传热传质的分析与计算

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1、第三章传热传质的分析和计算2021/7/2780-1内容80-2动量、热量和质量传递类比3.1对流传质的准则关联式3.2热量和质量同时进行时的热质传递3.32021/7/27对流传质的准则关联式3.43.1.1三种传递现象的速率描述及其之间的雷同关系流体系统中：速度梯度动量传递温度梯度热量传递浓度梯度质量传递3.1动量、热量和质量传递类比80-32021/7/27a牛顿粘性定律两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率，即:对于均质不可压缩流体，上式可改写为：3.1.1.1分子传递性质80-42021/7/27b傅立叶

2、定律在均匀的各向同性材料内的一维温度场中，通过导热方式传递的热量通量密度为：对于恒定热容量的流体，上式可改写为：80-52021/7/27c斐克(Fick)定律在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数(或质量份额)aA的分布为一维的，则通过分子扩散传递的组分A的质量通量密度为：对于混合物密度为常数的情况，上式可改写为：DAB:组分A在组分B中的扩散系数，m2/s;80-62021/7/27统一公式:FDΦ':Φ'的通量密度；dΦ/dy:Φ的变化率；Φ：单位体积的某种量；C:比例常数(扩散系数)。质量传递：FDΦ'=mA,Φ=ρA

3、,C＝DAB;动量传递：FDΦ'=τ,Φ=ρu,C＝ν。能量传递：FDΦ'=q,Φ=ρcpt,C＝a;80-72021/7/273.1.1.2湍流传递性质湍流切应力湍流热流密度湍流质量通量密度80-82021/7/27通常，充分发展湍流中，湍流传递系数远远大于分子传递系数。80-92021/7/27分子传递系数ν,a,DAB：是物性，与温度、压力有关；通常各项同性。湍流传递系数νt,at,DABt：不是物性，主要与流体流动有关；通常各项异性。80-102021/7/273.1.2三传方程连续性方程动量方程能量方程扩散方程当ν=a=D时，三个传

4、递方程形式完全一样80-112021/7/27边界条件为：动量方程或或能量方程扩散方程三个传递方程的边界条件形式完全一样80-122021/7/27三个性质类似的传递系数中，任意两个系数的比值均为无量纲量,即普朗特准则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表示速度分布和浓度分布的相互关系，体现流体的动量与传质间的联系刘伊斯准则表示温度分布和浓度分布的相互关系，体现传热和传质之间的联系80-132021/7/27类似的，对流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则关联式为：气体混合物：通常Le≈1，即a≈D。此时，

5、边界层内温度分布和浓度分布相似。对流换热的准则关联式为：此为刘伊斯关系式，即热质交换类比律。Re给定条件下，Le=1时，有：即80-142021/7/273.1.3动量交换与热交换的类比在质交换中的应用3.1.3.1雷诺(Renold)类比(Pr=1)当Pr=1时80-152021/7/27以上关系也可推广到质量传输，建立动量传输与质量传输之间的雷诺类似律当Sc=1，即ν=D时80-162021/7/273.1.3.2柯尔本（Colburn）类比普朗特(Prandtl)类比（考虑了层流底层）卡门(Karman)类比（考虑了层流底层、过渡层）8

6、0-172021/7/27契尔顿(Chilton)和柯尔本发表了如下的类似的表达式：传热因子JH，传质因子JD80-182021/7/27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：实验证明JH、JD和摩阻系数Cf有下列关系上式适用于平板流等无形状阻力的情况。80-192021/7/27对于柯尔本类比适用的情况：对流传热的公式可用于对流传质。只要将有关参数及准则数替换为对流传质的对应参量和准则数即可。80-202021/7/27平板层流传热平板层流传质平板紊流传热平板紊流传质光滑管紊流传热光滑管紊流传质平板层

7、流传质平板紊流传热平板紊流传质80-212021/7/273.1.3.3热、质传输同时存在的类比关系例题80-222021/7/273.2对流质交换的准则关联式3.2.1流体在管内受迫流动时的质交换由传热学可知在温差较小的条件下，管内紊流换热可不计物性修正项，并有如下准则关联式吉利兰（Gilliland）把实验结果整理成相似准则，并得到相应的准则关联式为注意适用范围、定性参数选择80-232021/7/27水丁醇甲苯苯胺异丙醇另戊醇另丁醇氯苯醋酸已酯Sh/Sc0.4480-242021/7/27用类比来计算管内流动质交换系数,由于采用布拉西乌

8、斯(Blasius)光滑管内的摩阻系数公式则80-252021/7/273.2.2流体沿平板流动时的质交换沿平板流动换热的准则关联式层流时相应的质交换准则关联式为紊