传递过程原理 第一章
传递过程原理
质量通量＝
－（质量扩散系数）×（质量浓度梯度）
kg m2
s
[m 2
/
s]
kg / m3
m
jA
DAB
dA dy
(1 3)
通过分析可以得出以下几条结论: ① 动量、热量与质量传递的通量，都等 于该量的扩散系数与该量浓度梯度乘积的 负值，故三类分子传递过程可用一个普遍 化的表达式来表达即：
J
e A
M
d A
dy
j At
jA
j
e A
1-4 普兰特数、施密特数和刘易斯数
实际中往往是二种或三种传递过程同时 存在，这时可以使用如下三个无因次数群 中的两个或三个来表达不同的传递过程之 间的关系。
它们是 ① 普兰特数（plandtl number）
Pr c p k
② 施密特数 (Schmidt number)
传递过程原理
序言 一、 动量、热量与质量传递导论 二、 总质量、总能量和总动量衡算 三~ 六、动量传递（粘性流体流动的微分方程、
运动方程的应用、边界层理论基础、湍流） 七~九、热量传递（热量传递概论与能量方程、
热传导、对流传热） 十~十二、 质量传递（质量传递概论与传质微分
方程、分子扩散、对流传质、相间传质）
第一章 动量、热量与质量传递导论
平衡态：物系的强度性质；如温度、浓度 等物理量不存在梯度
热平衡：指物系内各个点的温度均匀一致 不平衡态：物系内具有强度性质的物理量
不均匀时，物系就会发生变化， 它要朝着平衡态方向转变。
传递过程：处于不平衡态的物系内，物理 量向平衡方向转移的过程。
一般为质量、能量、动量和电量等。 质量传递：高浓度区→→ 低浓度区 能量传递：高温区→→ 低温区 动量传递：垂直于流动方向上，
传递过程原理复习题最后报告
《传递工程基础》复习题第一单元传递过程概论本单元主要讲述动量、热量与质量传递的类似性以及传递过程课程的内容及研究方法。
掌握化工过程中的动量传递、热量传递和质量传递的类似性，了解三种传递过程在化工中的应用，掌握牛顿粘性定律、付立叶定律和费克定律描述及其物理意义，理解其相关性。
熟悉本课程的研究方法。
第二单元动量传递本单元主要讲述连续性方程、运动方程。
掌握动量传递的基本概念、基本方式；理解两种方程的推导过程，掌握不同条件下方程的分析和简化；熟悉平壁间的稳态层流、圆管内与套管环隙中的稳态层流流动情况下连续性方程和奈维－斯托克斯方程的简化，掌握流函数和势函数的定义及表达式；掌握边界层的基本概念；沿板、沿管流动边界层的发展趋势和规律；边界层微分和积分动量方程的建立。
第三单元热量传递本单元主要讲述热量传递基本方式、微分能量方程。
了解热量传递的一般过程和特点，进一步熟悉能量方程；掌握稳态、非稳态热传导两类问题的处理；对一维导热问题的数学分析方法求解；多维导热问题数值解法或其他处理方法；三类边界问题的识别转换；各类传热情况的正确判别；各情况下温度随时间、地点的分布规律及传热通量。
结合实际情况，探讨一些导热理论在工程实践中的应用领域。
第四单元传量传递本单元主要介绍传质的基本方式、传质方程、对流传质系数；稳定浓度边界层的层流近似解；三传类比；相际传质模型。
掌握传质过程的分子扩散和对流传质的机理；固体中的分子扩散；对流相际传质模型；熟悉分子扩散微分方程和对流传质方程；传质边界层概念；沿板、沿管的浓度分布，传质系数的求取，各种传质通量的表达。
第一部分 传递过程概论一、填空题：1. 传递现象学科包括 动量 、 质量 和 热量 三个相互密切关联的主题。
2. 化学工程学科研究两个基本问题。
一是过程的平衡、限度；二是过程的速率以及实现工程所需要的设备。
3. 非牛顿流体包括假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体 （至少给出三种流体）。
传递过程原理pdf
传递过程原理pdf
很抱歉，我无法直接提供PDF格式的文件。
但我可以为您提供一个不包含标题的文本示例，以便您可以将其保存为PDF 文件。
以下是一个示例：
传递过程原理
1. 基本概念
传递过程原理是指信息或物质从一个位置传递到另一个位置的过程。
它涉及到能量、动量和质量等因素的转移和传递。
传递过程可以在不同的领域中发生，例如热传递、质量传递和电磁波的传播等。
2. 热传递
热传递是物质内部或不同物质之间热量传递的过程。
它可以通过传导、对流和辐射等方式进行。
传导是指热量通过物质内部的分子间碰撞传递。
对流是指热量通过流体的运动传递。
辐射是指热量通过电磁波辐射传递。
3. 质量传递
质量传递是指物质在不同位置之间的传递过程。
它可以通过扩散和对流等方式进行。
扩散是指物质由高浓度区域向低浓度区域的自发传递。
对流是指物质通过流体的运动传递。
4. 电磁波传播
电磁波是指电场和磁场通过空间传播的波动现象。
电磁波可以传播在真空中和不同介质中。
它的传播速度为光速，因此也被称为光波。
不同频率的电磁波对应不同的波长和能量。
总结
传递过程原理是物质和信息传递的基本原理。
热传递、质量传递和电磁波传播是常见的传递过程。
通过研究传递过程原理，可以深入理解物质和信息的传递机制，并为相关领域的应用和技术提供理论基础。
传递过程 原理
传递过程原理
在信息传递过程中，原理是指通过某种方式将信息从一个源头传递到目标接收者的过程。
在这个过程中，可能会经过多个环节和媒介，以确保信息的准确传递和接收。
传递过程可以以多种方式进行，其中最常见的方式是通过口头传递和书面传递。
口头传递是指通过口头语言进行交流，例如面对面的对话、电话交流等。
而书面传递则是通过书信、邮件、报告等书面文字的形式进行交流。
在传递过程中，为了确保信息的准确传递，需要注意以下几个方面：
