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?建筑环境与设备工程领域对流传质问题举例?对流传质问题求解关键hm(x)浓度分布?边界层概念和问题简化第2章热质交换过程引言对流传质：流体流过物体表面时所发生的传质行为。譬如：（1）空调除湿系统（2）VOCs的吸附或光催化反应（3）IAQ的通风控制（4）人体汗蒸发第2章热质交换过程(5)VOC散发问题(6)污染物传播规律问题目的：了解对流传质的物理本质和机理；2.3.1对流传质问题由上章知，传热、传质规律有很多相似之处。因此，首先回顾一下对流传热。见图。第2章热质交换过程由上可知，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

2、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，虽是人为引入的，但使问题直观化并简化。分析对流传质问题的方法与传热分析方法很类似。第2章热质交换过程2.3.2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。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

3、决定的。第2章热质交换过程对流传质系数固体壁面与流体之间的对流传质速率可定义为，可以表示成通量=系数*浓度差（与传热学类似）第2章热质交换过程hm——对流传质系数，m／s。对流传质过程描述：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的串联过程。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求解对流传质系数的步骤如下：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）

4、；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2.3.3三个边界层的意义速度边界层的范围是δ(x)，是由存在速度梯度和切应力为特征的；热边界层的范围是δt(x)，它是由存在温度梯度和传热为特征；浓度边界层的范围是δc(x)，由存在浓度梯度和组分传递为特征。三种边界层的表现形式分别是表面摩擦、对流换热以及对流传质。于是，对应的边界层参数分别是摩擦系数Cf、对流换热系数h以及对流传质系数hm第2章热质交换过程第2章热质交换过程对于流过任意表面的流动，将总是存在速度边界层，因

5、而存在表面摩擦。但是只有当表面自由流的温度不相同时，才存在温度边界层，从而存在对流换热。类似地，只有当表面地组分浓度和它的自由流浓度不同时才存在浓度边界层，从而存在对流传质。有可能发生三种边界层都存在的情况。这样的情况下，这三种边界层很少以相同的速率增大，而在一给定的x值上，δ，δt和δc值也不一样。第2章热质交换过程2.3.3紊流传质的机理实际中应用最多的是湍流传质，由3部分组成：层流内层：质量传递通过分子扩散进行缓冲层：分子扩散和紊流扩散共同作用湍流主体：紊流传质作用第2章热质交换过程第2章热质交换过程第2章热质交换过程2.3.4对流传质的数学描

6、述2.3.4.1传质微分方程的推导(1)质量守恒（输出一输人）＋（累积）－（生成）＝0第2章热质交换过程1）输出与输入微元的质量设在点（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）2）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3）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

7、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2.3.4.2传质微分方程第2章热质交换过程由全微分方程扩散质量通量由斐克定律给出第2章热质交换过程写成向量形式第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（l）不可压缩流体的传质微分方程第2章热质交换过程（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章热质交换过程若系统内部不发生化学反应，第2章热质交换过程第2章热质交换过程第2章热质交换过程第2章热质交换过程第2章热质交换过程2.3.4.4对流传质方程的

8、边界层的简化建筑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（