数相等。3三个性质类似的物

2、性系数中，任意两个系数的比值均为无量纲量。普朗特准则Pr=ν/α表示速度分布和温度分布的相互关系，体现流动和传热之间的相互联系；施密特准则Sc=ν/D表示速度分布和浓度分布的相互关系，体现流体的传质特性；刘易斯准则Le=α/D=Sc/Pr表示温度分布和浓度分布的相互关系，体现传热与传质之间的联系。流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则关联式为：4在给定的Re准则条件下，当流体的α=D即流体的Pr=Sc或Le=1时（空气中的热湿交换），基于热交换和质交换过程对应的定型准则数值相等，因此这个关系称为刘易斯关系式，即热质交换类比律。对气体混合物，通常可近似的认为，Le=1。例

3、如：水表面向空气中蒸发，在20℃时，热扩散系数α=21.4*10-6m2/s动量扩散系数ν=15.11*10-6m2/s，经过温度修正后的质量扩散系数D=24.5*10-6m2/s，所以Le=α/D=0.873≈1。说明当空气掠过水面在边界层中的温度分布和浓度分布曲线近乎相似。54.2.1雷诺类似律当Pr数等于1时，在动量传递和热量传递之间就存在类似。根据动量传输与热量传输的类似性，雷诺通过理论分析建立对流传热和摩擦阻力之间的联系，称雷诺类似律。4.2　动量与热量交换的类比在质交换中的应用Cf——为摩阻系数6动量传输与质量传输之间的雷诺类似律可以由动量传输中的摩阻系数

4、来求出质量传输中的传质系数。雷诺类似律建立在一个简化了的模型基础上，由于把问题作了过分的简化，它的应用受到了很大限制。同时式中只有摩擦阻力，而不包括形体阻力，只能用于不存在边界层分层分离时才正确。74.2.2柯尔本类似律雷诺类似律或忽略了层流底层的存在，普朗特正对此进行改进，推导出普朗特类似律：冯卡门认为紊流核心与层流底层之间还存在一个过渡层，于是又推导出了卡门类似律：契尔顿和柯尔本根据许多层流和紊流传质的实验结果，在1933年和1934年，得出：简明适用，引入了流体的重要物性Sc数。8工程中为便于直接算出换热系数和传质系数，往往把几个相关的特征数集和在一起，用一个符号

5、表示，称为计算因子。传热因子JH，传质因子JD。对流传热和流体摩阻之间的关系，可表示为：对流传质和流体摩阻之间的关系，可表示为：9实验证明，JH、JD和摩阻系数Cf之间有下列关系：三种传输过程联系在一个表达式中，它对平板流动是准确的，对其他没有形状阻力存在的流动也是适用的。由表面对流传热和对流传质存在JH=JD的类似关系，可以将对流传热中有关计算式用于对流传质，只要将对流传热计算式中的有关物理参数及准则数用对流传质中相对应的代换即可。10对流传热中有关计算式用于对流传质，只要将对流传热计算式中的有关物理参数及准则数用对流传质中相对应的代换即可。如：114.2.3热质传输

6、同时存在的类比关系当流体流过一物体表面，并与表面之间既有质量交换又有热量交换时。同时可用类比关系由传热系数h计算传质系数hm。Pr准则数的大小表示动量边界层和热边界层厚度的相对关系；Sc准则数的大小表示动量边界层和浓度边界层厚度的相对关系。Le准则数的大小表示热边界层和浓度边界层厚度的相对关系。由JH、JD和摩阻系数Cf之间的关系式：12上式把对流传热和对流传质联系在一个表达式中，可由一种传输现象的已知数据来确定另一种传输现象的未知数据。对气体或液体，此时的成立条件：0.6＜Sc＜2500，0.6＜Pr＜100即可得13例题：常压下的干空气从“湿球”温度计球部吹过。它所

7、指示的温度是少量液体蒸发到饱和蒸汽——空气混合物的稳定平均温度，温度计的读数是16℃，如图所示。在此温度下的物性参数为水的蒸汽压Pw=0.01817bar，空气的密度ρ=1.215kg/m3，空气的比热Cp=1.0045kJ/(kg℃），水蒸汽的汽化潜热r=2463.1kJ/kg，Sc=0.6.,Pr=0.7.试计算干空气的温度。1415整理得：164.3对流交换的准则关系式4.3.1　流体在管内受迫流动时的质交换管内紊流传热的准则关系式：Nu=0.023Re0.8Pr0.4管内紊流传质的准则关系式：Sh=0.023Re0.83Pr0.4