1. 发送者的清晰表达：发送者需要明确表达自己的意图和信息，并使用清晰易懂的语言来传达。
避免使用模糊的词语或复杂的句子，以免造成信息的歧义。
2. 适当的信道选择：选择适合的传递媒介来传递信息。
例如，重要且复杂的信息可以使用书面形式来传达，以便接收者能够在需要时回顾和理解。
而简单的信息可以通过口头表达更加直接和高效。
3. 防止干扰和失真：在信息传递过程中，会存在各种干扰因素，如噪音、非语言表达等。
为了确保信息的准确传递，发送者和接收者都需要注意排除干扰因素，保持良好的沟通环境。
4. 接收者的有效理解：接收者在接收到信息后，需要进行有效
的理解和解读。
这包括仔细阅读文本或倾听对话，并进行必要的思考和分析。
如有必要，可以向发送者提出问题以获得更清晰的理解。
总结起来，信息传递过程的原理可以归纳为发送者的清晰表达、适当的信道选择、防止干扰和失真以及接收者的有效理解。
通过这些原理的应用，可以有效地实现信息的准确传递和接收。
《传递过程原理》课后习题参考答案
《传递过程原理》课程第一次作业参考答案（P56）1. 不可压缩流体绕一圆柱体作二维流动，其流场可用下式表示θθθsin ;cos 22⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=D r C u D r C u r其中C ，D 为常数，说明此时是否满足连续方程。
2. 判断以下流动是否可能是不可压缩流动(1) ⎪⎩⎪⎨⎧-+=--=++=zx t u z y t u yx t u z y x 222 (2) ()()()⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-==-=22221211t tz u xy u x y u z y x ρρρρ3.对于下述各种运动情况，试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述，并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化，指出简化过程的依据。
(1)在矩形截面流道内，可压缩流体作定态一维流动；(2)在平板壁面上不可压缩流体作定态二维流动；(3)在平板壁面上可压缩流体作定态二维流动；(4)不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向定态流动；(5)不可压缩流体作圆心对称的径向定态流动。
《化工传递过程导论》课程作业第三次作业参考P-573-1流体在两块无限大平板间作定态一维层流，求截面上等于主体速度u b的点距离壁面的距离。
又如流体在圆管内作定态一维层流，该点距离壁面的距离为若干？距离壁面的距离02(12d r =-3-2温度为20℃的甘油以10kg/s 的质量流率流过长度为1m ，宽度为0.1m 矩形截面管道，流动已充分发展。
已知20℃时甘油的密度ρ=1261kg/m 3，黏度μ=1.499Pa·s 。
试求算(1)甘油在流道中心处的流速以及距离中心25mm 处的流速； (2)通过单位管长的压强降；2max 012P u y xμ∂=-∂流动方向上的压力梯度Px∂∂的表达式为：max 22u Px y μ∂=-∂ 所考察的流道为直流管道，故上式可直接用于计算单位管长流动阻力：fP L∆，故： -1max 22022 1.4990.119142.7Pa m 0.1()2f P u P P L x L y μ∆∂∆⨯⨯=-=-===⋅∂ （3） 管壁处剪应力为：2max max 002[(1())]xy y y yu u yu yy y y μτμτμ==∂∂=-⇒=--=∂∂ max 2022 1.4990.119N 7.135m 0.12u y μτ⨯⨯⇒===故得到管壁处的剪应力为2N7.135m《化工传递过程导论》课程第四次作业解题参考（P122）2. 常压下，20℃的空气以5m/s 的速度流过一光滑的平面，试判断距离平板前缘0.1m 和0.2m 处的边界层是层流还是湍流。
传递过程原理汇总
2020/6/21
38
概论
质量浓度与摩尔浓度的关系： C i=ρ i/mi
质量分率 w i=C i/C (液体)
n
wi 1
1
摩尔分率 x I = C i /C (液体) y I = C i /C (气体)
n
xi 1
1
n
yi 1
1
2020/6/21
39
概论
▲浓度分布 当系统中存在着浓度差或系统未达到相平 衡时，物质就会从高浓度区域向低浓度区域 转移，或从一相转移至另一相，此即质量传 递。质量传递的场所均存在浓度变化，即存 在浓度分布。浓度分布与速度分布、流体性 质、设备条件等因素有关。
2020/6/21
5
传递现象导论
教材：
《传递现象导论》（第二版） 戴干策等著
化学工业出版社，2008年。
参考书：
• 《化工传递过程基础》，陈 涛、张国亮著，化学工 业出版社，2002年。
• 《动量热量与质量传递》，王绍亭 、陈涛著天津科 学技术出版社，1986年。
• 《传递现象相似》，夏光榕等，中国石化出版社， 1997年。
2020/6/21
3
传递现象导论
本门课程的任务是： • 研究动量、热量和质量传递过程的规律（速率）
及影响因素： • 探讨动量、热量和质量传递之间的类似性及共同
的研究方法。 • 介绍动量、热量和质量传递规律的应用。
学习以动量传递为主。 特点： • 数学推导多，理论性强——抽象； • 研究方法统一，逻辑性强——前后关联大； • 工程应用性强。
氯乙烯 反应器
水 碱液
放空
水洗塔
碱洗塔
（吸收） （吸收）
