传热和传质基本原理--传质理论 ppt课件
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传质的理论基础PPT教案学习
第28页/共52页
2021/4/28
29
组分A通过停滞组分B的扩散（单向扩散）
NA
D
dCA dz
xA(NA
NB)
NB=0
NA
D
dCA dz
xA N A
D
dCA dz
CA C
NA
分离变量，积分
NA
DC z
ln
C C A2 C C A1
NA
Dp R0Tz
ln
(p (p
pA2 ) p A1 )
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2）所用坐标系以混合物的主体流速（平均流 速）运动，而不是静止不动的坐标。
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17
jA
DAB
d A
dz
JA
DAB
dCA dz
分析：
1.适用于由于分子无规则热运动引起 的扩散 过程； 2.传递的速度即为扩散速度uA－u（ uA－um）； 3.只限于浓度梯度这个驱动引起的传 质； 4.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；
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21
例：气体氢放在一矩形压力容器中，其壁厚
10mm，容器内的CH2=1kmol/m3，容器外 的H2浓度可忽略。D＝0.26×10-12m2/s，求
通过容器壁的氢的摩尔通量。
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22
Known: CA,1, CA,2, L, D
·
Find: NA (kmol /m 2
mA AuA
(kg/m 2·s)
mB BuB
m mA mB AuA BuB u
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传热和传质基本原理
传热的目的
• 根据热力不平衡程度定量确定传热速率。或者说，通过研究传热的机 理以及建立计算传热速率的各种关系式来拓展热力学分析。
• 自身是一门独立学科，在材料、科学或工程中具有重要应用。
1.1 何谓传热及如何传热
传热是因存在温差而发生的热能的转移。
1. 温度的概念：第零定律，平衡态，多大尺度以上成立？
不论物质处于哪种状态，这种发射 2 都是因为组成物质的原子或分子中
电子排列位置的改变所造成的。
辐射场的能量依靠电磁波传输，
辐射传热不需要介质，
3 且辐射能的传输是靠消耗发射
4 在真空中传输最有效。
辐射的物质的内能来实现的。
（2）黑体（Black Body）：具有下述性质的一种理想表面
1 黑体能够吸收处于任何波长和来自任意方向的全部投射辐射。
2. 只要一个介质中或两个介质之间存在温差（驱动势），就必然会发生传热。
3. “冷”或“热”的感觉是由温差引起的热流造成的，而热流的大小则与物质 的性质有关。
握手的深度分析
不同类型的传热过程称为传热的不同模式（modes）。
当静态介质中存在温度梯度时，不论该介质是固体还是流体， 介质中都会发生传热，这种传热过程即为传导（ Conduction）。
物体的各部分间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等 微观粒子的热运动而发生的热量传递称为导热（热传导）。
气体
分 子
热
运
动
液体
观 点
固体 自由电子 晶格波
速率方程（Rate Equation）：用于计算传热过程在单位时间内传输了 多少能量（J/s=W）。
对于热传导，速率方程为傅里叶定律（Fourier’s Law）。
传热和传质基本原理 第六章 燃料电池中的传热传质
12
AFC电池结构
电解质保持在多孔体中的基体型。基体主要是石棉膜， 它饱吸KOH溶液。电池成多孔叠层结构。 自由电解质型。电解质是自由流体，电池设有电解质 循环系统，可以在电池外部冷却电解质和排出水分。 电极以电解液保持室隔板的形式粘结在塑料制成的电 池框架上，然后再加上镍隔板做成的双极板，构成单 电池。
32
图6－19 典型的PEMFC系统示意图
33
直接甲醇燃料电池（DMFC）
Gasket 直接甲醇燃料电池的全称应为直 MEA 接甲醇质子交换膜燃料电池，其 工作原理与常规的以氢为燃料的 质子交换膜燃料电池基本相同， 不同之处在于DMFC的燃料为甲醇 （可以是气态或液态，但主要是 液态），氧化剂仍是氧或空气。
11
碱性燃料电池（AFC）
AFC的工作原理：基本上是水电解的逆过程。它以氢氧化 钾（KOH）水溶液为电解质，溶液的质量分数一般为30 ％～45％，最高可达80％。 AFC燃料电池的电化学反应为
