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1、1. 三种传递现象的联系 P4当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别发生动量、热量和质量的传递现象。 三传产生原因（机理）相同：由分子的微观运动引起的分子扩散，或由旋涡混合造成的 流体微团的宏观运动。以分子传递为例：（1）当流场中速度分布不均匀时，分子传递的结果产生了切应力，用牛顿黏性定律描述：duT = _卩 -dy式中，t切应力，表示单位时间内通过单位面积传递的动量，N/m2卩 流体的动力黏性系数，Pas，反应流体传递动量的能力。u流体沿x方向的运动速度，m/sdu/dy速度梯度，表示速度沿垂直于速度方向y的变化率，1/s 物理意义：两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动
2、方向的速度变化 率。负号表示黏性动量通量的指向是速度梯度的负方向，即动量是朝速度减小的方向传递的。（2）当温度分布不均匀时，分子传递的结果产生了热传导，用傅立叶定律描述：dtq = _九 _dy式中，q热量（能量）通量密度，表示单位时间内通过单位面积传递的热量，J/（m2s）九导热系数，W/（mC）,反应物体传递热量的能力t流体的温度，Cy温度发生变化方向的坐标，mdt/dy温度梯度，表示温度沿垂直于y方向的变化率，C/m 物理意义：表示物体之间的热量传递正比于其温度梯度。符号表示热量传递的方向是温 度梯度的负方向，即热量是朝温度降低的方向传递的。（3）当某种组分的浓度分布不均匀，分子传递的结
3、果引起该组分的质量扩散，用费克定律 描述，它是指在无总体流动或静止的双组分混合物中，若组分A的质量分数CA的分布是一A维的，则通过分子扩散传递的组分A的质量通量密度为dCm = DaA AB dy式中，mA组分A的质量通量密度，表示在单位时间内，通过单位面积传递的组分A的A质量，kg/（m2 s）DAB组分A在组分B中的扩散系数，m2/s，反映物体传递质量的能力。ABCA扩散组分A在密度发生变化的方向上的坐标，mAy组分A在密度发生变化的方向的坐标，m dCA/dy组分A的质量浓度梯度，kg/（ m3 m）物理意义：质量传递正比于其浓度梯度。符号表示质量传递的方向是浓度梯度的负方向， 即，质量
4、是朝浓度降低的方向传递的。总：表示三传分子传递性质的数学关系式是类似的，因而这三个传递公式可以用如下的 统一公式来表示：FD = C 如dy其中，FD的通量密度d/ dy的变化率C比例常数 分别表示质量、动量和热量分别表示质量、动量、能量浓度或（单位体积的质量、动量、能量）这些表达式说明动量交换、热量交换、质量交换的规律可以类比。动量交换传递的量是 运动流体单位容积所具有的动量；热量交换传递的量是物质每单位容积所具有的能量；质量 交换传递的量是扩散物质每单位容积所具有的质量也就是浓度。这些两的传递速率都分别与 哥俩的梯度成正比。比例系数均表示了无题具有扩散性质。2. 质量传递的基本方式质量传递
5、的方式分为分子传质和对流传质。（ 1）分子传质（分子扩散，简称扩散） 定义：由于分子的无规则热运动而形成的物质传递现象。 机理：可以因浓度梯度，温度梯度，压力梯度，或者是因对混合物施加一个有向的外加 电势或其他势而产生。浓度梯度产生的扩散的最终稳定状态是均匀的动态稳定，其他两个引 起浓度扩散，最终温度扩散或压力扩散与浓度扩散相互平衡，建立一个稳定状态，是不均匀 的。（ 2 ）对流传质 定义：壁面和运动流体之间，或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。 湍流主体与相界面之间的紊流扩散与分子扩散传质作用的总和 紊流扩散：凭借流体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象。3. 斐克定律 P18（1）扩散基本
6、定律：在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下，当无整体流动时，组成二元混合物中组分A和组分B将发生互扩散。其中，组分A向组分B的扩散通量（质量通 量j或摩尔通量J）与组分A的浓度成正比。（ 2）表达式：以质量为基准的费克定律，可表达为：j = - D 犷及j = - DBA AB dz B BA dz式中，jA、jB组分A、B的质量扩散通量，kg/（m2s）；dpA/dz、dpB/dz 组分 A、 B 在扩散方向的质量浓度梯度， （kg/m3）/m；dab组分A在组分B中的扩散系数，m2/s ；DBA组分B在组分A中的扩散系数，m2/s以摩尔为基准的斐克定律，可表达为：J = - D 一及J
7、= - D 一bA AB dz B BA dz式中，JA、JB组分A、B的摩尔扩散通量，kmol/（m2s）dCJdz、dCB/dz组分A、B在扩散方向的浓度梯度，（kmol/m3）/m对于两组分扩散系统，jA=-jB JA=-JB，所以dab=dba=D 斐克定律只适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程，其传递的速度即为扩散速 度。实际上，在分子扩散的同时常伴有流体的主流运动。当存在主流运动时，物质实际传递 的通量除分子扩散通量外，还应考虑由于主体流动而形成的通量：组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量以质量为基准：以摩尔为基准：dC=D Ady dC=D adyaA组分A的质量分
