熱質(zhì)交換原理與設(shè)備重點(diǎn)知識(shí)整理資料

1、一當(dāng)物系中存在速度 速度、溫度 溫度和濃度 濃度的梯度時(shí)，則分別發(fā)生動(dòng)量 動(dòng)量、熱量 熱量、和質(zhì)量 質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。二單位體積混合物中某成分的質(zhì)量稱為該組分的質(zhì)量濃度 質(zhì)量濃度，以符號(hào)ρ表示。組分的實(shí)際速度 實(shí)際速度，稱為絕對速度 絕對速度。 相對主體流動(dòng)速度的移動(dòng)速度 移動(dòng)速度，稱為擴(kuò)散速度 擴(kuò)散速度。絕對速度=主體流動(dòng)速度+擴(kuò)散速度與熱量傳遞中的導(dǎo)熱和對流傳熱類似，質(zhì)量傳遞的方式亦分為分子傳質(zhì) 分子傳質(zhì)和對流傳質(zhì) 對流傳質(zhì)。分子

2、傳質(zhì) 分子傳質(zhì)又稱為分子擴(kuò)散 分子擴(kuò)散，簡稱為擴(kuò)散 擴(kuò)散，它是由于分子的無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)而形成的物質(zhì)傳遞現(xiàn)象。對流傳質(zhì) 對流傳質(zhì)是指壁面和運(yùn)動(dòng)流體之間，或兩個(gè)有限互溶的運(yùn)動(dòng)流體之間的質(zhì)量傳遞。憑借流體質(zhì)點(diǎn)的湍流和漩渦來傳遞物質(zhì)的現(xiàn)象，稱為紊流擴(kuò)散 紊流擴(kuò)散。斐克定律 斐克定律：在濃度場不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無整體流動(dòng)時(shí)，組成二元混合物中組分 A和組分 B 將發(fā)生擴(kuò)散。其中組分 A 向組分 B 的擴(kuò)散通量與組分 A 的濃度梯度成正

3、比，這就是擴(kuò)散基本定律——斐克定律：斐克定律 斐克定律只適用于由于分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散過程，其傳遞的速度即為擴(kuò)散速度 uA-u（或 uA-um）在氣體擴(kuò)散過程中，分子擴(kuò)散 分子擴(kuò)散有兩種形式，即雙向擴(kuò)散 雙向擴(kuò)散（反方向擴(kuò)散）和單項(xiàng)擴(kuò)散 單項(xiàng)擴(kuò)散（一組分通過另一停滯組分的擴(kuò)散） 。等分子反方向擴(kuò)散 等分子反方向擴(kuò)散：設(shè)由 A、B 兩組分組成的二元混合物中，組分 A、B 進(jìn)行反方向擴(kuò)散，若二者擴(kuò)散的通量相等，則成為等分子反方向擴(kuò)散

4、等分子反方向擴(kuò)散。液體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程 液體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程：液體中的分子擴(kuò)散速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氣體中的分子擴(kuò)散速率，其原因是由于液體分子之間的距離較近，擴(kuò)散物質(zhì) A 的分子運(yùn)動(dòng)容易與鄰近液體 B 的分子相碰撞，使本身的擴(kuò)散速率減慢。常見有兩種情況：即組分 組分 A 與組分 與組分 B 的等分子反方向擴(kuò)散 的等分子反方向擴(kuò)散 及 組分 組分 A 通過停滯組分 通過停滯組分 B 的擴(kuò)散 擴(kuò)散。固體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程 固體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程：固體中的

5、擴(kuò)散，包括氣體、液體、1當(dāng)物系中存在速度 速度、溫度 溫度和濃度 濃度的梯度時(shí)，則分別發(fā)生動(dòng)量 動(dòng)量、熱量 熱量、和質(zhì)量 質(zhì)量的傳遞現(xiàn)象。表示兩個(gè)作直線運(yùn)動(dòng)的流體層之間的切應(yīng)力正比于垂直運(yùn)動(dòng)方向的速度變化 dudy ? ? ? ?率。不同的流體有不同的傳遞動(dòng)量的能力，這種性質(zhì)用流體的動(dòng)力黏性系數(shù) 來反映，其 ?物理意義可以理解為，它表征了單位速度梯度作用的切應(yīng)力，反映了流體黏性滯性的動(dòng)力性質(zhì)，因此稱它為“動(dòng)力”黏性系數(shù) “動(dòng)力”黏性系數(shù)