阳极反应 阴极反应
整个电池反应
2 H 2 4OH 4 H 2 O 4e O2 2 H 2 O 4e 4OH 2H 2 O2 2H 2 O 电能 热能
13
1－氧支撑板 2－氧蜂窝（气室） 3－氧电极 6－氢蜂窝（气室） 7－氢支撑板 8－排水膜 －除水蜂窝（蒸发室） 11－除水蜂窝板
4－石棉膜 5－氢电极 9－排水膜支撑板 10
图6－5 静态排水的氢氧隔膜型燃料电池单体示意图（基本型）
14
图6－6 碱性燃料电池的结构（自由电解质型）
15
图6－7 培根AFC电池系统
图6－8 磷酸型燃料电池的基本构造
18
固体氧化物燃料电池（SOFC）
传热和传质基本原理-----第四章-三传类比
相当于空气的相对湿度为30%。
38
4.5 边界层类比
流体流动的控制方程是非线性的偏微分方程组，处理 非线性偏微分方程依然是当今科学界的一大难题
实际工程问题：靠近固体 壁面的一薄层流体速度变 化较大，而其余部分速度 梯度很小
➢ 远离固体壁面，视为理想流 体－－欧拉方程、伯努利方程
➢ 靠近固体壁面的一薄层流体， 进行控制方程的简化－－流动 边界层
27
❖ 在薄层内取一微元体，那么进入微元体的热流为 由温度梯度引起的导热热流、由进入微元体的传 递组分本身具有的焓。
稳定状态时，微元体处于热平衡，满足下列关系式：
令
无因次数为传质阿克曼修正
系数，表示传质速率的大小、
方向对传热的影响。
28
得 边界条件为
令
得方程的解为：
代入边界条件，最后得到流体在薄层内的温度分别为：
水蒸 汽的汽化潜热r=2463.1kJ/kg，Sc=0.6.,Pr=0.7。 试计算干空气的温度。
2.试计算空气沿水面流动时的对流质交换系数hm和每小时从 水面上蒸发的水量。已知空气的流速u=3m/s，沿气流方向
的
水面长度l=0.3m，水面的温度为15 ℃，空气的温度20℃，
空气的总压力1.013*105Pa，其中水蒸汽分压力p2=701Pa，
➢边界层厚度
1904年普朗特首先提出
39
4.5.1 边界层理论的基本概念
边界层的定义
流体在绕过固体壁面流动时，紧 靠固体壁面形成速度梯度较大的 流体薄层称为流动边界层
流速相当于主流区速度的0.99处到固 体壁面间的距离定义为边界层的厚度
边界层的形成与特点 Re vl
平板绕流
Re x
v0 x
传热的基本原理和规律 ppt课件
5.1 传热过程概述
5.1.1 热传导及导热系数
5.1.2 对流
5.1.3 热辐射 5.1.4 冷热流体（接触）热交换方式及 换热器
传热的基本原理和规律
18
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
一、直接接触式换热和混合式换热器 二、蓄热式换热和蓄热器 三、间壁式换热和间壁式换热器√
传热的基本原理和规律
接触热阻 因两个接触表面粗糙不平而产生的附加热阻。 接触热阻包括通过实际接触面的导热热阻和
通过空穴的导热热阻（高温时还有辐射传热）。 接触热阻与接触面材料、表面粗糙度及接触
面上压力等因素有关，可通过实验测定。
传热的基本原理和规律
33
二、多层平壁的一维稳态热传导
接触热 阻
图5-5 接触热阻的影响
传热的基本原理和规律
19
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
动画22
图5-1 套管式换热器 1-内管 2-外管
传热的基本原理和规律
20
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
图5-2 单程管壳式换热器
动画21 1-外壳,2-管束,3、4-接管,5-封头,6-管
板,7-挡板,8-泄水池
传热的基本原理和规律
21
冷热流体（接触）热交换方式及换热器
或
Qt1 t2 t2 t3 t3 t4
b1
b2
b3
1S 2S 3S
传热的基本原理和规律
31
二、多层平壁的一维稳态热传导
三层平壁稳态热传导速率方程
Q
t1 t4
b1 b2 b3
1S 2S 3S
对n层平壁，其传热速率方程可表示为
Q t1 tn 1
bi
iS
电子教案与课件：传热和传质基本原理 C3(full)
B. Adiabatic: d / dx |xL 0
C. Fixed temperature: L L D. Infinite fin (mL>2.65): L 0
肋片传热速率
q f
kAc
d
dx
|x0
Af h x dAs
无限长肋片的结果
3.6.3 肋片性能
1 肋片通过增加有效对流表面积来增加表面上的传热。 2 对肋基表面向外的传热，肋片又代表了一个传导热阻。
1.非对称边界条件
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts,2
Ts,1 2
x L
Ts,1
Ts,2 2
dT qx kA dx const.
