关于冶金传输原理质量传输课件

令 k Di
nikC 1C 2 mol/m2.s
k—传质系数，m/s
Ni ni ADi ddCixA
Di
Ni A dC i
m2/s
dx
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
2．气体通过圆筒壁的扩散
d r dCi 0 积分 dr dr
Ci C1lnrC2
rr1 Ci C1
Fo a
l2 Bi l
传质傅里叶数 传质毕渥数
Fo*
D
l2
Bi * kl D
第13章 扩散传质与对流传质
13.2 非稳态扩散传质
（1）表面浓度为常数，“有限厚”物体的不稳定扩散
CwCi CwC0
fFo*,x
平均浓度
CwC f Fo*
Cw C0
（2）介质浓度为常数，“有限厚”物体的不稳定扩散
场
非稳态浓度场：Ci f(x,y,z,)，Ci 0
非稳态传质 有质量蓄积
不定态传质
12.1 质量传输的基本概念
一维浓度场
浓
空间
二维浓度场
度 场
三维浓度场
物理量性质 数量场
一维稳态浓度场：Cif(x)
一维非稳态浓度场：Ci f(x,)
12.1 质量传输的基本概念
浓度梯度：
传质方向上单位距离上的浓度变化量（最大浓度变率）。
ln
r2 r1
mol/s
Ni D i ddiC rAD i ddiC r2rL
Ni Di ddlnCir2L
Di
Ni
2L
d
dC
ln
i
r
第13章 扩散传质与对流传质
13.2 非稳态扩散传质
1．传质基本方程 菲克第二定律
2．边界条件
Ci
Di
2Ci x2
表面浓度Cw为常数和介质浓度Cf为常数 3．相似特征数
i
d
mi d
V
kg/m3
Ci i Mi mol/m3
相对质量浓度 相对摩尔浓度
i i i Ci C
气体的浓度
i
piM i RT
12.1 质量传输的基本概念
2. 浓度场及浓度梯度
浓度场： 组分浓度在空间和时间上的变化关系。
数学表达式： C ifx,y,z,稳定传质
无质量蓄积
定态传质
浓度 按时间 稳态浓度场：Ci f(x,y,z) ，Ci 0
表达式：
g
ra
diC
Ci n
方向： 低浓度
高浓度为正
12.1 质量传输的基本概念
浓度边界层： y CA∞
CA∞
CA∞ CA
δC
CA
x kC(CAw CA)DAB C yA y0
kC(CAD w AC BA)C yA y0
14.2 质量传输的基本定律
1. 菲克第一定律
稳定浓度场
ni
Ci
1
ni DiCi1Di Ci mol/m2.s
i
n
kg/m2.s
i n
kg
—质量浓度梯度，
/m m3
12.2 质量传输的基本定律
3.扩散系数Di 单位: m2/s
物理意义: 表征某一组分扩散能力的物性参数，即浓度 梯度为1时，单位时间通过单位面积的扩散传质量。 影响因素: A．物质的种类、组成； B．温度、压力等。
自身扩散系数： 气体 5×10-6～1×10-5；
液体 1×10-10～1×10-9；固体 1×10-14～1×10-10
互扩散系数：
气体 计算式（12-25）
液体 经验数据 固体 经验数据
12.3 元体质量平衡方程（带扩散的连续性方程）
建立方法：元体分析法 建立依据：质量守恒定律 [元体质量收入]- [元体质量支出]= [元体质量蓄积]
[元体质量收支差] = [元体质量蓄积]
rr2 Ci C2
壁内浓度场 表达式为
C1 Ci ln r1 r C1 C 2 ln r1 r2
当扩散系数Di为常数时，圆筒壁内浓度场呈对数曲线分布
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
菲克第一定律
Ni D i ddiC rAD i ddiC r2rL
Ni
C1 C2
1
2LDi
第13章 扩散传质与对流传质
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
稳定扩散传质的特点： 无质量蓄积，通过物体的扩散传质量为常数。
研究目的：
结合一定的实验方法确定物质的互扩散系数。
研究方法：
借用稳定导热类似的求解方法。
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
1．气体通过平壁的扩散
C i v x C x i v y C y i v z C z i D i 2 x C 2 i 2 y C 2 i 2 z C 2 i
固体一维不稳定扩散传质
Ci
Di
2Ci x2
菲克第二定律
固体一维稳定扩散传质
d 2Ci 0 dx 2
d r dCi 0 dr dr
第12章 质量传输的基本概念及基本定律
12.1 质量传输的基本概念 12.2 质量传输的基本定律 12.3 微元体质量平衡方程（带扩散的连续性方程）
12.1 质量传输的基本概念
1. 浓度及其表示方法 参与传质过程的混合物中的某一组分的浓度是指单 位体积混合物中该组分物质量的多少。
质量浓度 摩尔浓度
Cf Cf
Ci C0
fF*o,B*i,x
（3）表面浓度为常数，“无限厚”物体的不稳定扩散
CwCi erf 1
CwC0
2 Fo*
x c
第13章 扩散传质与对流传质
13.3对流传质的基本概念
1．浓度边界层（质量边界层） 定义 流体流过表面并与之发生对流传质时，靠近表面形成的
关于冶金传输原理质量传输
第3篇 质量传输
质量传输： 物质从物体或空间的某一部分转移到另
一部分的现象，简称传质。 研究对象： 物质传递的规律及特点。 传质推动力： 浓度差或浓度梯度。 传质有两种基本方式：
物性传质 由分子运动即扩散性引起，亦称扩散传质。 对流传质 由流体流动引起。
研究方法： 借用研究传热的方法来研究传质。
固体薄层
ni
Di
Ci y
mol/m2.s
任意方向
ni
Di
Ci n
mol/m2.s
ni—单位时间通过单位面积的扩散传质量，即扩散传质通量；
C i n
—浓度梯度，
mol m3
/m
负号—质量传递方向与浓度梯度方向相反。
12.2 质量传输的基本定律
菲克第一定律：
某组分的扩散传质通量与浓度梯度成正比
ni
Di
d 2Ci 0
积分
dx 2
Ci C1C2x
x0 Ci C1
x Ci C2
壁内浓度场表达式为
C1 Cx x
C1 C2
当扩散系数Di为常数时，平壁内浓度场是线性的
第13章 扩散传质与对流传质
13.1 稳态扩散传质
菲克第一定律 扩散传质通量
ni
Di
dCi dx
ni
Di
ห้องสมุดไป่ตู้
C1 C2
mol/m2.s