化工传递过程基础知识(ppt 63页)
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化工传递过程总复习.ppt
热量传递的基本方式
一、热传导
q k t A n
二、对流传热 q A ht
三、辐射传热 q0 F FG 0 A T14 T24
四、同时进行导热、对流和辐射传热
kA dt dy
hA ts tb F FG 0 A T14 T24
s
能量方程
DU D
k
(
2t x2
2t y2
2t z2
)
q&
p(
ux x
uy y
uz )
z
J/(m3.s）
（1）不可压缩流体的对流传热
t
ux
t x
uy
t y
uz
t z
2t ( x2
2t y2
2t z2
)
q&
cp
（2）固体中的热传导
t
2t ( x 2
2t y2
2t z 2
)
q&
cp
固体中的热传导
若稳态导热
2t x2
2t y 2
2t z 2
q k
若无内热源
t
2t ( x2
2t y2
2t z 2
课程研究方法
• 首先确定物理模型，阐述三传所遵循的三 个基本物理过程的规律；
• 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；
• 根据具体问题，确定定解条件； • 方程简化、求解，求出速度、温度或浓度
化工传递过程基础(第三版)
粘性流体：具有粘性的流体，也叫实际流体； 理想流体：完全没有粘性的流体，即μ= 0 的流体，自然界不存在；
简化问题，对于粘度较小的流体，如水和空气
（六）流动形态与雷诺数 (Reynolds number)
1. 雷诺试验
雷诺实验
层流(laminar flow)：流速较小时，流体成直线状平稳流动。表明流体中各质点沿着 彼此平行的直线而运动，与侧旁的流体五任何宏观混合。
（一）流速与流率
流速：流体流动的速度，表示为 u
uf(x,y,z,)
流速不均匀分布情况下，点流速（在dθ时间内流体流过距离ds）
ux
dx d
uy
dy d
dz uz d
流率：单位时间内流体通过流动截面的量
[m/s]
※ 以流体的体积计量称为体积流率（流量，Vs）m3/s ※ 以质量计量称为质量流率（w），kg/s
第二章 连续性方程和运动方程
第一节 描述流动问题的两种观点
一、欧拉观点和拉格朗日观点
（一）欧拉观点
以相对于坐标固定的流场内的任一空间点为研究对象，研究流体流经每一 空间点的力学性质； ※ 特点：选定研究对象的体积、位置固定，通过研究对象的物理量随时间改变；
（二）拉格朗日观点
研究对象是流体运动的质点或微团，研究每个流体质点自始至终的运动过程； ※ 特点：选定研究对象的质量固定，位置和体积随时间改变；
✓ 物理过程的速率和传递机理的探讨
• 动量传递
• 热量传递
• 质量传递
推动力：速度差 推动力：温度差 推动力：浓度差
第一章 传递过程概论
第一节 流体流动导论
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性 （一）流体的密度（ρ）
简化问题，对于粘度较小的流体，如水和空气
（六）流动形态与雷诺数 (Reynolds number)
1. 雷诺试验
雷诺实验
层流(laminar flow)：流速较小时，流体成直线状平稳流动。表明流体中各质点沿着 彼此平行的直线而运动，与侧旁的流体五任何宏观混合。
（一）流速与流率
流速：流体流动的速度，表示为 u
uf(x,y,z,)
流速不均匀分布情况下，点流速（在dθ时间内流体流过距离ds）
ux
dx d
uy
dy d
dz uz d
流率：单位时间内流体通过流动截面的量
[m/s]
※ 以流体的体积计量称为体积流率（流量，Vs）m3/s ※ 以质量计量称为质量流率（w），kg/s
第二章 连续性方程和运动方程
第一节 描述流动问题的两种观点
一、欧拉观点和拉格朗日观点
（一）欧拉观点
以相对于坐标固定的流场内的任一空间点为研究对象，研究流体流经每一 空间点的力学性质； ※ 特点：选定研究对象的体积、位置固定，通过研究对象的物理量随时间改变；
（二）拉格朗日观点
研究对象是流体运动的质点或微团，研究每个流体质点自始至终的运动过程； ※ 特点：选定研究对象的质量固定，位置和体积随时间改变；
✓ 物理过程的速率和传递机理的探讨
• 动量传递