8、数，xA组分A的摩尔分数AA(3)物理意义：在总质量浓度p不变的情况下，由于组分A、B的质量浓度梯度dpA/dz、dpB/dz 所引起的分子传质通量，负号表明扩散方向与浓度梯度方向相反，即分子扩散朝着浓度降低 的方向进行。( 4 )适用范围：稳态扩散，二元混合物推论：dab = dba稳态对流扩散通量为04. 扩散系数(斐克定律中的 D)(1) 定义：表征物质扩散能力的物理量，沿扩散方向，在单位时间每单位浓度降的条件下， 垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数。Mn(2) 表达式：D =A =A(m2/s)d pdC q Adydy(3) 大小比较：扩散系数的大小主要取决于扩散物质和扩散介
9、质的种类及其温度和压力。 质扩散系数一般由实验测得。D于气体的浓度无直接关系，它随气体温度的升高及总压强的 下降而增大。液相质扩散(气体吸收，溶剂萃取以及蒸馏等)的 D 比气相质扩散的 D 低一个数量级 以上。在固相中的质扩散(渗碳炼钢，材料提纯等)系数比在液相中的低大约一个数量级。5. 对流传质 P33扩散传质研究的是物质间的无规则分子运动产生的质量传递，对流扩散研究的是流体流过物体表面时发生的传质行为。暖通空调工程中，流体多处于运动状态，对流传质所涉及的内容即为运动着的流体之间 或流体与界面之间的物质传递问题(空气流过水面，水汽两相之间的传质)，(定义：)这种 过程既包括由流体位移所产生的
10、对流作用，同时也包括流体分子间的扩散作用。这种分子扩 散和对流扩散的总作用称为对流传质。在对流传质过程中，虽然分子扩散起着重要的组成作用，但流体的流动确是其存在的基 础。因此，对流传质过程与流体的运动特性密切相关，如流体流动的起因、流体的流动性质 以及流动的空间条件。6. 边界层 P37( 1)速度边界层范围是8(x)，以存在速率梯度和较大切应力为特征，主要形式是表面摩擦，重要的参数 为摩擦系数 Cf（2）温度边界层范围是q（x）,以存在温度梯度和传热为特征，主要形式是对流换热，重要的参数为对流换热系数 h（3）浓度边界层范围是Q（x）,以存在浓度梯度及组分传递为特征，主要形式是对流传质，对流
11、传质系数hm 对于流过任意表面的流动，总是存在速度边界层，因而存在表面摩擦。只有当表面与自有流的温度不想同时，才存在热边界层，从而存在对流换热；只有当表面的组分浓度和它的自由流浓度不同时才存在浓度边界层，从而存在对流传质。最一般的情况是三种边界层都存在，三种边界层很少以相同的速率增大，在给定的位置上，6、5和6也不一样。三种边界 tc层厚度的相对大小与三种传递的扩散系数的相对大小有直接关系，扩散系数较大者，其边界 层厚度也较大。7. 对流传质过程的相关准则数（1）雷诺数 ReRe=pul/y=ul/v p 一流体密度，u一平均流速，l特征尺寸，M 一流体动力黏度系数，V流体运动黏度物理意义：表
12、征流体的惯性力和黏性力之比（1）施密特准则数Sc对应于对流传热中的普朗特准则数PrPr=v/ a V 运动黏度（动量传输系数），a 导温系数（热量传输系数） 物理意义：联系动量传输与热量传输的相似准则Sc=v/ D. v 物体的运动黏度，D物体的扩散系数ii物理意义：联系动量传输与质量传输的相似准则。（2）宣乌特准则数Sh对应于对流传质中的努谢尔特准则数NuNu=hl/X h 对流换热系数，九一物体的导热系数，1定型尺寸系数 物理意义：以边界导热热阻与对流换热热阻之比来标志过程的相似特征Sh=h1/D. h 一对流传质系数，D.物体的互扩散系数，1 一定型尺寸系数 m . m . 物理意义：以
13、流体的边界层扩散阻力与对流传质阻力之比来标志过程的相似特征。（3）传质的斯坦登准则数St对应于对流传热中的斯坦登准则数StmSt=Nu/（Re Pr）=h/（ pc u）物理意义：是对流换热的Nu数、Pr数以及Re数三者的综合准则St =Sh/（Re Sc）=h /umm物理意义：是对流传质的Sh数、Sc数以及Re数三者的综合准则，是对流传质的无量纲度量参数8. P53薄膜理论渗透理论的要点是什么 薄膜理论：当流体靠近物体（如固体或液体）表面经过时，存在着一层附壁的薄膜，在薄膜 的流体侧与具有浓度均匀的主流连续接触，并假定膜内流体与主流不想混合和扰动。渗透理论：当流体流过表面时，有流体质点不断
14、地穿过流体的附壁薄层向表面迁移并与之接 触，流体质点在于表面接触之际则进行质量的转移过程，此后流体质点又回到主流核心中去。 准则关系式9. 对流传质的准则关联式p 流体密度，U平均流速，1特征尺寸，M 流体动力黏度系数，V流体运动黏度 D物体的扩散系数iRe=pu1/y=u1/vSc=v/Di当流动是层流(Re5X 105)时：Sh=0.644Re2Sci/3当流动是紊流(Re3000, Le=a/DAB 1AB而对于扩散不占主导地位的湍流热质交换过程，刘易斯关系式总是成立。 这说明，在湍流传递过程中，流体之间的湍流混合在传递过程中起主要作用。对流层流或湍流紧靠表面的层流底层来说，刘易斯关系式仅是用于 a/DAB=1 的情况，这是 AB因为，在这些区域内，分子扩散在传递过程中起主要作用。区别刘易斯准则数表温度分布与浓度分布的相互关系，体现传热与传质之间的联系。Le=Sc/Pr=a/DABAB当Le=1，温度分布与浓度分布重合。Pr=Sc (浓度边界层和温度边界层厚度相等，浓度 场与温度场重合。)10. 空气热质处理的途径 P121(1
