冶金傳輸原理質(zhì)量傳輸

關(guān)于冶金傳輸原理質(zhì)量傳輸研究對象：物質(zhì)傳遞的規(guī)律及特點(diǎn)。第3篇質(zhì)量傳輸

借用研究傳熱的方法來研究傳質(zhì)。物性傳質(zhì)由分子運(yùn)動即擴(kuò)散性引起，亦稱擴(kuò)散傳質(zhì)。對流傳質(zhì)由流體流動引起。濃度差或濃度梯度。質(zhì)量傳輸：物質(zhì)從物體或空間的某一部分轉(zhuǎn)移到另一部分的現(xiàn)象，簡稱傳質(zhì)。傳質(zhì)有兩種基本方式：傳質(zhì)推動力：研究方法：第2頁,共35頁，2024年2月25日，星期天第12章質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍罴盎径?2.1質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?2.2質(zhì)量傳輸?shù)幕径?2.3微元體質(zhì)量平衡方程（帶擴(kuò)散的連續(xù)性方程）第3頁,共35頁，2024年2月25日，星期天12.1質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?/p>

濃度及其表示方法參與傳質(zhì)過程的混合物中的某一組分的濃度是指單位體積混合物中該組分物質(zhì)量的多少。質(zhì)量濃度摩爾濃度氣體的濃度

kg/m3mol/m3相對質(zhì)量濃度相對摩爾濃度第4頁,共35頁，2024年2月25日，星期天組分濃度在空間和時(shí)間上的變化關(guān)系。數(shù)學(xué)表達(dá)式：濃度場按時(shí)間穩(wěn)態(tài)濃度場：非穩(wěn)態(tài)濃度場：，，無質(zhì)量蓄積穩(wěn)定傳質(zhì)定態(tài)傳質(zhì)不定態(tài)傳質(zhì)有質(zhì)量蓄積非穩(wěn)態(tài)傳質(zhì)濃度場：

12.1質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍?.濃度場及濃度梯度第5頁,共35頁，2024年2月25日，星期天濃度場物理量性質(zhì)空間三維濃度場二維濃度場一維濃度場數(shù)量場一維穩(wěn)態(tài)濃度場：

一維非穩(wěn)態(tài)濃度場：12.1質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍畹?頁,共35頁，2024年2月25日，星期天濃度梯度：傳質(zhì)方向上單位距離上的濃度變化量（最大濃度變率）。表達(dá)式：

方向：

低濃度高濃度為正12.1質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍畹?頁,共35頁，2024年2月25日，星期天濃度邊界層：12.1質(zhì)量傳輸?shù)幕靖拍畹?頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1.菲克第一定律14.2質(zhì)量傳輸?shù)幕径煞€(wěn)定濃度場mol/m2.s固體薄層mol/m2.s任意方向mol/m2.s

ni—單位時(shí)間通過單位面積的擴(kuò)散傳質(zhì)量，即擴(kuò)散傳質(zhì)通量；—濃度梯度，負(fù)號—質(zhì)量傳遞方向與濃度梯度方向相反。第9頁,共35頁，2024年2月25日，星期天某組分的擴(kuò)散傳質(zhì)通量與濃度梯度成正比

菲克第一定律：

kg/m2.s—質(zhì)量濃度梯度，12.2質(zhì)量傳輸?shù)幕径傻?0頁,共35頁，2024年2月25日，星期天3.擴(kuò)散系數(shù)Di單位:

m2/s物理意義:

影響因素:表征某一組分?jǐn)U散能力的物性參數(shù)，即濃度梯度為1時(shí)，單位時(shí)間通過單位面積的擴(kuò)散傳質(zhì)量。A．物質(zhì)的種類、組成；自身擴(kuò)散系數(shù)：液體1×10-10～1×10-9；固體1×10-14～1×10-10氣體5×10-6～1×10-5；B．溫度、壓力等。互擴(kuò)散系數(shù)：液體經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)固體經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)氣體

計(jì)算式（12-25）12.2質(zhì)量傳輸?shù)幕径傻?1頁,共35頁，2024年2月25日，星期天12.3元體質(zhì)量平衡方程（帶擴(kuò)散的連續(xù)性方程）元體分析法建立方法：建立依據(jù)：質(zhì)量守恒定律[元體質(zhì)量收入]-[元體質(zhì)量支出]=[元體質(zhì)量蓄積][元體質(zhì)量收支差]=[元體質(zhì)量蓄積]固體一維不穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)菲克第二定律固體一維穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)

第12頁,共35頁，2024年2月25日，星期天第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第13頁,共35頁，2024年2月25日，星期天13.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)穩(wěn)定擴(kuò)散傳質(zhì)的特點(diǎn)：無質(zhì)量蓄積，通過物體的擴(kuò)散傳質(zhì)量為常數(shù)。