• 热量传递
• 质量传递
推动力：速度差 推动力：温度差 推动力：浓度差
第一章 传递过程概论
第一节 流体流动导论
※ 流体：气体和液体的统称
一、静止流体的特性 （一）流体的密度（ρ）
化工基础理论概述PPT
式中 M A、M B ——分别为组分A、B的分子量。
2．质量比与摩尔比 质量比是指混合物中某组分A的质量与惰性组分B（不参加传质的组 分）的质量之比，其定义式为 mA A mB 摩尔比是指混合物中某组分A的摩尔数与惰性组分B（不参加传质的 组分）的摩尔数之比，其定义式为
nA YA nB
式中
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第四章 质量传递
4.1.1 概述
4.1.1.1化工生产中的传质过程
4.1.1.2.相组成表示法
4.1.1.1化工生产中的传质过程
动量传递 化工三传 热量传递 质量传递
是指物质在浓度差、温度差、压力差等推动力作用下，从 一处向另一处的转移，包括相内传质和相际传质两类。
1.传质分离过程：利用物系中不同组分的物理性质或化学性质的 差异来造成一个两相物系，使其中某一组分或某些组分从一相转移 到另一相，达到分离的目的，这一过程称为传质分离过程。 以传质分离过程为特征的基本单元操作在化工生产中很多，有：
pG 气相主体
相界面
水
pi
液相主体 传质方向
Ci CL 空气+氨气 吸收
板式塔 3. 汽液传质塔设备 填料塔
(1) 板式塔
无溢流塔板：结构简单 、压降小、塔板面积利 用率高、 弹性小、效率低 有溢流塔板： 气液两相在设备中要有良好的接触： 接触充分，接触面大，相界面不断更新 无溢流塔板
解： 混合气可视为理想气体，以下标2表示出塔气体的状态。
y A2 0.02
YA2 y A2 0.02 0.02 1 - y A2 1 0.02
pA2 pyA2 101.3 0.02 2.026kPa
cA2 nA2 p A2 2.026 8.018 104 kmol/m3 V RT 8.314 298
化工基础之传热过程及换热器PPT课件
•流道尺寸
截面较小流道更有利于传热 短的流道更有利于传热
•传热面摆放方式
传热面摆放方式不同会影响环流速度，从而 影响自然对流效果
第25页/共73页
经验关联式的建立
• 因次分析 α=f(u,l,μ ,λ,C P,ρ ,gβΔt ) 式中，l——特性尺寸
u——特征流速 基本因次：长度L，时间T，质量M，温度θ 变量总数：8个 有π定律（8-4）=4，可知4个无因次数群
污垢热阻为控制热阻
第33页/共73页
传热过程的平均温度差
• 流体在管道中流动时，壁面两侧流体的温度均沿传热面而变化，过程推动力 （温度差）相应地也发生变化。
第34页/共73页
传热过程的平均温度差
• 恒温传热
间壁两侧冷热流体温度不随其在换热器中的位置而变，温差处处相等，均 为T－t
如间壁一侧为饱和蒸汽冷凝，冷凝温度恒为T； 另一侧为液体沸腾，沸腾温度恒为t。
• 温度随半径而变；此时傅立叶定律应改写为
Q A dt
• 圆筒壁的导热面积随半径而变，dr
A＝2πrL 。
第11页/共73页
• 如图所示，设圆筒壁的内、
外半径分别为r1和r2长度
为L；内、外表面温度分
别为t1和t2，且t1 > t2 ；管
材导热系数为λ。则由傅立叶定律有：
A dt (2 rL) dt
t
t2
Q
((tt11 tt22))
tt RR
导 导热 热推 推动 动力 力 力 导 导热 热热 热阻 阻
AA
第8页/共73页
多层平壁热传导
工程上常常遇到多层不同材料组成的平壁，例如工业用的 窑炉，其炉壁通常由耐火砖、保温砖以及普通建筑砖由里 向外构成，其中的导热则称为多层平壁导热。下面以三层 平壁导热计算为例，介绍多层平壁导热的计算方法。
截面较小流道更有利于传热 短的流道更有利于传热
•传热面摆放方式
传热面摆放方式不同会影响环流速度，从而 影响自然对流效果
第25页/共73页
经验关联式的建立
• 因次分析 α=f(u,l,μ ,λ,C P,ρ ,gβΔt ) 式中，l——特性尺寸
u——特征流速 基本因次：长度L，时间T，质量M，温度θ 变量总数：8个 有π定律（8-4）=4，可知4个无因次数群
污垢热阻为控制热阻
第33页/共73页
传热过程的平均温度差