在有内热源的情况下， 热流密度是随x变化的。
2.对称边界条件
温度分布关于中心面对称，故
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts
中心面温度最高：
T
0
T0
qL2 2k
1 r2
k
T
z
k
T z
q
cp
T t
2.24
1 r2
r
kr
2
T r
r2
1
sin2
k
T
r2
1
sin
k
sin
T
q
cp
T t
2.27
研究一维、稳态条件下通过扩散传递热量的情况。
一维：变量在空间上的变化只需单一坐标描述，温度梯度仅在单一 坐标方向上存在，也仅在此方向上传热。
T0
3.21
1 横截面积A(x)和材料的导热系数k(T)均可为已知。【可测量】
C. Fixed temperature: L L D. Infinite fin (mL>2.65): L 0
肋片传热速率
q f
kAc
d
dx
|x0
Af h x dAs
无限长肋片的结果
3.6.3 肋片性能
1 肋片通过增加有效对流表面积来增加表面上的传热。 2 对肋基表面向外的传热，肋片又代表了一个传导热阻。
1.非对称边界条件
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts,2
Ts,1 2
x L
Ts,1
Ts,2 2
dT qx kA dx const.
在有内热源的情况下， 热流密度是随x变化的。
2.对称边界条件
温度分布关于中心面对称，故
T
x
qL2 2k
1
x2 L2
Ts
中心面温度最高：
T
0
T0
qL2 2k
1 r2
k
T
z
k
T z
q
cp
T t
2.24
1 r2
r
kr
2
T r
r2
1
sin2
k
T
r2
1
sin
k
sin
T
q
cp
T t
2.27
研究一维、稳态条件下通过扩散传递热量的情况。
一维：变量在空间上的变化只需单一坐标描述，温度梯度仅在单一 坐标方向上存在，也仅在此方向上传热。
T0
3.21
1 横截面积A(x)和材料的导热系数k(T)均可为已知。【可测量】
电子教案与课件：传热和传质基本原理 C10FULL
qs
l hfg
qs
10.4b
Db
l g
10.4a
V qs
10.3.2 池内沸腾的模式
沸腾曲线可以说明支配沸腾过程的物理机理。
1）这条具体的曲线是针对水的，但其他流体 也有类似的趋势。
2）这条曲线是通过改变表面温度并测量热流 密度获得的，即温度控制模式。
3）由牛顿冷却定律，qs hTs Tsat h Te ，
可知热流密度既与对流系数也与过余温度有关。
Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, vol. 37, no. 206, pp. 367-374, June 1934. The English translation was published twice in International Journal of Heat and Mass Transfer, in vol. 9, pp. 1419-1433, 1966 and in vol. 27, pp. 959-970, 1984.
3）固-液交界面上的沸腾，或固-汽（刚开始）、液-汽交界面上的凝结
沸腾与凝结的特征
1）涉及流体的运动，属对流传热模式，但不是单相流体传热。 2）由于存在相变，会发生流体放热或吸热而流体温度不变的情况。 3）重要参数：潜热，液-气交界面上的表面张力，两相之间的密度差，
密度差引起的浮力远大于无相变的自然对流。 4）由于潜热和浮力驱动的流动的共同作用，使沸腾与凝结的换热系数
使用镍铬丝做实验时，当热流密度达到并略高于qmax 时， 线的温度突然跳至镍铬丝的熔点，发生烧毁现象。
用铂丝替换镍铬丝， 可获得 qmax 而不烧毁。
当依次降低功率时，
传热和传质基本原理第六章燃料电池中的传热传质
J. Electroanalytical Chemistry, 578 (2005) 105-112. J. Physical Chemistry B, 110(2006) 5245-5252. Electrochimica Acta, 52 (2007) 2649-2656.
