傳熱-第11章-傳質(zhì)

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1、第十一章傳質(zhì)學(xué)簡介1.基本概念濃度擴(kuò)散：混合物的組分在濃度梯度作用下由高濃度向低濃度方向轉(zhuǎn)移的過程。在沒有濃度差的二元混合物中，溫度梯度和總壓力梯度也會(huì)引起質(zhì)量傳遞，分別稱為熱擴(kuò)散和壓力擴(kuò)散。當(dāng)溫度梯度和總壓力梯度不大時(shí)，熱擴(kuò)散和壓力擴(kuò)散往往可以忽略。（1）質(zhì)量傳遞（傳質(zhì)）濃度差是質(zhì)量傳遞的動(dòng)力。溫度差是熱量傳遞的動(dòng)力。僅介紹由濃度梯度引起的質(zhì)量傳遞。（2）濃度擴(kuò)散的兩種基本方式分子擴(kuò)散：在濃度梯度作用下由分子運(yùn)動(dòng)而引起的質(zhì)量傳遞過程。對流擴(kuò)散：在濃度梯度存在的情況下由宏觀對流而引起的質(zhì)量傳遞過程。（3）混合物的濃度質(zhì)量濃度

2、?：物質(zhì)的量濃度c：對于理想氣體，（4）通量密度定義：單位時(shí)間內(nèi)在垂直于擴(kuò)散方向單位面積上通過的某組分的物質(zhì)的數(shù)量稱為該組分的通量密度。質(zhì)量通量密度：單位時(shí)間內(nèi)在垂直于擴(kuò)散方向單位面積上通過的某組分的質(zhì)量，用Mi表示，單位為kg/(m2·s)。物質(zhì)的量通量密度（摩爾通量密度）：單位時(shí)間內(nèi)在垂直于擴(kuò)散方向單位面積上通過的某組分的物質(zhì)的量（摩爾數(shù)量），用Ni表示，單位為kmol/(m2·s)。2.質(zhì)擴(kuò)散的菲克(Fick)定律MA、NA分別為組分A的質(zhì)量通量密度和物質(zhì)的量通量密度。DAB為質(zhì)擴(kuò)散率（分子擴(kuò)散系數(shù)），單位為m2/s，

3、是物性參數(shù)，反映分子擴(kuò)散能力的大小。其數(shù)值取決于混合物的性質(zhì)、壓力與溫度，主要由實(shí)驗(yàn)測定。在穩(wěn)態(tài)、無整體流動(dòng)的二元混合物中，通量密度與濃度梯度成正比：負(fù)號(hào)表示擴(kuò)散方向指向濃度降低的方向。如果已知溫度T0、壓力p0下的質(zhì)擴(kuò)散率D0，則溫度T、壓力p下的質(zhì)擴(kuò)散率D可由下式求出質(zhì)擴(kuò)散率D的單位與導(dǎo)溫系數(shù)a、運(yùn)動(dòng)粘度?相同,都為m2/s。率傳遞通量3.兩種典型的質(zhì)擴(kuò)散過程（1）等摩爾逆向擴(kuò)散（雙向擴(kuò)散）A、B兩種物質(zhì)以相同的物質(zhì)的量通量密度相對擴(kuò)散（如氣體分的蒸餾過程，高、低沸點(diǎn)組分潛熱相近時(shí)，...)假設(shè)系統(tǒng)總壓為常數(shù)，根據(jù)菲克定

4、律因?yàn)槭堑饶柲嫦驍U(kuò)散，NA=-NB，又因?yàn)榭梢?，對于二元混合物，兩種組分各自的質(zhì)擴(kuò)散率相等。由式積分可得（2）單向擴(kuò)散假設(shè)：（1）擴(kuò)散過程是穩(wěn)態(tài)的；（2）系統(tǒng)是等溫的；（3）水面上方氣體空間的壓力p0為常數(shù)；（4）混合氣體可近似為理想氣體。根據(jù)上述假設(shè)，pA,pw的變化如圖所示。由于空氣幾乎不溶于水，不能向水中擴(kuò)散，在水面處，空氣的分壓力梯度接近于零。但由于筒口處的空氣分壓力大于水面處，必然有空氣不斷從筒口向下擴(kuò)散，會(huì)使水面處的空氣越來越多。為了維持穩(wěn)定的擴(kuò)散過程，一定存在一股自下而上的混合氣流，其中攜帶的空氣量正好等于向

5、下擴(kuò)散的空氣量，即在任一截面處，都有cAx、vx分別為x截面處氣體中空氣的物質(zhì)的量濃度和氣流的流速。x截面處水蒸氣的物質(zhì)的量通量密度為對于理想氣體，該式稱為斯蒂芬（Stephan)定律表達(dá)式，給出了單向擴(kuò)散物質(zhì)的量的通量密度計(jì)算式。對于穩(wěn)態(tài)過程，Nw與x無關(guān)，將上式積分，可得該式稱為斯蒂芬（Stephan)定律的積分表達(dá)式。4.對流傳質(zhì)與表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)是指流體流過一個(gè)相界面時(shí)與界面之間發(fā)生的質(zhì)量交換。界面可以是液體界面或固體界面。cA,w、?A,w分別為界面處組分A的物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量濃度，單位分別為kmol/m3與k

6、g/m3。cA,f、?A,f分別為主流中組分A的物質(zhì)的量濃度與質(zhì)量濃度；。hm為表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)，單位為m/s。確定表面?zhèn)髻|(zhì)系數(shù)是對流傳質(zhì)的主要研究任務(wù)。以空氣平行吹過萘表面的對流傳質(zhì)過程為例，舍伍德數(shù)（Sherwood)施密特?cái)?shù)(Schmidt)當(dāng)對流換熱與對流傳質(zhì)有相同的單值性條件時(shí)，稱為路易斯(Lewis)數(shù)，表征熱量傳遞能力與質(zhì)量傳遞能力之比。上式稱為路易斯關(guān)系式，表示對流換熱與對流傳質(zhì)間的比擬關(guān)系。n=0.3~0.4。外掠平板：管內(nèi)：5.傳質(zhì)與傳熱同時(shí)進(jìn)行的過程水蒸氣從濕球水膜到空氣的傳質(zhì)過程：從空氣到濕球水膜的傳熱過

7、程：熱平衡情況下，定性溫度：