• 流体在管道中流动时，壁面两侧流体的温度均沿传热面而变化，过程推动力 （温度差）相应地也发生变化。
第34页/共73页
传热过程的平均温度差
• 恒温传热
间壁两侧冷热流体温度不随其在换热器中的位置而变，温差处处相等，均 为T－t
如间壁一侧为饱和蒸汽冷凝，冷凝温度恒为T； 另一侧为液体沸腾，沸腾温度恒为t。
• 温度随半径而变；此时傅立叶定律应改写为
Q A dt
• 圆筒壁的导热面积随半径而变，dr
A＝2πrL 。
第11页/共73页
• 如图所示，设圆筒壁的内、
外半径分别为r1和r2长度
为L；内、外表面温度分
别为t1和t2，且t1 > t2 ；管
材导热系数为λ。则由傅立叶定律有：
A dt (2 rL) dt
t
t2
Q
((tt11 tt22))
tt RR
导 导热 热推 推动 动力 力 力 导 导热 热热 热阻 阻
AA
第8页/共73页
多层平壁热传导
工程上常常遇到多层不同材料组成的平壁，例如工业用的 窑炉，其炉壁通常由耐火砖、保温砖以及普通建筑砖由里 向外构成，其中的导热则称为多层平壁导热。下面以三层 平壁导热计算为例，介绍多层平壁导热的计算方法。
化工传递过程(第三版)第一章PPT课件
思考题
1.传递的方式有哪些？各自的传递条件是什么？ 2.何谓现象方程？并说明表达式中各符号的含义。 3.写出温度的随体导数，并说明其各项的含义？
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
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。
动量传递方向
u1 u2
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。
t1＞ t2 ＞ t3
热流方向 t1 t2 t3
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。
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。
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。
动量守恒定律—牛顿第二定律、热量守恒定律— 热力学第一定律以及质量守恒定律。
对所选过程或物理现象，划定一个确定的衡算范 围，将动量、热量与质量守恒定律应用于该范围， 进行物理量的衡算。
一、守恒定律与衡算方法
对流体流动体系的衡算 Q
w2 w1
W
（a） （b）
（c）
一、守恒定律与衡算方法
化工传递过程基础知识PPT(共 63张)
传递方式：由微观分子热运动所产生的传递为分子传递； 依靠宏观的流体质点的运动造成的传递，称为湍流传递。
传递过程的大小常用传递速率或通量（传递量/m2 s）描述。
第一节 分子传递条件下传递通量的通用表达式
一、质量通量
jA
DAB
dA
dy
式中：jA—A的质量通量，kg/（m2·s）； DAB —A的扩散系数，m2/s；
A
A 2
A 1
u c H o ds A H 2 u d H A 1 u d (w A)H
A
因而：
A 2
A 1
2 1 (w b 2) ug (w ) z (w) H d d t E q W s
称为化工连续稳定流动系统的总能量衡算方程式。
对体系总摩尔流量衡算：
w 2 ' xi2 w 1 'xi1
dM i' d
R i'
R 其中生成速率 ' 和 i
Ri' 的计算方法是：
化学反应方程式写为： bA BA + bB BB + ……+ bi Bi + ……=∑bi Bi =0
同时规定：产物的 bi ＞0，反应物的 bi ＜0 。
w2 w1ddM0
3、有化学反应时的质量衡算
在控制体内当组分间发生化学反应时，则有产物生成，因此产物的生成速率
应加入到衡算中。此时各组分的量根据化学反应的计量关系相应变化，因反 应物和生成物的化学当量相等，故采用摩尔流量单位计算方便。
对组分i的摩尔流量衡算： w2 ' xi2w1'xi1ddM i' Ri'
1
ub
第三章【化工传递过程基础】ppt课件
由连续性方程和运动方程化简可得
ux ν 2ux θ y2
I.C. θ≤ 0，ux＝0；(所有 y) B.C. y = 0，ux＝u0；(所有 θ＞0)
y = ∞，ux＝0；(所有 θ＞0)
.