45
纳米电催化剂
20 nm
18
固体氧化物燃料电池（SOFC）
SOFC以重整气（H2+CO）为燃料，空气为氧化剂。采用氧 化钇稳定的氧化锆基固体电解质。
SOFC电池反应：
图6－9 SOFC电池反应
19
SOFC电池的工作过程与其他燃料电池有所不同。由于固体 电解质不允许电子和氢离子通过，而只允许带负电的氧离
子通过，因此它的电池反应为
Understanding transport phenomena at different scales
Novel system design and integration
44
纳米电极催化剂
20 nm
Pt nano-particles (2-3 nm) on nanotubes
PtRu nano-particles (3-4 nm) on nanotubes
图6-13 MCFC燃料电池结构示意图
25
图6—14 MCFC发电厂流程图
26
质子交换膜燃料电池（PEMFC）
PEMFC以固体电解质膜为电解质。电解质不传导电子，是 氢离子的良导体。PEMFC采用氢气、液态烃或甲醇作为燃 料，氧或空气作为氧化剂。
PEMFC电池的工作原理是：氢气和氧气通过双极板的导气 通道分别到达电池的阳极和阴极，再通过电极上的扩散层 到达质子交换膜。
传质的理论基础---热质交换与设备原理-PPT精选文档
N种组分的混合物 总质量浓度：
i
i 1
N
2019/3/24
92-3
物质的量是国际单位制中7个基本物理量之一（长度、质量、时间、电流强度、发 光强度、温度、物质的量），它和“长度”，“质量”等概念一样，是一个物理量 的整体名词。单位为摩尔(mol)。物质的量是表示物质所含微粒数(N)与阿伏伽德罗 常数(NA)之比,即n=N/NA。它是把微观粒子与宏观可称量物质联系起来的一种物理 量。
x i M i*
2019/3/24
92-6
2.1.2 传质速率的度量
2.1.2.1传质的速度 多组分的传质过程中，uA、uB代表组分A、B的实际移动 速度，称为绝对速度。u代表混合物的移动速度，称为主体流 动速度或平均速度(以质量为基准)（若以摩尔为基准，用um表 示）；uA-u及uB-u代表相对于主体流动速度的移动速度，称为 扩散速度。 uA uA-u
2019/3/24 92-14
2.1.3.2 对流传质 1）对流传质 流动流体与相界面一侧进行的物质传递，称 为对流扩散--对流质交换：分子扩散+对流扩散。 2）紊流扩散 由于流体质点的湍流和涡旋传递物质的现象 称为紊流扩散。 湍流流动中也存在着一定的分子扩散，只是 紊流扩散起主要作用 。
2019/3/24 92-15
物质的量浓度（kmol/m3）： N种组分的混合物总的 物质的量浓度：
ni Ci V
ni
Mi M i*
C
C
i 1
N
ni 就是物质的量
i
质量浓度和物质的量浓度的关系：
i Ci * Mi
Mi*-组分i的摩尔质量
2019/3/24 92-4
质量分数：
传质原理及应用 ppt课件
16
固定截面上包括运动的分子对称面，则有：JA=-JB N总体流动通量，由两部分组成
N CA N CB N CC
总体流动中携 带的组分A
总体流动中携 带的组分B
PPT课件
17
在截面F与两相界面间做物料衡算
对组分A：
JA
CA C
N
NA
对组分B：
CB C
N
JB
1’
1
pA1
JA N JB
力相当的de厚的层流膜(虚拟膜、当量膜、有效膜) 内，
对流传质的作用就折合成了相当于物质通过de距离的分子
扩散过程，这种简化处理的P理PT课件论称为膜模型。
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（2）对流传质速率方程
对于气相
NA
DG
RTdG
P pBm
pA1 pA2
令： kG
DG
RTdG
P pBm
对于液相
NA
PPT课件
7
一、分子扩散
1、分子扩散概述与费克定律
PPT课件
8
PPT课件
9
分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在 浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较 高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。
分子运动论：随机运动,道路曲折,碰撞频繁 扩散速 率很慢
(1)费克定律 a.扩散通量：
kL 2
DL
渗透模型参数，是气液相每次接触的时间
PPT课件
33
溶质渗透理论比膜模型理论更符合实际，指明 缩短τ可提高液膜传质系数。故，增加液相的湍动程 度、增加液相的表面积均为强化传质的途径。
传热传质学PDF课件
o o
λ = 22.3 W (m ⋅ K) ，
a = 8.8 × 10−6 m 2 s ， t∞ = 30 o C ， h = 18.5 W (m 2 ⋅ K) 。
求：长轴的最低温度达到 450 C 所需的时间。
o
多维非稳态导热 3-48、 已知： 一正方形人造木块， 边长为 0.1m，λ = 0.65 W (m ⋅ K) ，ρ = 810 kg m ，