冷凝器
传递过程原理--课后习题解答
【1－1】试说明传递现象所遵循的基本原理和基本研究方法。
答：传递现象所遵循的基本原理为一个过程传递的通量与描述该过程的强度性质物理量的梯度成正比，传递的方向为该物理量下降的方向。
传递现象的基本研究方法主要有三种，即理论分析方法、实验研究方法和数值计算方法。
【1－2】列表说明分子传递现象的数学模型及其通量表达式。
【1－3】阐述普朗特准数、施米特准数和刘易斯准数的物理意义。
答：普朗特准数的物理意义为动量传递的难易程度与热量传递的难易程度之比；施米特准数的物理意义为动量传递的难易程度与质量传递的难易程度之比；刘易斯准数的物理意义为热量传递的难易程度与质量传递的难易程度之比。
【2－1】试写出质量浓度ρ对时间的全导数和随体导数，并由此说明全导数和随体导数的物理意义。
解：质量浓度的全导数的表达式为：d dx dy dzdt t x dt y dt z dt ρρρρρ∂∂∂∂=+++∂∂∂∂，式中t 表示时间 质量浓度的随体导数的表达式为x y z D u u u Dt t x y zρρρρρ∂∂∂∂=+++∂∂∂∂ 全导数的物理意义为，当时间和空间位置都发生变化时，某个物理量的变化速率。
随体导数的物理意义为，当观测点随着流体一起运动时，某个物理量随时间和观测点位置变化而改变的速率。
【2－2】对于下述各种运动情况，试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述，并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化，指出简化过程的依据。
⑴ 在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动； ⑵ 在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动； ⑶ 在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动；⑷ 不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动； ⑸ 不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动。
解：⑴ 对于矩形管道，选用直角坐标系比较方便，直角坐标系下连续性方程的一般形式为()()()y x z u u u t x y z ρρρρ∂⎡⎤∂∂∂=-++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦由于流动是稳态的，所以0t ρ∂=∂，对于一维流动，假设只沿x 方向进行，则0y z u u == 于是，上述方程可简化为()0x u xρ∂=∂ ⑵ 对于平板壁面，选用直角坐标系比较方便，直角坐标系下连续性方程的一般形式为()()()y x z u u u t x y z ρρρρ∂⎡⎤∂∂∂=-++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦由于流动是稳态的，所以0tρ∂=∂，对于不可压缩流体ρ=常数，所以上式可简化为 0y x zu u u x y z∂∂∂++∂∂∂＝ 由于平板壁面上的流动为二维流动，假设流动在xoy 面上进行，即0z u =，上式还可以进一步简化为0yx u u x y∂∂+∂∂＝ ⑶ 对于平板壁面，选用直角坐标系比较方便，直角坐标系下连续性方程的一般形式为()()()y x z u u u t xy z ρρρρ∂⎡⎤∂∂∂=-++⎢⎥∂∂∂∂⎣⎦ 由于流动是稳态的，所以0tρ∂=∂，由于平板壁面上的流动为二维流动，假设流动在xoy 面上进行，即0z u =，则上式可以简化为()()0y x u u x yρρ∂∂+∂∂＝ ⑷ 由于流动是在圆管中进行的，故选用柱坐标系比较方便，柱标系下连续性方程的一般形式为()()()110z r u u ru t r r r zθρρρρθ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 由于流动是稳态的，所以0tρ∂=∂，对于不可压缩流体ρ=常数，所以上式可简化为()()()110r z u ru u r r r zθθ∂∂∂++=∂∂∂由于仅有轴向流动，所以0, 0r z u u u θ==≠，上式可简化为0zu z∂=∂ ⑸ 由于流体是做球心对称的流动，故选用球坐标系比较方便，柱球系下连续性方程的一般形式为22111()(sin )()0sin sin r r u u u t r r r r θϕρρρθρθθθϕ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ 由于流动是稳态的，所以0tρ∂=∂，对于不可压缩流体ρ=常数，所以上式可简化为22111()(sin )()0sin sin r r u u u rr r r θϕθθθθϕ∂∂∂++=∂∂∂ 由于流动是球心对称的，所以0, 0r u u u ϕθ==≠，上式可简化为221()0r r u rr ∂=∂ 整理得：20r ru u r r∂+=∂ 【2－3】加速度向量可表示为DuD θ，试写出直角坐标系中加速度分量的表达式，并指出何者为局部加速度的项，何者为对流加速度的项。
传递过程原理PPT参考课件
• 传递过程的研究内容： 任何学科之所以 成为一门学科，必须具备两个条件：一是要 有统一的研究对象；二是要有统一的研究方 法。
2019/12/14
16