研究目的：結(jié)合一定的實(shí)驗(yàn)方法確定物質(zhì)的互擴(kuò)散系數(shù)。

研究方法：借用穩(wěn)定導(dǎo)熱類似的求解方法。

第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第14頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1．氣體通過平壁的擴(kuò)散積分壁內(nèi)濃度場表達(dá)式為當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)Di為常數(shù)時(shí)，平壁內(nèi)濃度場是線性的13.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第15頁,共35頁，2024年2月25日，星期天菲克第一定律擴(kuò)散傳質(zhì)通量mol/m2.smol/m2.s令k—傳質(zhì)系數(shù)，m/sm2/s13.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第16頁,共35頁，2024年2月25日，星期天2．氣體通過圓筒壁的擴(kuò)散積分壁內(nèi)濃度場表達(dá)式為當(dāng)擴(kuò)散系數(shù)Di為常數(shù)時(shí)，圓筒壁內(nèi)濃度場呈對數(shù)曲線分布13.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第17頁,共35頁，2024年2月25日，星期天菲克第一定律mol/s13.1穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第18頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1．傳質(zhì)基本方程菲克第二定律2．邊界條件表面濃度Cw為常數(shù)和介質(zhì)濃度Cf為常數(shù)3．相似特征數(shù)傳質(zhì)傅里葉數(shù)傳質(zhì)畢渥數(shù)13.2非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第19頁,共35頁，2024年2月25日，星期天（1）表面濃度為常數(shù)，“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴(kuò)散平均濃度（2）介質(zhì)濃度為常數(shù)，“有限厚”物體的不穩(wěn)定擴(kuò)散（3）表面濃度為常數(shù)，“無限厚”物體的不穩(wěn)定擴(kuò)散13.2非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第20頁,共35頁，2024年2月25日，星期天1．濃度邊界層（質(zhì)量邊界層）

流體流過表面并與之發(fā)生對流傳質(zhì)時(shí)，靠近表面形成的具有濃度梯度的流體薄層。定義濃度邊界層的基本特征：與熱邊界層類似

；濃度邊界層有層流和紊流之分；濃度邊界層外的濃度梯度為零，可視為等濃度區(qū)。13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第21頁,共35頁，2024年2月25日，星期天有效濃度邊界層：流體與表面進(jìn)行對流傳質(zhì)時(shí)，只存在濃度均一、濃度梯度為零的紊流核心區(qū)和集中全部傳質(zhì)阻力、濃度線性分布的層流底層區(qū)。紊流核心區(qū)與層流底層區(qū)假想濃度分布線的交點(diǎn)A至表面的停滯流體層，稱為“有效濃度邊界層”，其厚度以表示。此時(shí)，表面上的濃度梯度可表示為13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第22頁,共35頁，2024年2月25日，星期天2．對流傳質(zhì)系數(shù)mol/smol/m2.s—流體及表面濃度，mol/m3；A—傳質(zhì)面積，m2；ki—對流傳質(zhì)系數(shù)根據(jù)“有效濃度邊界層”的概念，按菲克第一定律：可得：與對流換熱系數(shù)h類似。13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第23頁,共35頁，2024年2月25日，星期天單位：對流傳質(zhì)系數(shù)m/s物理意義：單位時(shí)間、通過單位面積、在單位濃度差下的對流傳質(zhì)量，表征流體對流傳質(zhì)作用。影響因素：影響對流傳質(zhì)作用的因素如流體流動的起因、流動的性質(zhì)、流體的物性、表面幾何特性等。13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第24頁,共35頁，2024年2月25日，星期天對流傳質(zhì)系數(shù)確定方法精確解法近似積分法相似理論-模型實(shí)驗(yàn)法類比法13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第25頁,共35頁，2024年2月25日，星期天3．對流傳質(zhì)系數(shù)計(jì)算式表面上的擴(kuò)散傳質(zhì)量對流傳質(zhì)量13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第26頁,共35頁，2024年2月25日，星期天

當(dāng)流體靠近物體表面流過時(shí)，存在著一層附壁的薄膜，假定膜內(nèi)流體與主流不相混合，整個(gè)傳質(zhì)過程就是此薄膜上的擴(kuò)散作用，而且認(rèn)為在薄膜上呈線性的濃度分布。表現(xiàn)為穩(wěn)定特征-有效濃度邊界層。4．對流傳質(zhì)系數(shù)的模型理論薄膜理論13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第27頁,共35頁，2024年2月25日，星期天滲透理論當(dāng)流體流過表面時(shí)，有流體質(zhì)點(diǎn)不斷穿過流體的附壁薄層向表面遷移并與之接觸，流體質(zhì)點(diǎn)在與表面接觸之際則進(jìn)行質(zhì)量的轉(zhuǎn)移過程，此后流體又回到主流核心中。一維不穩(wěn)定擴(kuò)散過程13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第28頁,共35頁，2024年2月25日，星期天表面更新理論在流體質(zhì)點(diǎn)不斷投向表面并在表面接觸后又不斷離開的過程中，隨時(shí)有新的質(zhì)點(diǎn)補(bǔ)充離去的位置，這就形成了表面上質(zhì)點(diǎn)不斷更新的現(xiàn)象。大多數(shù)的對流傳質(zhì)過程

n=0.5～1.013.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第29頁,共35頁，2024年2月25日，星期天5．相關(guān)特征數(shù)普朗特?cái)?shù)努塞爾數(shù)施密特?cái)?shù)舍伍德數(shù)13.3對流傳質(zhì)的基本概念第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第30頁,共35頁，2024年2月25日，星期天層流傳質(zhì)斯坦頓數(shù)紊流13.4流體流過平板時(shí)的對流傳質(zhì)第13章擴(kuò)散傳質(zhì)與對流傳質(zhì)第31頁,共35頁，2024年2月25日，星期天柯爾伯恩類比平板傳熱平板傳質(zhì)

管內(nèi)傳熱

管內(nèi)傳質(zhì)16.2流體流過平板時(shí)的對流傳質(zhì)例16-1P277第32頁,共35頁，2024年2月25日，星期天一、本課的基本要求1．掌握對流傳質(zhì)系數(shù)的單位、物理意義、影響因素。2．掌握對流傳質(zhì)簡化模型及對流傳質(zhì)系數(shù)的模型理論。3．掌握舍伍德數(shù)和施密特?cái)?shù)的表達(dá)式及物理意義。4．能夠借用對流傳熱方法解決對流傳質(zhì)問題。二、本課的重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：對流傳質(zhì)系數(shù)的單位、物理意義、影響因素及求法。難點(diǎn)：對流傳質(zhì)系數(shù)的模型理論。三、作業(yè)習(xí)題12-4,13-6小結(jié)第33頁,共