傳熱傳質(zhì)的分析與計(jì)算ppt課件.ppt

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1、第三章傳熱傳質(zhì)的分析和計(jì)算1內(nèi)容動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比3.1對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式3.2熱量和質(zhì)量同時(shí)進(jìn)行時(shí)的熱質(zhì)傳遞3.32021/7/28對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式3.423.1.1三種傳遞現(xiàn)象的速率描述及其之間的雷同關(guān)系流體系統(tǒng)中：速度梯度動量傳遞溫度梯度熱量傳遞濃度梯度質(zhì)量傳遞3.1動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比2021/7/283a牛頓粘性定律兩個(gè)作直線運(yùn)動的流體層之間的切應(yīng)力正比于垂直于運(yùn)動方向的速度變化率，即:對于均質(zhì)不可壓縮流體，上式可改寫為：3.1.1.1分子傳遞性質(zhì)2021/7/284b傅立葉定律在均勻的各向同性材料內(nèi)的一維溫度場中，通過導(dǎo)熱方式傳遞的熱

2、量通量密度為：對于恒定熱容量的流體，上式可改寫為：2021/7/285c斐克(Fick)定律在無總體流動或靜止的雙組分混合物中，若組分A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(或質(zhì)量份額)aA的分布為一維的，則通過分子擴(kuò)散傳遞的組分A的質(zhì)量通量密度為：對于混合物密度為常數(shù)的情況，上式可改寫為：DAB:組分A在組分B中的擴(kuò)散系數(shù)，m2/s;2021/7/286統(tǒng)一公式:FDΦ':Φ'的通量密度；dΦ/dy:Φ的變化率；Φ：單位體積的某種量；C:比例常數(shù)(擴(kuò)散系數(shù))。質(zhì)量傳遞：FDΦ'=mA,Φ=ρA,C＝DAB;動量傳遞：FDΦ'=τ,Φ=ρu,C＝ν。能量傳遞：FDΦ'=q,Φ=ρcpt,

3、C＝a;2021/7/2873.1.1.2湍流傳遞性質(zhì)湍流切應(yīng)力湍流熱流密度湍流質(zhì)量通量密度2021/7/288通常，充分發(fā)展湍流中，湍流傳遞系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分子傳遞系數(shù)。2021/7/289分子傳遞系數(shù)ν,a,DAB：是物性，與溫度、壓力有關(guān)；通常各項(xiàng)同性。湍流傳遞系數(shù)νt,at,DABt：不是物性，主要與流體流動有關(guān)；通常各項(xiàng)異性。2021/7/28103.1.2三傳方程連續(xù)性方程動量方程能量方程擴(kuò)散方程當(dāng)ν=a=D時(shí)，三個(gè)傳遞方程形式完全一樣2021/7/2811邊界條件為：動量方程或或能量方程擴(kuò)散方程三個(gè)傳遞方程的邊界條件形式完全一樣2021/7/2812三

4、個(gè)性質(zhì)類似的傳遞系數(shù)中，任意兩個(gè)系數(shù)的比值均為無量綱量,即普朗特準(zhǔn)則表示速度分布和溫度分布的相互關(guān)系，體現(xiàn)流動和傳熱之間的相互聯(lián)系施密特準(zhǔn)則表示速度分布和濃度分布的相互關(guān)系，體現(xiàn)流體的動量與傳質(zhì)間的聯(lián)系劉伊斯準(zhǔn)則表示溫度分布和濃度分布的相互關(guān)系，體現(xiàn)傳熱和傳質(zhì)之間的聯(lián)系2021/7/2813類似的，對流體沿平面流動或管內(nèi)流動時(shí)質(zhì)交換的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為：氣體混合物：通常Le≈1，即a≈D。此時(shí)，邊界層內(nèi)溫度分布和濃度分布相似。對流換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為：此為劉伊斯關(guān)系式，即熱質(zhì)交換類比律。Re給定條件下，Le=1時(shí)，有：即2021/7/28143.1.3動量交換與熱交換的

5、類比在質(zhì)交換中的應(yīng)用3.1.3.1雷諾(Renold)類比(Pr=1)當(dāng)Pr=1時(shí)2021/7/2815以上關(guān)系也可推廣到質(zhì)量傳輸，建立動量傳輸與質(zhì)量傳輸之間的雷諾類似律當(dāng)Sc=1，即ν=D時(shí)2021/7/28163.1.3.2柯爾本（Colburn）類比普朗特(Prandtl)類比（考慮了層流底層）卡門(Karman)類比（考慮了層流底層、過渡層）2021/7/2817契爾頓(Chilton)和柯爾本發(fā)表了如下的類似的表達(dá)式：傳熱因子JH，傳質(zhì)因子JD2021/7/2818對流傳熱和流體摩阻之間的關(guān)系，可表示為：對流傳質(zhì)和流體摩阻之間的關(guān)系可表示為：實(shí)驗(yàn)證明J

6、H、JD和摩阻系數(shù)Cf有下列關(guān)系上式適用于平板流等無形狀阻力的情況。2021/7/2819對于柯爾本類比適用的情況：對流傳熱的公式可用于對流傳質(zhì)。只要將有關(guān)參數(shù)及準(zhǔn)則數(shù)替換為對流傳質(zhì)的對應(yīng)參量和準(zhǔn)則數(shù)即可。2021/7/2820平板層流傳熱平板層流傳質(zhì)平板紊流傳熱平板紊流傳質(zhì)光滑管紊流傳熱光滑管紊流傳質(zhì)平板層流傳質(zhì)平板紊流傳熱平板紊流傳質(zhì)2021/7/28213.1.3.3熱、質(zhì)傳輸同時(shí)存在的類比關(guān)系例題2021/7/28223.2對流質(zhì)交換的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式3.2.1流體在管內(nèi)受迫流動時(shí)的質(zhì)交換由傳熱學(xué)可知在溫差較小的條件下，管內(nèi)紊流換熱可不計(jì)物性修正項(xiàng)，并有如下準(zhǔn)

7、則關(guān)聯(lián)式吉利蘭（Gilliland）把實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理成相似準(zhǔn)則，并得到相應(yīng)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為注意適用范圍、定性參數(shù)選擇2021/7/2823水丁醇甲苯苯胺異丙醇另戊醇另丁醇氯苯醋酸已酯Sh/Sc0.442021/7/2824用類比來計(jì)算管內(nèi)流動質(zhì)交換系數(shù),由于采用布拉西烏斯(Blasius)光滑管內(nèi)的摩阻系數(shù)公式則2021/7/28253.2.2流體沿平板流動時(shí)的質(zhì)交換沿平板流動換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式層流時(shí)相應(yīng)的質(zhì)交換準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為紊流時(shí)相應(yīng)的質(zhì)交換準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式應(yīng)是例題2021/7/28263.3熱量和質(zhì)量同時(shí)進(jìn)行時(shí)的熱質(zhì)傳遞工程實(shí)踐中的許多情形都是同時(shí)包含著動量傳遞、能量傳遞

8、、質(zhì)量傳遞這三個(gè)傳遞過程