《对流传质》PPT课件

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1、第十二章对流传质运动着的流体与界面之间的质量传递称为对流传质。既可在单相内发生，亦可在两相间发生。例如：流体流过可溶性的固体表面时，溶质在流体中的溶解过程，即发生在单相内的对流传质。第一节对流传质系数对流传质系数是解决传质速率计算的关键，其值大小与浓度表示方式有关。故对流传质系数有多种表达方式。流体的对流传质以湍流传质最为常见，下面对湍流传质机理加以介绍：湍流流体流过壁面时，将形成湍流边界层，它由三部分组成：靠近壁面处为层流内层，最外层为湍流主体，中间为缓冲层。在湍流边界层中物质在垂直于壁面的方向上向流体

2、主体传质时，通过上述三层流体的传质机理差别很大：①在层流内层中，流体沿着壁面平行流动，在与流向相垂直的方向上，只有分子无规则的微观运动，故壁面与流体之间的质量传递是通过分子扩散进行的，其传质速率可用Fick第一定律描述。②在缓冲层中，流体一方面沿壁面方向作层流流动，同时也出现一些漩涡，所以在该区域内，质量传递既有分子扩散的贡献，又有涡流扩散的贡献，并且从层流内层到湍流主体，这两种传质机理的作用会发生转换。③在湍流主体，因大量漩涡的存在，其运动十分激烈，传质主要依靠涡流传递，而分子扩散的影响可以忽略不计。对

3、流传质系数的定义：对流传质系数的引起，与对流传热系数类似。如图：设界面附近存在一层流体膜，厚度为δD′，δD′称为虚拟层流层厚度，其两侧浓度分别为CAs和CAb，（CAb为主体平均浓度）。这样，就将所有的传质阻力都归结到该虚拟层流层中，且该层内的传质规律符合Fick第一定律。δD′CAfCAbZCAs此时对于双组分混合物，只要给定NA和NB之间的关系，就可以写出对流传质系数的定义式：①等分子反方向时的传质系数二元混合物A、B作等分子反方向扩散时，NA＝－NB，气相和液相中传质系数的定义如下：a气相（用分压

4、表示的对流传质系数）相应的扩散速率方程已给出，为：于是得：用摩尔浓度表示时有：kGo和kCo之间的关系：kGo=kCoRTkyo＝kcoCb.液相（用摩尔浓度表示）用摩尔分率表示①组分A通过停滞组分B扩散时的传质系数a．气相（用分压表示浓度时的传质系数）kG和kG0之间的关系为：以摩尔浓度表示时的传质系数汽相传质系数的转换关系：液相：（以摩尔分率表示推动力时）以摩尔浓度表示时：在液相中，各传质系数之间的关系：浓度边界层流体流过壁面进行质量传递时，传质阻力可以看作全部集中在固体表面附近一层具有浓度梯度的流体

5、层内，此流体层称为浓度边界层（亦可称为扩散边界层或传质边界层）。显然，当流体流过壁面进行传质时，会形成两种边界层，即速度边界层与浓度边界层。如下图：u0c0u0c0CAδDδδDδu0CA0cAscA0cAs浓度边界层厚度δD的定义与温度边界层厚度δt的定义类似，通常规定浓度边界层外缘处流体与壁面的浓度差（cAS-cA）达到最大浓度差（cAS-cA0）的99%时的y方向距离为δD值浓度边界层、温度边界层及速度边界层三者的定义是类似的，δDδt和δ均是x的函数。由于边界层内紧贴壁面的传质符合Fick定律当C

6、AS=常数时，在平板浓度边界层中，传质速率可写成：y＝0y＝0稳态传质时，边界层内的传质通量应等于壁面处的传质通量于是有：写成无因次形式为：y＝0令Sh=为Sherwoodnumber修伍德常数Sh类似于传热中的Nu。由于传质系数有各种形式，所以Sh也有各种相应的形式。第二节层流下的质量传递平板壁面上层流传质的精确解当CA0和CAS均恒定时，传质系数可y＝0要想求出传质系数ｋｃ０，关键是求出壁面浓度梯度，为此必须求出层流边界层内的浓度方程，总体步骤为：N-S-方程连续性方程速率分布函数传质微分方程浓度分布

7、函数壁面处浓度梯度求出ｋ０ｃ求解求解速度分布函数：考虑平板边界层内稳态二维流动，不可压缩流体连续性方程为：ｘ方向的运动方程为：与二维传热的能量方程导出过程类似，可以导出二维对流扩散方程。由传质微分方程出发，该式中，无化学反应rA=0稳态，二维，一般情况下，ｙ方向上的最大距离为δD,δL<

8、类变换法首先找出相似变换中有关参数的关系式如下：可将速度边界层方程化为：传质方程化为：边界条件变为：ｙ＝0，cA*=0f′=0uy=uysｙ＝∞，cA*=1f′=1求解浓度分布时，可根据对流扩散方程及边界条件与传热中的能量方程及边界条件的类似性得出。在边界条件中，uys为壁面处由于传质在ｙ方向上产生的速度，当溶质A的扩散速率大大时，uys≈0但在扩散速率较大时，uys≠０此外，Sｃ的值除对某些气体以外，一般不等于１。所以求解上