质量传输基本概念及基本定律扩散传质对流传质冶金与材料制备及加.pdf

质量传输基本概念及基本定律质量传输与动量传输和热量传输组成传输原理质量传输主要研究物质传递的规律及特点。学习本章的基本要求是：掌握扩散传质、对流传质基本概念菲克第一定律和菲克第二定律的表达式、物理意义及应用。物质从物体或空间的某一部分传递到另一部分的现象称为质量传输过程简称传质。传质有扩散传质和对流传质两类浓度梯度是其推动力。浓度通常是指参与传质过程的混合物中的某一组分的浓度即是单位体积混合物中该组分物质量的多少可用质量浓度、摩尔浓度、气体分压浓度表示。同流体流动和传热一样传质也有稳定传质和不稳定传质之分。对稳定扩散传质某组分的扩散传质通量与浓度梯度的关系可用菲克第一定律表示而菲克第二定律表征了不稳定扩散传质的基本特性可用于求解浓度场。扩散传质扩散传质有稳定扩散传质和不稳定扩散传质之分。学习本章的基本要求是：掌握平板和圆筒壁扩散传质方程的应用传质傅里叶数与传质毕欧数的表达式及物理意义；会借用平壁和圆筒壁导热计算图计算各种边界条件下的浓度场。借用研究稳定导热的方法可直接求出平板和圆筒壁稳定扩散传质的浓度场和扩散传质量。根据其表达式可知通过一定的实验方法可以测定出总的扩散传质量Ni和浓度梯度进而确定物质的互扩散系数。借用研究不稳定导热的方法可直接求出平板和圆柱体不稳定扩散传质的浓度场。在应用相应图表进行计算时只需将傅里叶数与毕欧数替换为传质傅里叶数与传质毕欧数即可当然相应的参数亦应作代换。对流传质对流传质是流体流动条件下的物质传递过程。学习本章的基本要求是：掌握浓度边界层及有效浓度边界层的概念对流传质系数的单位、物理意义、影响因素及对流传质系数的模型理论施密特特征数及谢伍德特征数的表达式及物理意义；会借用研究对流换热方法解决对流传质问题。当流体流过表面并与之发生对流传质时靠近表面形成的具有浓度梯度的流体薄层称浓度边界层。浓度边界层的基本特征与热边界层类似随着流向的深入边界层厚度增大。浓度边界层也分为层流边界层和紊流边界层可用雷诺数来判断其临界雷诺数5。RexRec=5×10影响对流传质的因素主要有流体流动的起因、流动的性质、流体的物性、表面几何特性等。研究对流传质的关键是确定不同条件下的对流传质系数主要方法有精确解法、近似积分法、相似理论-模型实验法和类比法。与对流换热类似通过边界层微分方法和积分方法求得浓度场后即可求得对流传质系数。通过实验方法还可获得对流传质特征数方程。对流传质系数的模型理论主要有薄膜理论、渗透理论和表面n更新理论。实验结果表明：对于大多数的对流传质过程有ki=Din=0.5～1.0。借用研究对流换热的方法可直接求出流体流过平板表面和在管内流动时的对流传质系数。在应用相应公式进行计算时只需将努赛尔数与普朗特数替换为谢伍德数与施密特数即可当然相应的参数亦应作代换。冶金与材料制备及加工中的质量传输在冶金与材料制备及加工中质量传输是很重要的过程且传质大多存在于两相或多相之间。学习本章的基本要求是：掌握相间平衡与平衡浓度的概念、双膜理论及应用了解气固两相及气液两相反应中的扩散传质特点理解多孔材料中的扩散传质特性。某组分的浓度在气相中若高于平衡时的浓度则该组分将由气相转入液相反之该组分由液相转入气相自动保持平衡状态。双膜理论是基于薄膜理论之上的它认为在界面处的两相处于稳定的平衡状态传质过程的阻力只存在于薄膜内。根据两相传质系数大小可判断传质过程的受控环节。气固两相反应和气液两相反应均包括反应物扩散、界面化学反应和生成物扩散三个过程其综合传质阻力亦为三个过程传质阻力之和。根据扩散机理可将气体在多孔介质中的扩散分为分子扩散、克努森扩散和表面扩散三种类型。当多孔介质的微孔直径d远大于气体分子的平均自由程l时以分子扩散为主；当气体分子平均自由程l远大于介质的孔径d时以克努森扩散为主；而高温多孔介质内的表面气体扩散可以忽略不计。