失要用掉多少千克煤？ 对流 1-9、已知：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管 壁平均温度 tw =69 C ，空气温度 t f =20 C ，管子外径 d =14mm，加热段长 80mm，输入加 热段的功率为 8.5W。全部热量通过对流换热传给空气。 求：此时的对流换热表面传热系数为多大？ 1-11、已知：一长、宽各为 10mm 等温集成电路芯片安装在一块底板上，温度为 20 C
λ = 1.15 W ( m ⋅ K ) 。其它条件不变。
求： k = ? 传热过程及综合分析 1-27、已知：黑体表面 1、2 组成的空腔厚度远小于高度与宽 度 ， 平 板 δ = 0.1m ，
λ = 17.5 W (m ⋅ K) 。 tw1 = 27 o C ，
tw 2 = 127 o C 。
求：稳态工况的 t w3 = ? 1-28 、 已 知 ： 玻 璃 窗 尺 寸 为 60cm × 30cm ， δ = 4mm ，
多维导热 2－56、已知：矩形区域内的常物性、二维无内热源的导热问题。 求：分析在下列四种边界条件的组合下，导热物体为铜或钢时，物体中温度分布是否 一样： （1）四边均为给定温度；
（2）四边中有一个边绝热，其余三个边均为给定温度； （3）四边中有一个边为给定热流（不等于零） ，其余三个边中至少 有一个边为给定温度； 热阻分析 2－60、已知：如图，两块不同材料的平板组成的大平板。 求： Φ = ? 综合分析 2 － 64 、已知：苹 果如图放置，每天的发热量为 4000 J kg ，
λ = 22.3 W (m ⋅ K) ，
a = 8.8 × 10−6 m 2 s ， t∞ = 30 o C ， h = 18.5 W (m 2 ⋅ K) 。
求：长轴的最低温度达到 450 C 所需的时间。
o
多维非稳态导热 3-48、 已知： 一正方形人造木块， 边长为 0.1m，λ = 0.65 W (m ⋅ K) ，ρ = 810 kg m ，
失要用掉多少千克煤？ 对流 1-9、已知：在一次测定空气横向流过单根圆管的对流换热实验中，得到下列数据：管 壁平均温度 tw =69 C ，空气温度 t f =20 C ，管子外径 d =14mm，加热段长 80mm，输入加 热段的功率为 8.5W。全部热量通过对流换热传给空气。 求：此时的对流换热表面传热系数为多大？ 1-11、已知：一长、宽各为 10mm 等温集成电路芯片安装在一块底板上，温度为 20 C
λ = 1.15 W ( m ⋅ K ) 。其它条件不变。
求： k = ? 传热过程及综合分析 1-27、已知：黑体表面 1、2 组成的空腔厚度远小于高度与宽 度 ， 平 板 δ = 0.1m ，
λ = 17.5 W (m ⋅ K) 。 tw1 = 27 o C ，
tw 2 = 127 o C 。
求：稳态工况的 t w3 = ? 1-28 、 已 知 ： 玻 璃 窗 尺 寸 为 60cm × 30cm ， δ = 4mm ，
多维导热 2－56、已知：矩形区域内的常物性、二维无内热源的导热问题。 求：分析在下列四种边界条件的组合下，导热物体为铜或钢时，物体中温度分布是否 一样： （1）四边均为给定温度；
（2）四边中有一个边绝热，其余三个边均为给定温度； （3）四边中有一个边为给定热流（不等于零） ，其余三个边中至少 有一个边为给定温度； 热阻分析 2－60、已知：如图，两块不同材料的平板组成的大平板。 求： Φ = ? 综合分析 2 － 64 、已知：苹 果如图放置，每天的发热量为 4000 J kg ，
传热基本原理课件
《传热基本原理》PPT课件
34
多层(n层)圆筒炉墙的导热热流量
如果圆筒炉墙各层的内外高度不等，则热流 量用下式计算
《传热基本原理》PPT课件
35
式中，si/（λiFi）为第i层圆筒炉墙的 热阻，其计算方法与单层圆筒炉墙相同。 由此可见，和多层平壁炉墙一样，多层圆 筒炉墙的总热阻等于各层炉墙热阻之和。
异。
《传热基本原理》PPT课件
10
在实际计算中，为简化计算过程，一般取物 体算术平均温度下的热导率代表物体热导率的平 均值。
均0b均 t
式中 t均 —平均温度（℃），
t均＝t1
2
t
2
《传热基本原理》PPT课件
11
三、平壁炉墙上的导热 1、单层平壁炉墙的稳定导热 设单层平壁炉墙(图1-1)，其壁厚为s，材料 的热导率λ不随温度变化，表面温度分别为t1和 t2(t1＞t2)，并保持恒定。若平壁面积是厚度的 8∼10倍时，可忽略端面导热的影响，误差小于1 ％。平壁温度只沿垂直于壁面x轴方向变化，所 以它是单向稳定态导热问题。
影响对流换热的因素很多，如：流体流动的 动力；流体的流动状态；流体的物理性质；流体 与固体接触表面的几何形状、大小、放置位置； 粗糙程度以及固体表面与流体的温度等。
《传热基本原理》PPT课件
39
1、流体流动的动力 按流体流动动力的来源不同，流体流动可分为 自然流动和强制流动(或强迫流动)。 ⑴自然流动 由于流体内存在温度差，造成流体 内各部分密度不同而引起的流动。所进行的换热称 为自然对流换热，是流体和温度不同的固体表面接 触的结果，流动速度与流体性质、固体表面的位置 等因素有关。传热强度主要取决于温度差。
《传热基本原理》PPT课件
化工原理第五章吸收(传质理论之一)超详细讲解
YA* 1 YA*
mX A 1 XA
YA* (1
X A ) mX A (1 YA* ) mX AYA*
mX A
YA* (1
X A) mX
AYA*
mX
A
YA*
mX A 1 (1 m)X A
稀溶液
mX
A
即: YA*=mXA 或: XA*=YA/m
