传热-第章-传质（ppt 精品）

主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU第十一章 传质学简介 主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU1. 基本概念基本概念浓度扩散浓度扩散 ：混合物的组分在浓度梯度作用下由高：混合物的组分在浓度梯度作用下由高浓度向低浓度方向转移的过程。浓度向低浓度方向转移的过程。在没有浓度差的二元混合物中，温度梯度和总压在没有浓度差的二元混合物中，温度梯度和总压力梯度也会引起质量传递，分别称为力梯度也会引起质量传递，分别称为 热扩散热扩散 和和 压力扩压力扩散散 。当温度梯度和总压力梯度不大时，热扩散和压力。当温度梯度和总压力梯度不大时，热扩散和压力扩散往往可以忽略。扩散往往可以忽略。（ 1） 质量传递（传质）质量传递（传质）浓度差浓度差 是质量传递的动力。是质量传递的动力。 温度差温度差 是热量传递的是热量传递的动力。动力。仅介绍由浓度梯度引起的质量传递。仅介绍由浓度梯度引起的质量传递。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU（ 2）浓度扩散的两种基本方式）浓度扩散的两种基本方式分子扩散：分子扩散： 在浓度梯度作用下由分子运动而引在浓度梯度作用下由分子运动而引起的质量传递过程。起的质量传递过程。对流扩散：对流扩散： 在浓度梯度存在的情况下由宏观对流而在浓度梯度存在的情况下由宏观对流而引起的质量传递过程。引起的质量传递过程。（ 3）混合物的浓度）混合物的浓度质量浓度质量浓度 ：物质的量浓度物质的量浓度 c ：对于理想气体，对于理想气体，主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU（ 4）通量密度）通量密度定义定义 ：单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上：单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的某组分的物质的数量称为该组分的通过的某组分的物质的数量称为该组分的 通量密度通量密度 。质量通量密度：质量通量密度：单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的某组分的质量，用某组分的质量，用 Mi 表示，单位为表示，单位为 kg/(m2s) 。物质的量通量密度（摩尔物质的量通量密度（摩尔 通量密度）：通量密度）：单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的单位时间内在垂直于扩散方向单位面积上通过的某组分的物质的量（摩尔数量），用某组分的物质的量（摩尔数量），用 Ni 表示，单位为表示，单位为kmol/(m2s) 。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU2. 质扩散的菲克质扩散的菲克 (Fick)定律定律MA、 NA分别为组分分别为组分 A的的 质量通量密度质量通量密度 和和 物质的量通物质的量通量密度量密度 。DAB为为 质扩散率（分子扩散系数）质扩散率（分子扩散系数） ，单位为，单位为 m2/s， 是是物性参数，反映分子扩散能力的大小。其数值取决于混物性参数，反映分子扩散能力的大小。其数值取决于混合物的性质、压力与温度，主要由实验测定。合物的性质、压力与温度，主要由实验测定。在稳态、无整体流动的二元混在稳态、无整体流动的二元混合物中，合物中， 通量密度通量密度 与浓度梯度成与浓度梯度成正比：正比：负号表示扩散方向指向浓度降低的方向负号表示扩散方向指向浓度降低的方向 。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU如果已知温度如果已知温度 T0、 压力压力 p0下的质扩散下的质扩散率率 D0， 则则 温度温度 T、 压压力力 p下的质扩散率下的质扩散率 D可由下式求出可由下式求出质扩散率质扩散率 D 的单位的单位与导温系数与导温系数 a、 运动运动粘度粘度 相同相同 ,都为都为m2/s。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU率传递通量主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU3. 两种典型的质扩散过程两种典型的质扩散过程 （ 1）等摩尔逆向扩散（双向扩散）等摩尔逆向扩散（双向扩散）A、 B两种物质以相同的物质两种物质以相同的物质的量通量密度相对扩散（如气的量通量密度相对扩散（如气体分的蒸馏过程，高、低沸点体分的蒸馏过程，高、低沸点组分潜热相近时，组分潜热相近时， .)