36
二、方程的求解
令 η y
4νθ
ux ux ηux 1 y ηy η 4νθ
ux =ux ηη ux θ ηθ 2θ η 2yu2x， η uyx η yηuηx η y η y41 νθ2ηu2x
.
14
一、圆管中的轴向稳态层流
流体在圆管中的流动问题许多工程科学中遇到。
设：不可压缩流体在 水平圆管中作稳态层流 流动，所考察的部位远 离管道进、出口，流动 为沿轴向的一维流动。
r z
.
15
一、圆管中的轴向稳态层流
柱坐标连续性方程的简化
1 rr(rur)1 ruθθuzz 0
uz 0 z
N-S方程简化
线作层流流动。若圆筒足够 长，端效应可以忽略。
ω1 ω 2
a b
.
26
ur0, uz0
三、旋转黏度计的测量原理
连续性方程简化
1 rr(rur)1 ruθθuzz 0 ur 0,uz 0
运动方程简化
u θrur urr
uθ r
uθr urθ2uzuzr
uθ 0 θ
Xr1 ρ p rν r1 rr(rur)r122θu2r r22uθθ2zu2r
p ρY ρg y
.
9
一、方程的简化
p μ(2ux )
x
y 2
（a)
p ρY ρg (b)
y
p 0
(c)
z
（b）对 y 积分得
ux ν 2ux θ y2
I.C. θ≤ 0，ux＝0；(所有 y) B.C. y = 0，ux＝u0；(所有 θ＞0)
y = ∞，ux＝0；(所有 θ＞0)
.
36
二、方程的求解
令 η y
4νθ
ux ux ηux 1 y ηy η 4νθ
ux =ux ηη ux θ ηθ 2θ η 2yu2x， η uyx η yηuηx η y η y41 νθ2ηu2x
.
14
一、圆管中的轴向稳态层流
流体在圆管中的流动问题许多工程科学中遇到。
设：不可压缩流体在 水平圆管中作稳态层流 流动，所考察的部位远 离管道进、出口，流动 为沿轴向的一维流动。
r z
.
15
一、圆管中的轴向稳态层流
柱坐标连续性方程的简化
1 rr(rur)1 ruθθuzz 0
uz 0 z
N-S方程简化
线作层流流动。若圆筒足够 长，端效应可以忽略。
ω1 ω 2
a b
.
26
ur0, uz0
三、旋转黏度计的测量原理
连续性方程简化
1 rr(rur)1 ruθθuzz 0 ur 0,uz 0
运动方程简化
u θrur urr
uθ r
uθr urθ2uzuzr
uθ 0 θ
Xr1 ρ p rν r1 rr(rur)r122θu2r r22uθθ2zu2r
p ρY ρg y
.
