传递过程原理第五章
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第五章质量传递
5.1 概述
环境工程中常见的传质过程： u 吸收
吸收是指根据气体混合物中各组分在同一溶剂中的溶解 度不同，使气体与溶剂充分接触，其中易溶的组分溶于溶剂 进入液相，而与不溶解的组分(惰性组分)分离。 如，采用石灰水洗涤含SO2的锅炉尾气， SO2与洗涤液 中的CaCO3和CaO反应，转化为CaSO3·2H2O，从而可净化 烟气－－烟气脱硫技术。
5.4 分子传质 5.4.1 等分子反向扩散
稳态过程，连通管内 NA、D、T · · · 均为常数。
DAB ∴ J Adz = − dp A RT
边界条件：z1= 0, pA= pA1； z2= L, pA= pA2 ，积分得
D JA = (p A1 − p A2 ) RTL D = D AB = DBA
5.1 概述
概念： 在一个含有两种或两种以上组 分的体系中，若某组分的浓度分布 不均匀，该组分会由浓度高的区域 向浓度低的地方转移，即质量传递 过程。
扩散
浓度差
5.1 概述
分类： u相内传质过程 物质在一个物相内部从浓度高的地方向浓度低的地 方转移的过程。 如，煤气在空气中的扩散，食盐在水中的溶解等。 u相际传质过程 物质由一个相向另一个相转移的过程。 分离均相混合物必须经历的过程。作为化工单元 操作在工业生产中广泛应用，如蒸馏、吸收、萃取等。
5.3 质量传递的基本原理 5.3.2 费克定律
分子对 称面 分子对 称面 A 由于浓度差的存在，在组 分扩散过程中，有一个A分子 通过某一截面（不固定），就 有一个B分子反方向通过这一 截面，填补A分子的空位.
B
5.3 质量传递的基本原理 5.3.2 费克定律
u 对于气体混合物，费克定律也常用分压梯度来表示 dc A D AB dp A pA cA = J A = − DAB =− ⋅ RT dz RT dz u 对于双组分气体混合物，cM = cA +cB，则 dc A dc B =− 即 （浓度梯度相等，方向相反） dz dz --- 双组分混合物中，产生物质A的扩散通量JA的同时， 必伴有方向相反的物质B的扩散通量JB。 --- DAB = DBA = D， JB = －JA
2016年北京化工大学化工传递过程原理总复习
2016/12/2 5
第三章 运动方程的应用
1、掌握不可压缩流体的平壁间稳态层流的推导。
2、爬流的定义和特点。 3、流函数的定义式。 4、势函数的定义式，势函数存在的判据。 5、斯托克斯方程、欧拉方程的表达式及应用范围。 6、掌握本章习题。
2016/12/2
6
第四章 边界层理论基础
1、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。
题型
1、概 念 2、大推导 3、计算题 4、小推导 5、论述题 6-7 个 约20分 1 个 约20分 3-4 个 约40分 1-2 个 约10分 1 个 约10分
考试时间2.5小时
2016/12/2 3
第一章 动量、热量和质量传递导论
1、描述层流下三类传递过程的类似性。
2、掌握三个准数的定义式。
2016/12/2 14
2016/12/2
15
3、传递过程、分子传递和涡流传递概念
2016/12/2
4
第二章 连续性方程和运动方程
1、衡算方法、衡算定律和计算衡等式。 2、什么是欧拉研究方法？ 3 、什么是拉格朗日研究方法？ 4、随体导数、全导数的表达式， 描述随体导数、全导数和偏导数物理意义。 4、熟悉连续性方程、运动方程的推导。 6、掌握不可压缩流体的连续性方程、运动方 程表达式。
总复习
有关考试
考试时间：2016年12月6日14:00 – 16:30
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。
第三章 运动方程的应用
1、掌握不可压缩流体的平壁间稳态层流的推导。
2、爬流的定义和特点。 3、流函数的定义式。 4、势函数的定义式，势函数存在的判据。 5、斯托克斯方程、欧拉方程的表达式及应用范围。 6、掌握本章习题。
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6
第四章 边界层理论基础
1、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。
题型
1、概 念 2、大推导 3、计算题 4、小推导 5、论述题 6-7 个 约20分 1 个 约20分 3-4 个 约40分 1-2 个 约10分 1 个 约10分
考试时间2.5小时
2016/12/2 3
第一章 动量、热量和质量传递导论
1、描述层流下三类传递过程的类似性。
2、掌握三个准数的定义式。
2016/12/2 14
2016/12/2
15
3、传递过程、分子传递和涡流传递概念
2016/12/2
4
第二章 连续性方程和运动方程