假设系统总压为常数，假设系统总压为常数，根据根据 菲克定律菲克定律主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU因为是等摩尔逆向扩散，因为是等摩尔逆向扩散， NA= -NB， 又因为又因为可见，对于二元混合物，两种组分各自的质扩散可见，对于二元混合物，两种组分各自的质扩散率相等。率相等。由式由式 积分可得积分可得主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU（ 2）单向扩散）单向扩散假设：假设：（ 1）扩散过程是稳态的；）扩散过程是稳态的；（ 2）系统是等温的；）系统是等温的；（ 3）水面上方气体空间的压）水面上方气体空间的压力力 p0为常数为常数 ；（ 4）混合气体可近似为理想）混合气体可近似为理想气体。气体。根据上述假设，根据上述假设，pA , pw的变化如图所示。的变化如图所示。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU由于空气几乎不溶于水，不由于空气几乎不溶于水，不能向水中扩散，在水面处，空气能向水中扩散，在水面处，空气的分压力梯度接近于零。但由于的分压力梯度接近于零。但由于筒口处的空气分压力大于水面处筒口处的空气分压力大于水面处，必然有空气不断从筒口向下扩，必然有空气不断从筒口向下扩散，会使水面处的空气越来越多散，会使水面处的空气越来越多。为了维持稳定的扩散过程，一。为了维持稳定的扩散过程，一定存在一股自下而上的混合气流定存在一股自下而上的混合气流，其中携带的空气量正好等于向，其中携带的空气量正好等于向下扩散的空气量，即在任一截面下扩散的空气量，即在任一截面处，都有处，都有cAx、 vx分别为分别为 x截面处气体中空气的物质的量浓度和气截面处气体中空气的物质的量浓度和气流的流速。流的流速。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPUx截面处水蒸气的物质的量通量密度为截面处水蒸气的物质的量通量密度为对于理想气体，对于理想气体，主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU该式称为该式称为 斯蒂芬（斯蒂芬（ Stephan)定律定律 表达式，给出了单表达式，给出了单向扩散物质的量的通量密度计算式。向扩散物质的量的通量密度计算式。对于稳态过程，对于稳态过程， Nw与与 x无关，将上式积分，可得无关，将上式积分，可得该式称为该式称为 斯蒂芬（斯蒂芬（ Stephan)定律定律 的积分表达式。的积分表达式。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU4. 对流传质与表面传质系数对流传质与表面传质系数 对流传质对流传质 是指流体流过一个相界面时与界面之间发是指流体流过一个相界面时与界面之间发生的质量交换。界面可以是液体界面或固体界面。生的质量交换。界面可以是液体界面或固体界面。 cA,w 、 A,w分别为界面处分别为界面处组分组分 A的物质的量浓度与质量的物质的量浓度与质量浓度，单位分别为浓度，单位分别为 kmol/m3与与kg/m3。 cA,f 、 A,f分别为主流中组分分别为主流中组分 A的物质的量浓度与质的物质的量浓度与质量浓度；量浓度； 。 hm为为 表面传质系数表面传质系数 ，单位为，单位为 m/s。 确定表面传质系确定表面传质系数是对流传质的主要研究任务。数是对流传质的主要研究任务。 主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU以空气平行吹过萘表面的对流传质过程为例，以空气平行吹过萘表面的对流传质过程为例， 主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU舍伍德数（舍伍德数（Sherwood)施密特数施密特数 (Schmidt)主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU当对流换热与对流传质有相同的单值性条件时，当对流换热与对流传质有相同的单值性条件时， 称为称为 路易斯路易斯 (Lewis)数数 ，表征热量，表征热量传递能力与质量传递能力之比。传递能力与质量传递能力之比。 上式称为上式称为 路易斯关系式路易斯关系式 ，表示对流换热与对流传质，表示对流换热与对流传质间的比拟关系。间的比拟关系。 n=0.30.4 。主讲：魏高升主讲：魏高升Dept. of Thermal Power Engineering NCEPU外掠平板：外掠平板：管内：管内：主讲：魏高升主讲：魏高升Dep