9
一、方程的简化
p μ(2ux )
x
y 2
（a)
p ρY ρg (b)
y
p 0
(c)
z
（b）对 y 积分得
化工传递过程基础(第三版)共298页PPT
化工传递过程基础(第三版)
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律保护 。—— 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
谢谢！
46、法律有权打破平静。——马·格林 47、在一千磅法律里，没有一盎司仁 爱。— —英国
48、法律一多，公正就少。——托·富 勒 49、犯罪总是以惩罚相补偿；只有处 罚才能 使犯罪 得到偿 还。— —达雷 尔
50、弱者比强者更能得到法律保护 。—— 威·厄尔
61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
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3、通量为单位时间内通过与传递方向相垂直的单位面积上的动、热、质量， 各量的传递方向均与该量的浓度梯度方向相反，故普遍式中加“－”号。
第二节 湍流传递条件下传递通量的通用表达 式
一、涡流传递的通量表达式
在湍流流体中，质点的脉动、混合和旋涡运动，使动、热、质量的传
递程度大大加剧。仿照分子传递的方程式，1877年Boussinesq提出了涡流
d (ux )
dy
——在y方向上的动量浓度梯度，kg m / s m
。
“－”表示动量通量的方向与动量浓度梯度的方向相反，即动量朝着速度降 低的方向传递。 动量通量 = －动量扩散系数×动量浓度梯度
四、动量通量与剪应力
两层流体以ux1和 ux2向前运动，且分子运动引起分子在流层间交换。若质 量为m的流体从1层跳到2层，动量由mux1 增到 mux2 ，同时质量为m的流体 从2层下到1层，动量由mux2减少到 mux1 。从宏观上表现为1层受到2层的 推力，2层受到1层的阻力，动量交换的结果产生了剪应力。
d (cpt)
dy
——在y方向上的热量浓度梯度，
J
/ m3 m
。
“－”表示热量通量的方向与热量浓度梯度的方向相反，即热量朝着 温度降低的方向传递。 热量通量 = －热量扩散系数×热量浓度梯度
三、动量通量
dux d (ux ) d (ux )
dy dy
dy
式中：τ——动量通量（kg·m/s）/（m2·s）；ν ——动量扩散系数，m2/s；
传递方式：由微观分子热运动所产生的传递为分子传递； 依靠宏观的流体质点的运动造成的传递，称为湍流传递。
传递过程的大小常用传递速率或通量（传递量/m2 s）描述。
第一节 分子传递条件下传递通量的通用表达式
一、质量通量
jA
DAB
d A
dy
式中：jA—A的质量通量，kg/（m2·s）； DAB —A的扩散系数，m2/s；
d A —A在y方向上的质量浓度梯度， k g / m3
dy
m
“－”表示质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即A朝着浓度降低的方
向传递。
质量通量 = －质量扩散系数×质量浓度梯度
二、热量通量
q k dt k d(cpt) d(cpt)
dy cp dy
dy
式中：q——热量通量，J/（m2·s）； α ——热量扩散系数，m2/s；
化工传递过程重点探讨物理过程进行的速率及其 传递机理，动量、热量、质量传递过程的类似性。
第一章 传递过程概述
体系内部具有强度性质的物理量存在梯度时的状态称为
不平衡状态。任何处于不平衡状态的物系都有向平衡状态转 移的倾向，这些物理量朝平衡方向转移的过程称传递过程。 质量传递指物系中的组分由高浓区向低浓区扩散或通过相界 面的转移；热量传递指热量由高温区向低温区的转移；动量 传递则是在垂直于流动方向上，动量由高速区向低速区的转 移。
传递r的通量 表d (达u式x：)
dy
qe
H
d ( cPt )
dy
jAe
M
d A
dy
其中：涡流扩散系数ε、εH 、εM 非流体物性参数，与流动条件有关。
二、湍流传递的动量、热量、质量通量表达式
t
r
(
)
d (ux )
dy
qt
q
qe
(
H
)
d (cPt)
dy
Байду номын сангаас
jAt
jA
jAe
(DAB
M
)
d A
dy