吸收前1：nA1/nB=(nA1/n总1)/(nB/n总1)= yA1/yB1 =YA1
= yA1/(1-yA1) 吸收后2：nA2/nB=(nA2/n总2)/(nB/n总2)= yA2 /yB2 =YA2
= yA2/(1-yA2) 由此提示我们：要求A被吸收的量，要用到A在惰性气体 B中A的含量分率yA/yB，令为YA。 定义： YA –摩尔比/比摩尔分数(率)
4 、 以YA~XA比摩尔分率表示的亨利定律 YA:每mol惰气中所含A的mol数。起始时--YA1,终了时--YA2 XA：每mol吸收剂中所含A的mol数。吸收从XA1→XA2
YA
yA 1 yA
yA
YA 1 YA
XA
xA 1 xA
xA
XA 1 XA
由y*A=mxA得：
对一定的吸收体系(质A，剂S确定)，E和H为常数，都反映A 在S中的溶解度大小。E～H关系？先找CA～xA关系：
p* A
=
CA
=
ρS
xA = ExA
H HMS
即E∝1/ H ，E↑，H↓，气体在该吸收剂中越难溶。
xA～CA关系：
-
3 、 以yA ～ xA表示的亨利定律
∵A的气相摩尔分数 yA=pA/p总 = nA/ n总 ∴ y*A=p*A/P=(ExA)/P=mxA 或 x*A= yA/m 即 x*A∝yA m=E/P——相平衡系数(无因次)，E↑, m↑,气体越难溶。
《传热与传质》课件
《传热与传质》PPT课件
本PPT课件将介绍传热与传质的基本概念、热传递方式、热传递方程、热传递 应用、质量传递方式、质量传递方程、质量传递应用等内容。
一、引言
定义传热与传质
对传热与传质概念进行准确明晰的界定。
传热与传质的重要性
解释传热与传质在各个领域的重要性和应用。
传热与传质的分类
将传热与传质按照不同的方式进行分类。
2. 质量传递方程
简要介绍质量守恒定律、质量 扩散方程和泊肃叶定律。
3. 传质的应用
探究传质在化学反应和汽车尾 气净化过程中的应用。
四、结语
• 传热与传质是不可或缺的领域。 • 展望传热与传质在未来的应用前景。
二、传热
1
1. 热传递方式
描述热传递的三
流和辐射。
介绍傅里叶传热定律、热传导方程、对
流传热方程和辐射传热方程。
3
3. 热传递的应用
探讨热传递在工业生产和热力学循环中 的应用。
三、传质
1. 质量传递方式
详细讨论质量传递的三种基本 方式：扩散、对流和牛顿冷却 定律。
本PPT课件将介绍传热与传质的基本概念、热传递方式、热传递方程、热传递 应用、质量传递方式、质量传递方程、质量传递应用等内容。
一、引言
定义传热与传质
对传热与传质概念进行准确明晰的界定。
传热与传质的重要性
解释传热与传质在各个领域的重要性和应用。
传热与传质的分类
将传热与传质按照不同的方式进行分类。
2. 质量传递方程
简要介绍质量守恒定律、质量 扩散方程和泊肃叶定律。
3. 传质的应用
探究传质在化学反应和汽车尾 气净化过程中的应用。
四、结语
• 传热与传质是不可或缺的领域。 • 展望传热与传质在未来的应用前景。
二、传热
1
1. 热传递方式
描述热传递的三
流和辐射。
介绍傅里叶传热定律、热传导方程、对
流传热方程和辐射传热方程。
3
3. 热传递的应用
探讨热传递在工业生产和热力学循环中 的应用。
三、传质
1. 质量传递方式
详细讨论质量传递的三种基本 方式：扩散、对流和牛顿冷却 定律。
《热质交换原理与设备》课件：第2章 传质的理论基础
上述扩散过程将一直进行到整个容器中A、B两种物质 的浓度完全均匀为止，此时，通过任一界面物质A、B 的净扩散通量为零，但扩散仍在进行，只是左右两物 质的扩散通量相等，系统处于扩散的动态平衡中。
分子扩散可以因浓度梯度、温度梯度 或压力梯度而产生，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。浓度差是产生质交换的推动 力（类比温度差是传热的推动力）
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。这与导热是从高温向低温与温度 梯度方向相反一样。
适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程。
对于两组分扩散系统，由于
jA jB 及 J A JB
所以，有
DAB DBA
上式表明，在两组分扩散系统中，组分A在组分B中 的扩散系数等于组分B在组分A中的扩散系数，故后面对
（2）对流传质
1）对流传质 是指具有一定浓度的混合物流体流过不同浓 度的壁面时，或两个有限互溶的流体层发生运动时的质量 传递。流体作对流运动，当流体中存在浓度差时，对流扩 散亦必同时伴随分子扩散，分子扩散与对流扩散两者的共 同作用均称为对流质交换（类似于对流换热），单纯的对 流扩散不存在。
对流质交换是在流体与液体或固体的两相交界面上完 成的，例如，空气掠过水表面时水的蒸发；空气掠过固态 或液态萘表面时萘的升华或蒸发等等。
jA
DAB
d A
dz
JA
DAB
dCA dz
或
jB
DBA
dB
dz
或
JB
DBA
dCB dz
说明：
为组分A在扩散方向的质量浓度梯度，kg/(m3m)；
DAB为比例系数，称分子扩散系数，AB表示混合物中 物质A向物质B进行的扩散，扩散系数的单位是m2/s；
高等传热学ppt课件
阐述复合换热过程的基本概念，包括其定义、分类以及在实际工程 中的应用。
复合换热过程的数学模型
