第十四章+對流傳質(zhì)ppt課件.ppt

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1、第十四章對流傳質(zhì)定義：流體與相界面之間所發(fā)生的質(zhì)量傳遞過程稱為對流傳質(zhì)，對流傳質(zhì)的速度方程和牛頓冷卻定律相類似，即NA＝kcΔcA對流傳質(zhì)過程由兩種作用完成：1.對流傳遞作用，在對流條件下，流體質(zhì)點不斷運動和混和，把物質(zhì)由一處帶到另一處,稱為質(zhì)量對流；2.分子擴(kuò)散作用。14-1概述傳質(zhì)膜系數(shù)kc是這兩種作用的綜合指標(biāo)。影響對流傳質(zhì)的因素(類似前面的對流換熱）：如流動原因、流動狀態(tài)、流體物性、壁面幾何參數(shù)等都會影響對流傳質(zhì)過程，由此可見它是一個比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象。思考：對流換熱是什么傳熱機(jī)理作用的結(jié)果？對流換熱影響因素是什么？對流換熱系數(shù)是一個物性量嗎？對流傳

2、質(zhì)研究方法因次分析法三傳（動量、熱量、質(zhì)量）類比法目的：計算kc14-2層流和紊流邊界層及濃度邊界層一、濃度邊界層1.定義：當(dāng)流體與相界面之間有濃度差時，由于濃度在相界面法線方向的變化，將會產(chǎn)生濃度邊界層。2.δC和δt關(guān)系：它和熱邊界層相類似，但厚度不相同。在y=0處，流體濃度為cA,S，而在離開壁面y=δC處，流體濃度近似等于主流區(qū)流體濃度cA,∞，這一區(qū)域稱為濃度邊界層，或稱為傳質(zhì)邊界層及擴(kuò)散邊界層。δC稱為濃度邊界層厚度。只有在濃度邊界層內(nèi)才具有最顯著的濃度變化，而在濃度邊界層以外則可認(rèn)為濃度梯度等于零，是一個等濃度區(qū)域。在層流邊界層中和紊流邊界層的層流底

3、層中主要靠分子擴(kuò)散來傳遞質(zhì)量，在紊流邊界層的層流底層以外的紊流核心區(qū)中，主要靠質(zhì)量對流。對流傳質(zhì)的機(jī)理二、對流傳質(zhì)的常用準(zhǔn)則數(shù)動量傳遞準(zhǔn)則：雷諾數(shù)和歐拉數(shù)，對流換熱準(zhǔn)則：普朗特數(shù)和努謝爾特數(shù)，對流傳質(zhì)準(zhǔn)則：？分析質(zhì)量、動量和熱量傳遞得知:運動粘度ν＝μ/ρ動量擴(kuò)散能力熱擴(kuò)散率α＝λ/ρcp熱量擴(kuò)散能力分子擴(kuò)散系數(shù)DAB質(zhì)量擴(kuò)散能力它們具有相同的因次，因此這三個擴(kuò)散率中任意兩個之比都是無因次的。1.施密特數(shù)Sc定義：Sc＝ν/DAB＝μ/（ρDAB）對流換熱中：Pr=ν/a=cpμ/λPr的物理意義：動量擴(kuò)散能力和熱量擴(kuò)散能力的對比關(guān)系。Sc的物理意義：動量擴(kuò)散能

4、力和質(zhì)量擴(kuò)散能力的對比關(guān)系。施密特數(shù)Sc在對流傳質(zhì)中的作用類似普朗特數(shù)Pr的作用。2.路（劉）易斯數(shù)Le定義：Le=a/DAB=λ/(ρcpDAB)物理意義：熱量擴(kuò)散能力和質(zhì)量擴(kuò)散能力的對比關(guān)系。當(dāng)過程同時涉及質(zhì)量和熱量傳遞時，就要用到Le數(shù)。3.舍伍德數(shù)Sh定義：Sh=kcL/DABSh在對流傳質(zhì)中的作用類似對流換熱中的努謝爾特數(shù)Nu。物理意義：表征對流傳質(zhì)的強(qiáng)弱；表示表面處的濃度梯度與總濃度梯度之比。14-3因次分析在對流傳質(zhì)中的應(yīng)用一、受迫對流中傳質(zhì)kc=f(D，ρ，μ，u，DAB)其中包含的六個物理量的量綱在下表表示：應(yīng)用柏金漢方法(或稱π定律法）可定出三

5、個無因次組，以DAB、ρ和D作為核心變量，可得到三個π組合。π1＝DABaρbDckcπ2＝DABdρeDfuπ3＝DABgρhDiμ將π1中各物理量的量綱代入：1=[L2T-1]a[ML-3]b[L]c[LT-1]L：0＝2a－3b＋c＋1T：0＝－a－1M：0＝b聯(lián)立求解這些方程得a＝-1；b＝０；c＝１。將a、b、c代入π1的表達(dá)式得到π1=kcD/DAB=Sh另外兩個π組合也可用同樣方法求得π2＝Du/DABπ3＝μ/(ρDAB)＝Scπ2/π3＝Du/DAB×DABρ/μ＝Duρ/μ＝ReSh＝f(Re，Sc)與對流換熱的準(zhǔn)則關(guān)系式Nu＝

6、f(Re，Pr)相類似。二、自然對流傳質(zhì)kc=f(L，DAB，ρ，μ，gΔρA）其中包含的六個物理量的量綱在下表表示：Sh＝f(GrAB,Sc)式中GrAB——傳質(zhì)格拉曉夫數(shù)GrAB≡L３gΔρA/（ρν2)與自然對流換熱準(zhǔn)則方程Nu=f(Gr,Pr)類似。同理：其他準(zhǔn)則數(shù)（表14-1）：1.傳熱斯坦頓（登）數(shù)St:St=Nu/(Re·Pr)=α/（ρucp)2.傳質(zhì)斯坦頓（登）數(shù)StD:StD=Sh/(Re·Sc)=kc/u14-4質(zhì)量、動量和熱量傳遞的類比一、紊流質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)紊流流動的特點：脈動和由脈動帶來的橫向摻混。紊流中任一點的流動方向和速度均是

7、不規(guī)則的，渦流運動引起整個紊流核心的混和，這一過程稱為“渦流擴(kuò)散”。時均值：雖然變動，但是始終圍繞一個值上下波動在紊流中總切應(yīng)力可表示成：τ＝τl－τt（14-7）式中τl——層流切應(yīng)力，即μdu/dy；τt——紊流切應(yīng)力。引入普朗特混合長度假說可以證明：EH——紊流熱擴(kuò)散系數(shù)ED——紊流質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)二、質(zhì)量、動量和熱量傳遞的類比“三傳類比”的方法：由于紊流流動的機(jī)理十分復(fù)雜，所以EM、EH和ED都無法用純數(shù)學(xué)方法求得，一般均應(yīng)用類比法來解紊流流動問題，即根據(jù)摩擦系數(shù)，由類比關(guān)系推算出對流換熱系數(shù)及傳質(zhì)膜系數(shù)。1.系統(tǒng)具有常物性參數(shù)；2.系統(tǒng)中不產(chǎn)生和消失能量

8、和質(zhì)量（無