剪应力τyx为动量在其垂直方向上传递的结果， 其大小和动量通量在数值上相等。
说明；对剪应力可正可负，对动量通量只能取负，
表示动量传递的方向和动量浓度梯度的方向相反。
同时动量通量方向和剪应力的方向垂直。
五、小结
1、动、热、质量通量普遍的表达方程式：通量 = －扩散系数×浓度梯度
2、动、热、质量扩散系数具有相同的因次，均为m2/s；
绪论
一、化学工程学科的发展阶段 1、工艺过程考察阶段 单纯的过程实践考察，结论异
业各殊，化工厂是由不同的化学反应和物理过程组成， 代表作为1898年F.H.Thorpe “ Outline of Chemistry”。 2、单元操作认识阶段 以某些设备和过程组成的系统是相同
（近）的，将相同的系统经分析、归纳和分类分成若干单元 操作来考察生产过程，化工厂是由若干单元操作和化学反应 过程组成的，结论异业有同。代表作为1923年Walker，Lewis “ Principles of Chemical Engineering”。
4、信息化阶段
二、化工传递过程课程的内容和任务
化工传递过程是据三个基本定律，采用微分衡算 的方法研究动、热、质量传递过程的基本原理，及三 种传递现象之间的定量关系。其基本出发点是将三种 传递现象归结为过程速率问题加以探讨。动、热、质 量传递过程和现象是不可分割，而且互相作用。
学习本课程的任务是：①进一步理解各种传递 过程的本质，启发和指导我们改善各类传递过程的途 径；②为化工过程的开发和研究提供理论基础和基本 数学模型思路，从而将高新技术应用到化工生产中去。
因此，不仅层流时的三种传递过程之间具有类似性，而且湍流时的三
种传递过程之间也具有类似性，同时层流与湍流传递过程之间均具有类似 性。故可采用类比的方法研究动、热、质量传递过程，在许多场合可用类 似的数学模型来描述动、热、质量传递过程的规律。
第二章 总动量、总热量、总质量衡算
化工传递过程基础
主要参考教材
[1]陈涛，张国亮．化工传递过程基础．北京：化学工业出版社，２００9 [2]王绍亭，陈涛．化工传递过程基础．北京：化学工业出版社，1987 [3]王绍亭．化工传递过程．北京：化学工业出版社，1980 [4]王绍亭，陈涛．动量、热量与质量传递．天津：天津科学技术出版社， 1987
3、化工传递认识阶段 对单元操作研究的基础上
获得共同实质为动、热、质量传递过程，从理论上 步入了异业相同。虽传递过程使用的定律与单元操 作过程一样但方法不同，内容上实践—理论、理 论—实践和理论、实践的统一，方法上采用宏观— 微观、微观—宏观和宏观、微观的统一。代表作为 1960 年 R.B.Bird “ Transport Phenomena” ， J.R.Welty ， C.E.Wicks ， R.E.Wilson “ Fundementals of Momentum ， Heat and Transfer”。
第二节 湍流传递条件下传递通量的通用表达 式
一、涡流传递的通量表达式
在湍流流体中，质点的脉动、混合和旋涡运动，使动、热、质量的传
递程度大大加剧。仿照分子传递的方程式，1877年Boussinesq提出了涡流
d (ux )
dy
——在y方向上的动量浓度梯度，kg m / s m
。
“－”表示动量通量的方向与动量浓度梯度的方向相反，即动量朝着速度降 低的方向传递。 动量通量 = －动量扩散系数×动量浓度梯度
四、动量通量与剪应力
两层流体以ux1和 ux2向前运动，且分子运动引起分子在流层间交换。若质 量为m的流体从1层跳到2层，动量由mux1 增到 mux2 ，同时质量为m的流体 从2层下到1层，动量由mux2减少到 mux1 。从宏观上表现为1层受到2层的 推力，2层受到1层的阻力，动量交换的结果产生了剪应力。
d (cpt)
dy
——在y方向上的热量浓度梯度，
J
/ m3 m
。
“－”表示热量通量的方向与热量浓度梯度的方向相反，即热量朝着 温度降低的方向传递。 热量通量 = －热量扩散系数×热量浓度梯度
三、动量通量
dux d (ux ) d (ux )
dy dy
dy
式中：τ——动量通量（kg·m/s）/（m2·s）；ν ——动量扩散系数，m2/s；
传递方式：由微观分子热运动所产生的传递为分子传递； 依靠宏观的流体质点的运动造成的传递，称为湍流传递。
传递过程的大小常用传递速率或通量（传递量/m2 s）描述。
第一节 分子传递条件下传递通量的通用表达式
一、质量通量