建立复合换热过程的数学模型，包括热传导、对流换热和辐射换热 的综合效应，以及不同换热方式之间的耦合关系。
复合换热过程的数值模拟
采用数值模拟方法，对复合换热过程进行仿真分析，揭示其温度场 、流场和传热特性的变化规律。
06
高等传热学应用领域探讨
Chapter
微尺度传热现象研究
微尺度传热机制
探讨在微米和纳米尺度下，热传导、热对流 和热辐射等传热机制的特点和规律。
微尺度效应
分析微尺度下，表面积与体积比增大、热边界层变 薄等效应对传热过程的影响。
微纳器件热管理
研究微纳电子器件、MEMS器件等的热设计 、热分析和热控制方法，以提高器件性能和 可靠性。
多维稳态导热问题求解
多维稳态导热
物体内部温度分布不随时间变化，但热量在多 个方向上传递。
求解方法
通过求解多维导热微分方程，结合给定的定解 条件，得到物体内部的温度分布。
应用举例
求解复杂形状物体、多层材料组成的复合结构等在稳态导热下的温度分布。
03
对流换热过程分析与计算
Chapter
对流换热现象及分类
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
牛顿冷却定律
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单 位面积散失的热量与温度差成正比。
热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换 为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过 程中熵的微增量总是大于零。
复合换热过程的数学模型
建立复合换热过程的数学模型，包括热传导、对流换热和辐射换热 的综合效应，以及不同换热方式之间的耦合关系。
复合换热过程的数值模拟
采用数值模拟方法，对复合换热过程进行仿真分析，揭示其温度场 、流场和传热特性的变化规律。
06
高等传热学应用领域探讨
Chapter
微尺度传热现象研究
微尺度传热机制
探讨在微米和纳米尺度下，热传导、热对流 和热辐射等传热机制的特点和规律。
微尺度效应
分析微尺度下，表面积与体积比增大、热边界层变 薄等效应对传热过程的影响。
微纳器件热管理
研究微纳电子器件、MEMS器件等的热设计 、热分析和热控制方法，以提高器件性能和 可靠性。
多维稳态导热问题求解
多维稳态导热
物体内部温度分布不随时间变化，但热量在多 个方向上传递。
求解方法
通过求解多维导热微分方程，结合给定的定解 条件，得到物体内部的温度分布。
应用举例
求解复杂形状物体、多层材料组成的复合结构等在稳态导热下的温度分布。
03
对流换热过程分析与计算
Chapter
对流换热现象及分类
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以 与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程 中，能量的总值保持不变。
牛顿冷却定律
当物体表面与周围存在温度差时，单位时间从单 位面积散失的热量与温度差成正比。
热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其 他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换 为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过 程中熵的微增量总是大于零。
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（5） 温度对扩散系数的影响
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§3-6 流体和多孔介质中的扩散和扩散 系数
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多孔介质中的弥散传质 The origin of dispersion（弥散）
Physically, a non-constant advecting velocity
D f x c ~ j x u ~ ij)f jku ~ iu ~jfu ~ kc ~f
(*)
(1 C r)c ~ u ~ jf u x i jf u ~ ju ~ if( c x jfjk u ~ k c ~ f) 0
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Thus the last equation can be simplified as:
u j 0 x j
u ti xjuju i1 x p i xj
( u i uj) xj xi
c t xj
ujcxj
(Df xcj)
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45
Volume-averaged macroscopic GEs
u j f 0 x j
uif t
xj
ujf
uif
1pf
f xi
microscopic equations reads the spatial deviation: u~ j 0 x j
D D u ~i t xj(u ~juif u ~iu ~j)1f x ~ pi xj( x u ~ij u ~ xij)