绪论
▲ 学科的研究对象是：研究流体动量、热 量、质量的变化速率（传递速率）规律及影响 因素。
▲ 研究方法：一是数学模型法。即在对 过程深入分析的基础上，建立简化的物理模型， 进而写出数学模型，经简化引入的模型参数， 由实验确定，因此该理论也称半理论半实验法。 另一方法为经验法，即直接通过实验测定过程 参数的变化，拟合出过程规律。
2019/12/14
3
传递现象导论
本门课程的任务是： • 研究动量、热量和质量传递过程的规律（速率）
及影响因素： • 探讨动量、热量和质量传递之间的类似性及共同
的研究方法。 • 介绍动量、热量和质量传递规律的应用。
学习以动量传递为主。 特点： • 数学推导多，理论性强——抽象； • 研究方法统一，逻辑性强——前后关联大； • 工程应用性强。
铜液
铜洗 （吸收）
加氨
氢氮气 氨洗 压缩机 （吸收）
循环机
氨合成塔
2019/12/14
氨分离器 （换热）
水冷 （换热）
合成氨
9
绪论
任何化工生产过程中都包含两大类过程： 化学反应过程和物理转化过程。
对任何化工生产过程，不管其工艺如何千 差万别，它们都有一个共性——
在很多相同的设备中进行着原理相同的物理过 程。
传递现象导论
Introduction to Transport Phenomena
2019/12/14
1
传递现象导论
教学安排： • 32学时（1-8周），2学分，考试课程。
pdf版习题库200道_化工传递过程原理
式中，p0 为饱和蒸气压，mmHg；t 为温度，℃ 试将上式换算成 SI 单位的表达式。 1-6. 黏性流体在圆管内做一维稳态流动，设 r 表示径向、y 表示由管壁指向中心 的方向。 已知温度 t 和组分 A 的质量浓度ρA 的梯度与流速 ux 的梯度方向相同， 试用 “通 量=-扩散系数³浓度梯度”形式分别写出 r 和 y 两个方向动量、热量和质量传 递三者的现象方程。 1-7. 运动黏度为ν、 热扩散系数α 和扩散系数 DAB 分别用下述微分方程定义：
的过程，导出 y 方向和 z 方向上的运动方程式，即
2-12. 某黏性流体的速度场为 u=5x2 yi+3xyzj−8xz2k 已知流体的动力黏度μ = 0.144 Pa² s ， 在点 （2， 4， –6） 处的法向应力 τyy = −100N / m2，试求该点处的压力和其他法向应力与剪应力。 2-13. 试将柱坐标系下不可压缩流体的奈维-斯托克斯方程在 r、θ 、z 3 个方向 上的分量方程简化成欧拉方程（理想流体的运动微分方程）在 3 个方向上的分 量方程。 2-14. 某不可压缩流体在一无限长的正方形截面的水平管道中做稳态层流流动， 此正方 形截面的边界分别为 x= ±a 和 y= ±a。有人推荐使用下式描述管道中的速度分 布：
2
化 工 传 递 过 程 原 理
肖 国 民
（1）若加水的温度为 82℃，试计算混合后水的最终温度； （2）若加水温度为 27℃，如容器中装有蒸汽加热蛇管，加热器向水中的传热速 率为
式中 h =300W/（m2²℃） ；A =3 m2；tv=110℃，t 为任一瞬时容器内的水温。试 求水所达到的最终温度。 1-16. 处在高温环境下的立方形物体，由环境向物体内部进行三维稳态热传导， 试用微分热量衡算方法导出热传导方程。设物体的热导率为 k，其值不受温度变 化影响。 1-17. 流体流入圆管进口的一段距离内的流动为轴对称沿径向 r 和轴向 z 的二 维流动， 试采用圆环体薄壳衡算方法，导出不可压缩流体在圆管进口段稳态流动 的连续性方程。
传递过程原理
传递过程原理传递过程原理是指信息、能量或物质在空间中传递的规律和机理。
它涉及到多个学科领域，包括物理学、化学、生物学、工程学等。
在日常生活和工业生产中，我们经常会遇到各种传递过程，比如热传递、质量传递、能量传递等。
了解传递过程的原理对于优化设计和改进传递效率具有重要意义。
首先，传递过程的原理可以通过物理学的基本规律来解释。
在热传递中，热量会从高温区域传递到低温区域，这符合热力学第二定律。
在质量传递中，物质会沿着浓度梯度从高浓度区域传递到低浓度区域，符合扩散规律。
在能量传递中，能量会以不同形式在系统中传递，符合能量守恒定律。
这些基本规律为传递过程提供了理论基础。
其次，传递过程的原理还与传递介质的特性密切相关。
不同的介质对于信息、能量或物质的传递具有不同的特性。
比如在空气中声音的传递速度会比在水中要快很多，这与介质的密度和弹性模量有关。
在工程中，选择合适的传递介质可以有效提高传递效率，减小能量损耗。
此外，传递过程的原理还受到传递路径和传递距离的影响。
传递路径的长度和形状会对传递过程产生影响，比如在管道中的流体传递与自由空气中的传递会有不同的阻力和损耗。
传递距离的远近也会影响传递效率，需要根据具体情况选择合适的传递方式和设备。
总的来说，传递过程原理是一个涉及多个学科领域的复杂问题，需要综合运用物理学、化学、生物学等知识来进行研究和应用。
通过深入理解传递过程的原理，可以为工程设计和生产实践提供理论指导，促进传递效率的提高和能量利用的优化。
同时，也可以为环境保护和资源节约提供科学依据，推动可持续发展的目标实现。
因此，加深对传递过程原理的理解和研究具有重要的意义和价值。
北京化工大学化工传递过程原理总复习[优质PPT]
![北京化工大学化工传递过程原理总复习[优质PPT]](https://img.taocdn.com/s3/m/2c63a7ce960590c69ec376c4.png)
13
第十一章 对流传质
1、浓度边界层及其厚度的定义。
2、对流传质分系数的定义式。