jA
DAB
d A
dy
式中：jA—A的质量通量，kg/（m2·s）； DAB —A的扩散系数，m2/s；
d A —A在y方向上的质量浓度梯度， k g / m3
dy
m
“－”表示质量通量的方向与浓度梯度的方向相反，即A朝着浓度降低的方
向传递。
质量通量 = －质量扩散系数×质量浓度梯度
二、热量通量
q k dt k d(cpt) d(cpt)
dy cp dy
dy
式中：q——热量通量，J/（m2·s）； α ——热量扩散系数，m2/s；
化工传递过程重点探讨物理过程进行的速率及其 传递机理，动量、热量、质量传递过程的类似性。
第一章 传递过程概述
体系内部具有强度性质的物理量存在梯度时的状态称为
不平衡状态。任何处于不平衡状态的物系都有向平衡状态转 移的倾向，这些物理量朝平衡方向转移的过程称传递过程。 质量传递指物系中的组分由高浓区向低浓区扩散或通过相界 面的转移；热量传递指热量由高温区向低温区的转移；动量 传递则是在垂直于流动方向上，动量由高速区向低速区的转 移。
传递r的通量 表d (达u式x：)
dy
qe
H
d ( cPt )
dy
jAe
M
d A
dy
其中：涡流扩散系数ε、εH 、εM 非流体物性参数，与流动条件有关。
二、湍流传递的动量、热量、质量通量表达式
t
r
(
)
d (ux )
dy
qt
q
qe
(
H
)
d (cPt)
dy
Байду номын сангаас
jAt
jA
jAe
(DAB
M
)
d A
dy
剪应力τyx为动量在其垂直方向上传递的结果， 其大小和动量通量在数值上相等。
说明；对剪应力可正可负，对动量通量只能取负，
表示动量传递的方向和动量浓度梯度的方向相反。
同时动量通量方向和剪应力的方向垂直。
五、小结
1、动、热、质量通量普遍的表达方程式：通量 = －扩散系数×浓度梯度
2、动、热、质量扩散系数具有相同的因次，均为m2/s；
绪论
一、化学工程学科的发展阶段 1、工艺过程考察阶段 单纯的过程实践考察，结论异
业各殊，化工厂是由不同的化学反应和物理过程组成， 代表作为1898年F.H.Thorpe “ Outline of Chemistry”。 2、单元操作认识阶段 以某些设备和过程组成的系统是相同
（近）的，将相同的系统经分析、归纳和分类分成若干单元 操作来考察生产过程，化工厂是由若干单元操作和化学反应 过程组成的，结论异业有同。代表作为1923年Walker，Lewis “ Principles of Chemical Engineering”。
4、信息化阶段
二、化工传递过程课程的内容和任务
化工传递过程是据三个基本定律，采用微分衡算 的方法研究动、热、质量传递过程的基本原理，及三 种传递现象之间的定量关系。其基本出发点是将三种 传递现象归结为过程速率问题加以探讨。动、热、质 量传递过程和现象是不可分割，而且互相作用。
学习本课程的任务是：①进一步理解各种传递 过程的本质，启发和指导我们改善各类传递过程的途 径；②为化工过程的开发和研究提供理论基础和基本 数学模型思路，从而将高新技术应用到化工生产中去。
因此，不仅层流时的三种传递过程之间具有类似性，而且湍流时的三
种传递过程之间也具有类似性，同时层流与湍流传递过程之间均具有类似 性。故可采用类比的方法研究动、热、质量传递过程，在许多场合可用类 似的数学模型来描述动、热、质量传递过程的规律。
第二章 总动量、总热量、总质量衡算
化工传递过程基础
主要参考教材
[1]陈涛，张国亮．化工传递过程基础．北京：化学工业出版社，２００9 [2]王绍亭，陈涛．化工传递过程基础．北京：化学工业出版社，1987 [3]王绍亭．化工传递过程．北京：化学工业出版社，1980 [4]王绍亭，陈涛．动量、热量与质量传递．天津：天津科学技术出版社， 1987
3、化工传递认识阶段 对单元操作研究的基础上
获得共同实质为动、热、质量传递过程，从理论上 步入了异业相同。虽传递过程使用的定律与单元操 作过程一样但方法不同，内容上实践—理论、理 论—实践和理论、实践的统一，方法上采用宏观— 微观、微观—宏观和宏观、微观的统一。代表作为 1960 年 R.B.Bird “ Transport Phenomena” ， J.R.Welty ， C.E.Wicks ， R.E.Wilson “ Fundementals of Momentum ， Heat and Transfer”。