1、衡算方法、衡算定律和计算衡等式。 2、什么是欧拉研究方法？ 3 、什么是拉格朗日研究方法？ 4、随体导数、全导数的表达式， 描述随体导数、全导数和偏导数物理意义。 4、熟悉连续性方程、运动方程的推导。 6、掌握不可压缩流体的连续性方程、运动方 程表达式。
总复习
有关考试
考试时间：2016年12月6日14:00 – 16:30
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。
(最新整理)第05章质量传递
一、等分子反向扩散 在一些双组分混合体系的传质过程中，当体系总
浓度保持不变时，组分A在分子扩散的同时伴有组分 B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散的量与组分A 相等，这种传质过程称为等分子反向扩散。
pA1
p1 pB1
pA1 > pA2 A
B pB1 < pB2
pA2
2
p
pB2
1、2两截面上A、B 分压保持不变
组分A在相主体的分压
主体间的对数平均分压
与等分子反向扩散速率方程相比，单向扩散时多了一个因子
第三节 分子传质
讨论
NA
DABclnccA,0 L ccA,i
NA
DABc LcB,m
(cA,i
cA,0)
NARDTABB pLm , p(pA,i pA,0)
（1）组分A的浓度与扩散距离L为指数关系
p
c
（2） p Bm 、c B, m
分子扩散是由浓度差引起的分子微观运动；主 体流动是由气相主体与相界面之间的压差引起的流 体的宏观运动，起因是分子扩散，所以主体流动是 分子扩散的伴生现象。
第三节 分子传质
2、扩散通量 扩散组分的总通量由两部分组成，即流动所造成的 传质通量和叠加于流动之上的分子扩散通量；
由组分A、B 组成的混合气体，如组分A 为溶质，B 为惰 性气体，组分A向液体界面扩散并溶于液体中，则组分A 的传质通量为流动中组分A的传质通量+分子扩散通量。
第五章 质量传递 本章主要内容
第一节 环境工程中的传质过程 第二节 质量传递的基本原理 第三节 分子传质 第四节 对流传质
第一节 环境工程中的传质过程
1、水、气体和固体中污染物的分离过程
分类
非均相混合物
浓度保持不变时，组分A在分子扩散的同时伴有组分 B向相反方向的分子扩散，且组分B扩散的量与组分A 相等，这种传质过程称为等分子反向扩散。
pA1
p1 pB1
pA1 > pA2 A
B pB1 < pB2
pA2
2
p
pB2
1、2两截面上A、B 分压保持不变
组分A在相主体的分压
主体间的对数平均分压
与等分子反向扩散速率方程相比，单向扩散时多了一个因子
第三节 分子传质
讨论
NA
DABclnccA,0 L ccA,i
NA
DABc LcB,m
(cA,i
cA,0)
NARDTABB pLm , p(pA,i pA,0)
（1）组分A的浓度与扩散距离L为指数关系
p
c
（2） p Bm 、c B, m
分子扩散是由浓度差引起的分子微观运动；主 体流动是由气相主体与相界面之间的压差引起的流 体的宏观运动，起因是分子扩散，所以主体流动是 分子扩散的伴生现象。
第三节 分子传质
2、扩散通量 扩散组分的总通量由两部分组成，即流动所造成的 传质通量和叠加于流动之上的分子扩散通量；
由组分A、B 组成的混合气体，如组分A 为溶质，B 为惰 性气体，组分A向液体界面扩散并溶于液体中，则组分A 的传质通量为流动中组分A的传质通量+分子扩散通量。
第五章 质量传递 本章主要内容
第一节 环境工程中的传质过程 第二节 质量传递的基本原理 第三节 分子传质 第四节 对流传质
第一节 环境工程中的传质过程
1、水、气体和固体中污染物的分离过程
分类
非均相混合物
《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
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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
传热学第五章对流换热
第五章
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6 §5-7 §5-8
对流换热
Convective heat transfer
对流换热概说 对流换热的数学描写 对流换热边界层微分方程组 对流换热边界层积分方程组 相似理论与量纲分析 管内受迫流动 横向外掠圆管的对流换热 自然对流换热及实验关联式
λ ∂t 换热微分方程（描写h的本质，hx = − ∆t ( ∂y ) y =0 dA） 连续性方程（描写流体流动状态，即质量守恒） 动量微分方程（描写流动状态，即动量守恒） 能量微分方程（描写流体中温度场分布）
对流换热微分方程组 先作假设： （1）仅考虑二维问题； （2）流体为不可压缩的牛顿流体，稳定流动； （3）常物性，无内热源； （4）忽略由粘性摩擦而产生的耗散热。 以二维坐标系中的微元体为分析对象，根据热力学第一定 律，对于这样一个开口系统，有：