3、传递速率方程及湍流下三类传递过程的类似性。
4、传质雷诺类似律的定义式。
5、传质柯尔本类似律定义式。
6、传质jD因子和传热jH因子之间的关系。 7、本章的例题和作业题。
8、掌握3种传质理论模型，以及传质系数与扩散
系数之间的关系。
1、了解普兰德边界层学说。 2、速度边界层及其厚度的定义。 3、曳力系数的定义式。 4、范宁摩擦系数的定义式。 5、掌握普兰德边界层方程的推导。 6、掌握边界层积分动量方程的推导。 7、掌握本章的例题和习题。
2019/12/21
7
北 京 化 工 大 学 传
第五章 湍流
1、湍流的特点。 2、雷诺应力定义式。 3、了解雷诺方程的推导。 4、了解普兰德动量传递理论（雷诺方程）。 5、涡流粘度的定义式。 6、普兰德混合长的物理意义。 7、掌握本章的所有例题和习题。
有关考试
考试时间：2014年12月16日13:30 – 16:00 考场分配：待定
注意事项：
1、考试时把考试一卡通置于桌子的左上角。 2、自带计算器，铅笔、橡皮和直尺，考试时不能相互借用。 3、计算题采用科学计数法，小数点后保留两位有效数字。 4、考试期间不能打开手机。
2019/12/21
第九章 质量传递概论与传质微分方程
1、什么是分子传质？ 2、什么是对流传质？ 3、费克第一定律的四种表示方法。 4、费克第二定律的两种表示方法。
2019/12/21
12
北 京 化 工 大 学 传
第十章 分子传质
1、灵活应用费克第一定律， 掌握本章的例题和习题。
北 京 化 工 大 学 传
传递过程原理课件
在多孔介质中产生的传递过程， 涉及到流体与固体骨架之间的相 互作用，如渗流、扩散、对流等 。
传递过程原理的研究内容
传递过程的基本规律
研究传递过程中物质、能量和信息的 传递规律，如守恒定律、扩散定律、 牛顿定律等。
多孔介质中的传递过程
传递过程的数值模拟
利用数值方法模拟和预测传递过程， 如有限差分法、有限元法、有限体积 法等。
为了适应未来研究的需要，需要加强基 础研究，培养具有创新思维和实践能力 的人才，同时加强国际合作与交流，推
动传递过程原理研究的不断发展。
传递过程控制方法
01
02
03
直接控制法
通过直接调节输入变量， 使输出变量到达预定值。
反馈控制法
利用系统输出反馈信息， 通过调整输入变量，使输 出变量维持在预定值。
前馈控制法
根据输入变量对输出变量 的影响，预测未来输出变 量变化趋势，提前调整输 入变量。
传递过程模拟方法
数学模型法
建立传递过程的数学模型 ，通过数值计算模拟传递 过程。
研究多孔介质中流体流动、传热和传 质等过程的机理和规律。
传递过程原理的应用领域
能源领域
环境工程
涉及石油、天然气、煤等化石能源的开采 、运输和利用，以及太阳能、风能等可再 生能源的开发和利用。
涉及废气、废水、固体废物的处理和处置 ，以及环境监测和污染控制等领域。
化学工程
生物工程
涉及化工生产过程中的传递过程，如反应 器设计、分离工程、热力学等领域。
涉及生物反应过程中的传递过程，如发酵 工程、酶反应工程等领域。
PART 02
传递过程的基本原理
牛顿粘性定律与层流、湍流
牛顿粘性定律
山东大学化学与化工学院
山东大学化学与化工学院《化工传递过程原理》理论课程教学大纲编写人：秦绪平审定人：编制时间：2017.4.20 审定时间：一、课程基本信息：二、课程描述化工传递过程原理这一课程的实质是结合通量表达式建立数学模型,并强调动量、热量与质量传递过程的类似性和差别。
本课程根据守恒定律，分别建立动量、热量和质量传递的基本微分方程，将已知的物理问题归纳为数学表达式，然后根据具体问题，将方程简化、求解，最后求出速度、温度或浓度分布规律。
本课程使用了偏微分方程，并做了充分的解释，使学生可以掌握这些内容。
The course of Chemical Transfer Process is build mathematic model along with the flux expressions, and emphasis the similarities and differences among the momentum, heat, and mass transfer transport.According to the law of conservation, this course established the basic differential equations of the momentum, heat and mass transfer, using the known physical problems summarized as mathematical expressions. Then according to the specific problem, the equation is simplified and solved. Last the velocity, temperature and concentration distribution are obtained. We introduce the use of partial differential equations with sufficient explanation that the students can master the material presented.三、课程教学目标和教学要求【教学目标】1、本课程在学生所学高等数学基本概念的基础上，进一步学习掌握动量、热量和质量传递所遵循的基本物理过程的规律及类似性；2、根据守恒定律，分别建立动量、热量和质量传递的基本微分方程，即建立数学模型，将已知的物理问题归纳为数学表达式；3、根据具体问题，将方程简化、求解，求出速度、温度或浓度分布规律；4、力图使学生掌握处理工程问题的基本思路和方法，能够实际应用所学知识解决研究和工程中遇到的问题。