Kuif b2(ukfukf)0.5uif
D D c ~ x jt ( u ~ j c f u ~ j c ~ u ~ j c ~ f) x jD f x c ~ j a fh f( c f c s )
where
D
Dt t
ujf
xj
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Note the relationship
D D u ~ic~tc~D D u ~i t u ~i D Dc~t
21
§3-4 Fick第二定律
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§3-5 固体中的扩散和扩散系数
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（4） 化学势驱动下的扩散系数
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§3-2 质量传输方式、浓度、物质流
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8ppt课件9 Nhomakorabea ppt课件
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§3-3 Fick第一定律
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传热传质理论
（Heat and Mass Transfer Theory）
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第三章 传质理论
§3-1 概述
在材料加工、化工、冶金、低温工程、空间技术 等领域中，质量传输是很重要的过程。
许多加工工艺的单元操作，如加热、溶解、焊接、 表面热处理等，也都涉及传质过程。
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3
occurs in porous media with disturbance near
pore wall. Parts of the material are carried
faster than others, so that the distribution gets
stretched and distorted. This results in sharp
gradients perpendicular to the flow, which
diffusion can then iron out. The combination
of a shearing advection velocity with weak
diffusion can lead to quite effective mixing.
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Theoretical analyses
Volume average
1 dV V Vf
Intrinsic average
f 1 dV f
Vf Vf
f ~ 1 dA V Ai nt
Microscopic governing equations
Schematic of a porous media
Du ~ic~f Dt
(c~u ~jf
uif xj
u ~ju ~if
cf xj
)Df xc~j xu ~ij)f
c~(1f x~ pi xi( xu ~ij u ~ xij))f 0
c ~ ( 1 f x ~ p i x i ( x u ~ i j u ~ x ij)f) C ru ~ jc ~ f u x i j f
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传质现象的八种形式:
(1) 浓度梯度引起的分子扩散 (2) 温度梯度引起的热扩散 (3) 压力梯度引起的压力扩散 (4) 除重力外的其它外力引起的强迫扩散 (5) 强迫对流传质 (6) 自然对流传质 (7) 紊流传质 (8) 相际传质
R.B. Bird, Theory of Diffusion, Adv. Chem. Eng., 1956 (1) 170.
u~kc~f
jk1
cf xj
ij can be written as a function of Ddis
ij
1 uif ujf Ddis | uf |2
Equation (*) now can be written as: D f x c ~ j x u ~ ij)f D 1 dis u ~ iu ~ jfu ~ jc ~ f)
(uif
xj xj
ujf ) xi
1
Vf
Ain(ip( xuij u xij)n )jdA
(cf
t
xjujfcf) xj(Df cxjf
Df V
A ci nnijdA u ~jc ~f)
V 1AinD i f xcjnjdA
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Subtracting the volume-averaged equations from the