同理：（） dτ qm hout − qm hin ≈ ρcp (
y
H y + dy − H y =
∂t ∂v ⋅ v + ⋅ t )dxdydτ ∂y ∂y
（qm h)out − (qm h)in ∴ ∂t ∂t ∂u ∂v = ρ c p (u + v )dxdy + ρ c p t ( + )dxdy ∂x ∂y ∂x ∂y ∂t ∂t = ρ c p (u + v )dxdy (d ) ∂x ∂y
1.流动边界层（Velocity boundary layer ）
如果流体为没有粘性流体，流体流过平板时，流速在截 面上一直保持不变。 如果流体为粘性流体，情况会如何呢？我们用一测速仪 来测量壁面附近的速度分布。测量发现在法向方向上， 即y方向上，壁面上速度为零，随着y方向的增加，流速 急剧增加，到达一薄层后，流速接近或等于来流速度， 德国科学家普朗特L.Prandtl研究了这一现象，并且在 1904年第一次提出了边界层的概念。
§5-1 §5-2 §5-3 §5-4 §5-5 §5-6 §5-7 §5-8
对流换热
Convective heat transfer
对流换热概说 对流换热的数学描写 对流换热边界层微分方程组 对流换热边界层积分方程组 相似理论与量纲分析 管内受迫流动 横向外掠圆管的对流换热 自然对流换热及实验关联式
λ ∂t 换热微分方程（描写h的本质，hx = − ∆t ( ∂y ) y =0 dA） 连续性方程（描写流体流动状态，即质量守恒） 动量微分方程（描写流动状态，即动量守恒） 能量微分方程（描写流体中温度场分布）
对流换热微分方程组 先作假设： （1）仅考虑二维问题； （2）流体为不可压缩的牛顿流体，稳定流动； （3）常物性，无内热源； （4）忽略由粘性摩擦而产生的耗散热。 以二维坐标系中的微元体为分析对象，根据热力学第一定 律，对于这样一个开口系统，有：
同理：（） dτ qm hout − qm hin ≈ ρcp (
y
H y + dy − H y =
∂t ∂v ⋅ v + ⋅ t )dxdydτ ∂y ∂y
（qm h)out − (qm h)in ∴ ∂t ∂t ∂u ∂v = ρ c p (u + v )dxdy + ρ c p t ( + )dxdy ∂x ∂y ∂x ∂y ∂t ∂t = ρ c p (u + v )dxdy (d ) ∂x ∂y
1.流动边界层（Velocity boundary layer ）
如果流体为没有粘性流体，流体流过平板时，流速在截 面上一直保持不变。 如果流体为粘性流体，情况会如何呢？我们用一测速仪 来测量壁面附近的速度分布。测量发现在法向方向上， 即y方向上，壁面上速度为零，随着y方向的增加，流速 急剧增加，到达一薄层后，流速接近或等于来流速度， 德国科学家普朗特L.Prandtl研究了这一现象，并且在 1904年第一次提出了边界层的概念。
传热学 第五章 对流原理.
层流边界层 紊流核心区
过渡区 紊流边界层 层流底层 主流区 速度边界层厚度 临界距离
层流
过渡流
湍流
u
y
x
xc
层流底层 缓冲层
根据流体力学知识，层流边界层厚度 xv 5x 5x 5 vf vf x Re x
在层流边界层内的速度分布线为抛物线型； 在紊流边界层内，层流底层部分的速度 分布较陡，接近于直线，而在底层以外 的区域，由于流体微团的紊流运动，动 量传递被强化了，速度变化趋于平缓。
如果流体的流动是由于流体冷热部分的密度不同 引起的浮升力造成的，则称为自然对流。暖气 片的散热，蒸汽或其他热流体输送管道的热量 损失，都与这类换热有关。 一般来讲：强迫对流 换热优于自然对流。
二、 在分析对流换热时，还应分清流体的流态。 流体力学告诉我们，流体受迫在流道内流 动时可以有两种不同性质的流态。流体分 层地平行于流道的壁面流动，呈现层流状 态。但当流动状态到超过某一临界值时， 流体的流动出现了旋涡，而且在不断地发 展和扩散，引起不规则的脉动，使流动呈 现紊流状态。
α ＝q/（tf－tw） W
对流换热系数 α表征着对流换热的强弱 。
在数值上，它等于流体和壁面之间的温度 差为 1℃时，通过对流换热交换的热流密 度。单位为W/(m２·℃)。 对流换热量以及相应的换热系数的大小，将 更多地取决于流体的运动性质和情况。
一、速度边界层
流体力学指出，具有粘性且能湿润固 体壁面的流体，流过壁面会产生粘性力。 根据牛顿粘性（内摩擦）定律，流体粘性 力 τ 与垂直于运动方程速度梯度 (dv/dy ） 成正比，即: τ＝μ（dv/dy） Ｎ／m２ （5-2） 式中，μ 称为流体的动力粘度，单位为Pa· s 或kg/(m· s）。
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
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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。