传递过程原理作业题解(1_7章)
1.对于在r 平面内的不可压缩流体的流动， r 方向的速度分量为u r Acos /r 2 。
试确定速度的 分量。
解：柱坐标系的连续性方程为1 ru r ) ( u ) (r z1 (ru r )r rf (r) 0，可得到u 的最简单的表达式:Asi nu— r2 .对于下述各种运动情况， 试采用适当坐标系的一般化连续性方程描述， 并结合下述具体条件将一般化连续性方程加以简化，指出简化过程的依据。
(1) 在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动； (2) 在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动； (3) 在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动； (4) 不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动； (5) 不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动。
解: — u 0(1)在矩形截面管道内，可压缩流体作稳态一维流动—u x 一 u y-x—U z yU xzxU y yU z z稳态：- —0,一维流动：u x 0,u y 0u zu z0， 即(u z ) zzzz(2) 在平板壁面上不可压缩流体作稳态二维流动_ (比) (U y ) (匕)1-( r U z ) 0 对于不可压缩流体在平面的二维流动,常数,u z 0, - 0， z故有将上式积分,—(ru r )可得Acos 2~ r-( rAcos r-rAcosAsi n r式中，f (r)为积分常数，在已知条件下，任意一个f(r)f (r)都能满足连续性方程。
令稳态：0，二维流动：u z 0(ux)( uy)0,又 const ,从而x y(3) 在平板壁面上可压缩流体作稳态二维流动试求该点处的压力和其它法向应力和剪应力。
22解： 由题设 u x 5x y , u y 3xyz , u z8xzu 10xy 3xz 16xz在此情况下,(2)中 const(U x )(4) 不可压缩流体在圆管中作轴对称的轴向稳态流动1r u rr ru —u zz稳态:0，轴向流动: 40，轴对称:U z(不可压缩const )(5) 不可压缩流体作球心对称的径向稳态流动稳态0，沿球心对称*畑。
中南大学传递过程原理--习题---解答资料
《传递过程原理》习题（部分）解答2014-12-19第一篇 动量传递与物料输送3、流体动力学基本方程P67. 1-3-12. 测量流速的pitot tube 如附图所示，设被测流体密度为ρ，测压管内液体的密度为ρ1，测压管中液面高度差为h 。
证明所测管中的流速为：v =√2gh(ρ1ρ−1)解：设点1和2的压强分别为P 1和P 2，则P 1+ρgh= P 2+ρ1gh ，即P 1- P 2=（ρ1-ρ）gh ①在点1和点2所在的与流体运动方向垂直的两个面1-1面和2-2面之间列Bernoulli equation:P 1ρ=P 2ρ+v 22, 即 P 1−P 2ρ=v 22 ② ( for turbulent flow)将式①代入式②并整理得：v =√2gh(ρ1ρ−1)1-3-15. 用离心泵把20℃的水从贮槽送至水洗塔顶部，槽内水位维持恒定。
各部分相对位置如附图所示。
管路直径均为φ76×2.5mm，在操作条件下，泵入口处真空表读数为24.66×103Pa；水流经吸入管和排出管（不包括喷头）的能量损失分别按∑h f,1=2υ2和∑h f,2=10υ2计，由于管径不变，故式中υ为吸入管和排出管的流速（m/s）。
排水管与喷头连接处的压力为9.807×104Pa（表压）。
试求泵的有效功率。
解：查表得，20℃时水的密度为998.2kg/m3；设贮槽液面为1-1面，泵入口处所在的与流体运动方向垂直的面为2-2面，排水管与喷头连接处的内侧面为3-3面，以贮槽液面为水平基准面，则(1) 在1-1面和2-2面之间列Bernoulli方程，有0=1.5g+−P真空ρ+v22+2v2( for turbulent flow)将已知数据带入：0=1.5×9.81-24660/998.2+2.5υ2得到υ2=3.996 （即υ=2 m/s）(2) 在1-1面和3-3面之间列Bernoulli方程：即W e=14g+Pρ+v22+∑ℎf,1+∑ℎf,2( for turbulent flow)代入已知数据得：W e=14×9.81+98070/998.2+12.5×3.996=285.54 J/kg(3) 根据泵的有效功率N e=ρQ v W e=ρ×υA×W e=998.2×2×(3.14×0.0712/4) ×285.54=2255.80 J/sRe=duρ/μ=0.071×2×998.2/(100.42×10-5)=1.41×105湍流假设成立！1-3-16. 用压缩空气将密度为1100kg/m3的腐蚀性液体自低位槽送到高位槽，设两槽的液面维持恒定。
化工传递过程基础(第三版)
后，形变也就消失； 对于流体，只要有应力作用，它将连续