6、。 ，表示單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積傳遞的動(dòng)量 通過單位面積傳遞的動(dòng)量，又 ?稱動(dòng)量通量密度， 動(dòng)量通量密度，N/ N/㎡斐克定律 斐克定律：在濃度場不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散條件下，當(dāng)無整體流動(dòng)時(shí)，組成二元混合物中組分 A 和組分 B 將發(fā)生互擴(kuò)散。其中組分 A 向組分 B 的擴(kuò)散通量與組分 A 的濃度梯度成正比。 AA AB d j D dz ? ? ?斐克定律 斐克定律只適用于由于分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)引起的擴(kuò)散過程，其傳遞的速度即為擴(kuò)散速度

7、。實(shí)際上，在分子擴(kuò)散的同時(shí)經(jīng)常伴有流體的主流運(yùn)動(dòng)。 A B u u ?在氣體擴(kuò)散過程中 氣體擴(kuò)散過程中，分子擴(kuò)散有兩種形式 兩種形式，即雙向擴(kuò)散 雙向擴(kuò)散和單向擴(kuò)散 單向擴(kuò)散。在系統(tǒng)中取 和 兩 1 z 2 z個(gè)平面，設(shè)組分 A、B 在平面 處的濃度為 和 ， 處的濃度 C 恒定，系統(tǒng)的總濃 1 z 1 A C 1 B C 2 z度 C 恒定組分 A 通過停滯組分 B 擴(kuò)散時(shí)，濃度分布為對數(shù)型，在擴(kuò)散距離的任一點(diǎn)處， 和 之 A p B

8、 p和為系統(tǒng)總壓力 p。液體中的分子擴(kuò)散速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于氣體中的分子擴(kuò)散速率，其原因是由于液體分子之間的距離較近，擴(kuò)散物質(zhì) A 的分子運(yùn)動(dòng)容易與鄰近液體 B 的分子相碰撞，使本身的擴(kuò)散速率減慢。液體擴(kuò)散也有常見的兩種情況，即組分 A 和組分 B 的等分子方向擴(kuò)散及組分 A 通過停滯組分 B 的擴(kuò)散。固體中的擴(kuò)散，包括氣體、液體和固體在固體內(nèi)部的分子擴(kuò)散。一般來說，固體中的擴(kuò)散 固體中的擴(kuò)散分為兩種類型 分為兩種類型：一種是與固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本

9、無關(guān)的擴(kuò)散 與固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本無關(guān)的擴(kuò)散，另一種是與固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本有 與固體內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本有關(guān)的多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散 關(guān)的多孔介質(zhì)中的擴(kuò)散。當(dāng)氣體在固體中擴(kuò)散時(shí)，溶質(zhì)的濃度常用溶解度 S 表示。在多孔固體中充滿了空隙和孔道，當(dāng)擴(kuò)散物質(zhì)在孔道內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散時(shí)，其擴(kuò)散通量除與擴(kuò)散物質(zhì)本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與孔道的尺寸密切相關(guān)。高壓下的氣體和常壓下的液體，由于其密度較大，因而 很小，故密度大的氣體和液體在 ?多孔固體中的擴(kuò)散時(shí)，一般發(fā)生斐克型擴(kuò)散 斐克

10、型擴(kuò)散?？伺瓟U(kuò)散通量 克努森擴(kuò)散通量：，故除與低 1 21 2( ) KAA A AD N C C z z ? ? ?1 21 2( ) ( )KAA A AD N p p RT z z ? ? ?壓下的氣體在多孔固體中擴(kuò)散時(shí)，一般發(fā)生克努森擴(kuò)散。擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散系數(shù)：擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間每單位濃度降的條件下，垂直通過單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)， ,質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù) D 和動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù) A AA AM n D d dCd

11、y dy? ? ?? ?v 及熱量擴(kuò)散系數(shù) a 具有相同的單位 ，擴(kuò)散系數(shù)的大小主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散 擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散 2 / m s介質(zhì)的種類及其溫度和壓力 介質(zhì)的種類及其溫度和壓力。對流傳質(zhì)所涉及的內(nèi)容 對流傳質(zhì)所涉及的內(nèi)容即為運(yùn)動(dòng)著的流體之間或流體與界面之間的物質(zhì)傳遞問題，這種過程既包括由流體位移所產(chǎn)生的對流作用，同時(shí)也包括流體分子間的擴(kuò)散作用，這種分子擴(kuò)散和對流擴(kuò)散的總作用稱為對流傳質(zhì)。對流傳質(zhì)是在流體流動(dòng)條件下的質(zhì)量傳輸過程