《對(duì)流傳質(zhì)》PPT課件

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1、第十二章對(duì)流傳質(zhì)運(yùn)動(dòng)著的流體與界面之間的質(zhì)量傳遞稱為對(duì)流傳質(zhì)。既可在單相內(nèi)發(fā)生，亦可在兩相間發(fā)生。例如：流體流過(guò)可溶性的固體表面時(shí)，溶質(zhì)在流體中的溶解過(guò)程，即發(fā)生在單相內(nèi)的對(duì)流傳質(zhì)。第一節(jié)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)是解決傳質(zhì)速率計(jì)算的關(guān)鍵，其值大小與濃度表示方式有關(guān)。故對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)有多種表達(dá)方式。流體的對(duì)流傳質(zhì)以湍流傳質(zhì)最為常見(jiàn)，下面對(duì)湍流傳質(zhì)機(jī)理加以介紹：湍流流體流過(guò)壁面時(shí)，將形成湍流邊界層，它由三部分組成：靠近壁面處為層流內(nèi)層，最外層為湍流主體，中間為緩沖層。在湍流邊界層中物質(zhì)在垂直于壁面的方向上向流體

2、主體傳質(zhì)時(shí)，通過(guò)上述三層流體的傳質(zhì)機(jī)理差別很大：①在層流內(nèi)層中，流體沿著壁面平行流動(dòng)，在與流向相垂直的方向上，只有分子無(wú)規(guī)則的微觀運(yùn)動(dòng)，故壁面與流體之間的質(zhì)量傳遞是通過(guò)分子擴(kuò)散進(jìn)行的，其傳質(zhì)速率可用Fick第一定律描述。②在緩沖層中，流體一方面沿壁面方向作層流流動(dòng)，同時(shí)也出現(xiàn)一些漩渦，所以在該區(qū)域內(nèi)，質(zhì)量傳遞既有分子擴(kuò)散的貢獻(xiàn)，又有渦流擴(kuò)散的貢獻(xiàn)，并且從層流內(nèi)層到湍流主體，這兩種傳質(zhì)機(jī)理的作用會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)換。③在湍流主體，因大量漩渦的存在，其運(yùn)動(dòng)十分激烈，傳質(zhì)主要依靠渦流傳遞，而分子擴(kuò)散的影響可以忽略不計(jì)。對(duì)

3、流傳質(zhì)系數(shù)的定義：對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的引起，與對(duì)流傳熱系數(shù)類似。如圖：設(shè)界面附近存在一層流體膜，厚度為δD′，δD′稱為虛擬層流層厚度，其兩側(cè)濃度分別為CAs和CAb，（CAb為主體平均濃度）。這樣，就將所有的傳質(zhì)阻力都?xì)w結(jié)到該虛擬層流層中，且該層內(nèi)的傳質(zhì)規(guī)律符合Fick第一定律。δD′CAfCAbZCAs此時(shí)對(duì)于雙組分混合物，只要給定NA和NB之間的關(guān)系，就可以寫出對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的定義式：①等分子反方向時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)二元混合物A、B作等分子反方向擴(kuò)散時(shí)，NA＝－NB，氣相和液相中傳質(zhì)系數(shù)的定義如下：a氣相（用分壓

4、表示的對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)）相應(yīng)的擴(kuò)散速率方程已給出，為：于是得：用摩爾濃度表示時(shí)有：kGo和kCo之間的關(guān)系：kGo=kCoRTkyo＝kcoCb.液相（用摩爾濃度表示）用摩爾分率表示①組分A通過(guò)停滯組分B擴(kuò)散時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)a．氣相（用分壓表示濃度時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)）kG和kG0之間的關(guān)系為：以摩爾濃度表示時(shí)的傳質(zhì)系數(shù)汽相傳質(zhì)系數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系：液相：（以摩爾分率表示推動(dòng)力時(shí)）以摩爾濃度表示時(shí)：在液相中，各傳質(zhì)系數(shù)之間的關(guān)系：濃度邊界層流體流過(guò)壁面進(jìn)行質(zhì)量傳遞時(shí)，傳質(zhì)阻力可以看作全部集中在固體表面附近一層具有濃度梯度的流體

5、層內(nèi)，此流體層稱為濃度邊界層（亦可稱為擴(kuò)散邊界層或傳質(zhì)邊界層）。顯然，當(dāng)流體流過(guò)壁面進(jìn)行傳質(zhì)時(shí)，會(huì)形成兩種邊界層，即速度邊界層與濃度邊界層。如下圖：u0c0u0c0CAδDδδDδu0CA0cAscA0cAs濃度邊界層厚度δD的定義與溫度邊界層厚度δt的定義類似，通常規(guī)定濃度邊界層外緣處流體與壁面的濃度差（cAS-cA）達(dá)到最大濃度差（cAS-cA0）的99%時(shí)的y方向距離為δD值濃度邊界層、溫度邊界層及速度邊界層三者的定義是類似的，δDδt和δ均是x的函數(shù)。由于邊界層內(nèi)緊貼壁面的傳質(zhì)符合Fick定律當(dāng)C

6、AS=常數(shù)時(shí)，在平板濃度邊界層中，傳質(zhì)速率可寫成：y＝0y＝0穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)時(shí)，邊界層內(nèi)的傳質(zhì)通量應(yīng)等于壁面處的傳質(zhì)通量于是有：寫成無(wú)因次形式為：y＝0令Sh=為Sherwoodnumber修伍德常數(shù)Sh類似于傳熱中的Nu。由于傳質(zhì)系數(shù)有各種形式，所以Sh也有各種相應(yīng)的形式。第二節(jié)層流下的質(zhì)量傳遞平板壁面上層流傳質(zhì)的精確解當(dāng)CA0和CAS均恒定時(shí)，傳質(zhì)系數(shù)可y＝0要想求出傳質(zhì)系數(shù)ｋｃ０，關(guān)鍵是求出壁面濃度梯度，為此必須求出層流邊界層內(nèi)的濃度方程，總體步驟為：N-S-方程連續(xù)性方程速率分布函數(shù)傳質(zhì)微分方程濃度分布

7、函數(shù)壁面處濃度梯度求出ｋ０ｃ求解求解速度分布函數(shù)：考慮平板邊界層內(nèi)穩(wěn)態(tài)二維流動(dòng)，不可壓縮流體連續(xù)性方程為：ｘ方向的運(yùn)動(dòng)方程為：與二維傳熱的能量方程導(dǎo)出過(guò)程類似，可以導(dǎo)出二維對(duì)流擴(kuò)散方程。由傳質(zhì)微分方程出發(fā)，該式中，無(wú)化學(xué)反應(yīng)rA=0穩(wěn)態(tài)，二維，一般情況下，ｙ方向上的最大距離為δD,δL<

8、類變換法首先找出相似變換中有關(guān)參數(shù)的關(guān)系式如下：可將速度邊界層方程化為：傳質(zhì)方程化為：邊界條件變?yōu)椋海?，cA*=0f′=0uy=uysｙ＝∞，cA*=1f′=1求解濃度分布時(shí)，可根據(jù)對(duì)流擴(kuò)散方程及邊界條件與傳熱中的能量方程及邊界條件的類似性得出。在邊界條件中，uys為壁面處由于傳質(zhì)在ｙ方向上產(chǎn)生的速度，當(dāng)溶質(zhì)A的擴(kuò)散速率大大時(shí)，uys≈0但在擴(kuò)散速率較大時(shí)，uys≠０此外，Sｃ的值除對(duì)某些氣體以外，一般不等于１。所以求解上