变形 ( 流动 ) ，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。 液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质
平衡过程和传递过程
2.热量传递过程： • 物体各部分存在温度差，热量由高温区向 低温区传递
平衡过程和传递过程
3. 质量传递：当体系中的物质存在化学势差 异时，则发生由高化学势区向低化学势区 域的传递
• 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或 电场力所引起。常见的是浓度差引起质量 传递过程，即混合物种某个组分由高浓度 向低浓度区扩散
气体的平均分子间距约为 3.3 × 10 － 6 mm ，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为 2.5×10－ 7 mm 。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以 气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面 。
1.1流体的定义和特征
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
流体的上述物理力学特性使流体力学（水 力学）成为宏观力学的一个独特分支。
1.1流体的定义和特征
流体与固体相比有以下区别：
(1)固体既能够抵抗法向力 ——压力和拉力，也能够抵抗 切向力。而流体仅能够抵抗压力，不能够承受拉力，也不能抵 抗拉伸变形。另外，流体即使在微小的切向力作用下，也很容 易变形或流动。 (2)固体的应变与应力的作用时间无关 ，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、系统与控制体
系统 —包含确定不变物质（流体质点）的集合， 系统以外的一切称为环境。 u 特点：系统与环境之间无质量交 u 换，但在界面上有力的作用及能 量的交换。系统的边界随着环境 流体一起运动，因此其体积、位 置和形状是随时间变化的。 系统
在传递过程中，系统指由确定流体质点所组成 的流体元。
d A j M dy
e A
涡流传递通量=-涡流扩散系数×涡流浓度梯度 涡流传递＞＞分子传递
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类 1.2 动量、热量与质量传递的类似性 1.3 传递过程的研究方法
一、守恒定律与衡算方法 二、系统与控制体
三、拉格朗日观点和欧拉观点 四、几个常用算子
一、守恒定律与衡算方法
（1）宏观水平上描述 质量衡算 能量衡算 输入的质量流率-输出的质量流率 =累积的质量流率 输入的热量速率-流出的热量速率+加入的 热速率-系统对外作功速率=累积的热速率 输入的动量速率-流出的动量速率+作用在 体系上的合外力=累积的动量速率
动量衡算
一、守恒定律与衡算方法
总衡算的局限性：
总衡算只能考察系统的流入、流出以及内部的 平均变化情况，系统内部物理量如温度、压力、 密度、速度等的变化规律无法得知。
1. 分子动量通量 对牛顿粘性定律作量纲分析，设密度为常数：
μ d ( ρu ) d ( ρu ) τ== -ν ρ dy dy
一、分子传递的通用表达式
量纲分析
N kg m/s kg m/s 动量 [ 2 ][ ][ 2 ] 2 m m m s 面积 × 时间
2
3
kg m/s 动量 u [kg/m m/s] [ 3 ] m 体积
二、扩散传递与对流传递
涡流动量、热量与质量传递可表示为： d ( ux ) r dy d ( c pt ) q e ( ) H
A dy
d A j M dy
e A
涡流传递＞＞分子传递
二、扩散传递与对流传递
3.对流传递的概念
由于流体作宏观运动引起的动量、热量与质量 的迁移过程，该过程仅发生在流体运动时:
dux dy
－单位面积上的剪切力称为剪应力； －比例系数，称为流体的粘度；
du x －速度梯度。 dy
二、扩散传递与对流传递
傅立叶定律
描述分子导热的基本定律 q dt = -k A dy
t1＞ t2 ＞ t3
热流方向
q/A －导热通量；
dt －温度梯度。 dy
k
－介质的导热系数；
t1＞ t2 ＞ t3
t1 t2 t3
热流方向
一、平衡过程与速率过程
3. 质量传递过程—当物系中的物质存在化学势差 异时，则发生由高化学势区向低化学势区域的质量 传递。 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或电场力 所引起。最常见的是浓度差引起的质量传递过程。 此时混合物中的某个组分由高浓度向低浓度区扩散 传递。
dρ A dy －质量浓度梯度
DAB
－质量扩散系数
质量通量=－质量扩散系数×质量浓度梯度
二、分子传递的类似性
动量通量=－动量扩散系数×动量浓度梯度 热量通量=－热量扩散系数×热量浓度梯度 质量通量=－质量扩散系数×质量浓度梯度
通量=－扩散系数×浓度梯度
, , DAB 的量纲相同，扩散系数m2/s
一、分子传递的通用表达式
量纲分析
q A
[
J m s
2
]
热量 面积× 时间
ρ c t p
kg J J 热量 [ 3 ].[ ].[K] [ 3 ] m kg K m 体积
3 2 J m kg.K m .[ ].[ ][ ] J s m.s.K kg
三、拉格朗日观点和欧拉观点
根据研究所选定的衡算范围是控制体还是系统， 有两种相应的研究方法： 欧拉观点（Euler viewpoint） 拉格朗日观点（Lagrange viewpoint）
三、拉格朗日观点和欧拉观点
欧拉观点 着眼于流场中的空间点，以流场中的固定空 间点（控制体）为考察对象，研究流体质点通 过空间固定点时的运动参数随时间的变化规律。 然后综合所有空间点的运动参数随时间的变化， 得到整个流场的运动规律。
一、分子传递的通用表达式
量纲分析结果 τ －动量通量 d ( u ) dy －动量浓度梯度 ν －动量扩散系数 动量通量=－动量扩散系数×动量浓度梯度
一、分子传递的通用表达式
2. 分子热量通量 傅立叶定律的量纲分析：
d ( ρc p t ) q k d ( ρc p t ) == -α A ρc p dy dy
kg m m v [ m s kg ] [ s ]
3 2
一、分子传递的通用表达式
动量传递机理： 层流—分子动量传递 两层流体速度不同，具有不同的动量浓度。在 动量梯度的作用下，动量将自发地由高动量区向 低动量区转移。 微观上，速度较高的流层中的分子以随机运动 方式进入速度较慢的流层中；低速流层中亦有等 量随机运动的分子进入高速流层,实现动量交换。
ux t 动量的对流传递速率： ρux ux A 热量的对流传递速率： ρcptuxA A
kg m s / s
1
J/s
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类 1.2 动量、热量与质量传递的类似性
一、分子传递的通用表达式 二、分子传递的类似性
三、涡流传递的类似性
一、分子传递的通用表达式
总衡算的方法在化工设计计算中常用—物料衡 算与热量衡算等。
一、守恒定律与衡算方法
（2）微观水平上描述
微观衡算（微分衡算）—在研究对象内部选择 一个有代表性的微分点，将守恒定律应用于该点。 通过衡算，得出一组描述动量、热量与质量变化的 微分方程，成为变化方程（Equation of change）。 然后通过积分，获得系统内部的速度、温度及浓度 的变化规律。这些变化规律对于传递速率的求解必 不可少。
一、守恒定律与衡算方法
（3）分子水平上描述 根据分子结构、分子间的相互作用，作分子水平 上的考察，对于动量、热量与质量传递的理解是有 帮助的。如各种传递系数（黏度、扩散性、导热性 等）可以应用流体的分子运动理论求解。
一、守恒定律与衡算方法
本课程主要讨论微分衡算的方法，通过建立 描述各种过程的数学模型，研究动量、热量与质
体积固定
三、拉格朗日观点的流体质点（系统）， 跟踪观察每一个流体质点的运动轨迹及其速度、 压力等量随时间的变化。然后综合所有流体质 点的运动，得到整个流场的运动规律。
质点(质量固定）
三、拉格朗日观点和欧拉观点
原则上讲，两种方法所得结果一致，都可采用。
四、几个常用算子
量传递的速率。
二、系统与控制体
根据所考察的对象不同，选用衡算范围的方法 有两种： 控制体 系 统
二、系统与控制体
控制体 —具有确定不变的空间区域（体积）。 特点：相对于坐标其体积不变， 包围该空间体积的界面称为控 制面。流体可以自由进出控制 体，控制面上可有力的作用和 能量交换。其特点是体积、位 置固定，输入和输出控制体的 物理量随时间改变。 在传递过程中，控制体指流体在流动过程中所 通过的固定不变的空间区域。
第一章 传递过程概论
传递现象普遍存在于自然界和工程领域， 三种传递过程有许多共同规律。 本章介绍与课程有关的基本概念。
对流+辐射
幻灯片 11 幻灯片 23
2015年12月2日
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类
一、平衡过程与速率过程 二、扩散传递与对流传递
一、平衡过程与速率过程
大量的物理、化学现象中，同时存在着正反两个 方向的变化，如： 固体的溶解和析出，升华与凝华、可逆化学反应 当过程变化达到极限，就构成平衡状态。如化学 平衡、相平衡等。此时，正反两个方向变化的速率 相等，净速率为零。 不平衡时，两个方向上的速率不等，就会发生某 种物理量的转移，使物系趋于平衡。
所谓算子是一种数学符号缩写的算符。本课程中 常用的算子有：
（1）哈密尔顿算子▽；
（2）拉普拉斯算子Δ；
D （3）随体导数算子 D
四、几个常用算子 1、▽ 算子 （Hamilton Operators)
哈密尔顿算子在直角坐标下的展开式（下同）：
i j k x y z
哈密尔顿算子是一个矢性、微分算子，它具有 矢量和微分双重性质。 在本课程中，有关哈密尔顿算子的运算有下面 三种形式：
物理过程的速率：
1. 动量传递过程—物体的质量与速度的乘积被定 义为动量，速度可认为是单位质量物体的动量。因此， 同一物体，速率不同，其动量也不同。 在流体中，若两个相邻的流体层的速度不同，则将 发生由高速层向低速层的动量传递。 u2
动量传递方向
u1
一、平衡过程与速率过程
2. 热量传递过程—当物系中各部分之间的温度存 在差异时，则发生由高温区向低温区的热量传递。
一、平衡过程与速率过程
热力学：探讨平衡过程的规律，考察给定条件下 过程能否自动进行？进行到什么程度？条件变化对 过程有何影响等。 动力学：探讨速率过程的规律，化学动力学研究 化学变化的速率及浓度、温度、催化剂等因素对化 学反应速率的影响；传递动力学研究物理过程变化 的速率及有关影响因素。
一、平衡过程与速率过程
一、分子传递的通用表达式
量纲分析结果
q/A －热量通量
d(ρc p t) dy
－热量浓度梯度
－热量扩散系数
热量通量=－热量扩散系数×热量浓度梯度
一、分子传递的通用表达式
3. 分子质量通量
费克定律的量纲分析：
j A = -DAB