化工传递过程
化工传递过程四大方程和诗歌
化工传递过程四大方程和诗歌
化工传递过程四大方程是描述物质在化工过程中传递规律的基本方程，它们分别是：
1. 质量传递方程（Mass Transfer Equation）：描述了物质在传递过程中的质量守恒。
2. 动量传递方程（Momentum Transfer Equation）：描述了物质在传递过程中的动量守恒。
3. 热量传递方程（Heat Transfer Equation）：描述了物质在传递过程中的热量守恒。
4. 组分传递方程（Species Transfer Equation）：描述了物质在传递过程中的组分守恒。
这四大方程是化工传递过程分析的基础，通过它们可以解决化工过程中的各种传递问题。
关于诗歌，它是文学的一种形式，通过有节奏、韵律的语言表达情感、描绘景物、抒发思想等。
诗歌具有丰富的表现力和艺术魅力，可以激发人们的想象力和创造力。
诗歌与化工学科看似无关，但实际上，诗歌中的修辞手法、意象、节奏等都可以为化工学科的研究和学习提供启示。
例如，通过学习诗歌，可以提高自己的语言表达能力，更好地理解和掌握化工知识；同时，诗歌中的审美观念和人文精神也有助于培养化工工程师的综合素质。
化工传递(第一章)
※ u和d称为流体流动的特征速度和特征尺寸
当量直径
4
流道截面积 润湿周边长
当量直径
圆截面 d
矩形截面
2ab ab
环形截面 d2 - d1
※ Re＜2000，总是层流；
Re＞10000，一般都为湍流；
2000＜Re＜10000，过渡状态。若受外界条件影响，如管道直径或方向的改变、 外来的轻微振动都易促使过渡状态下的层流变为湍流
第一章 传递过程概论
第二节 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）
均质流体：
※ 非均质流体： f x,y ,z
图1-1 均质水溶液
密度： M
V
方法：取一微元，设微元 质量为dM，体积为dV
图1-2 非均质溶液 ρ：点密度 dM：微元质量 dV：微元体积
欧拉平衡微分方程
p x
ห้องสมุดไป่ตู้
X
p Y
y
质量力：X = 0，Y = 0，Z = - g
p Z
z
p 0 x
p 0 y
p dp g
z dz
p
h
积分得： dp g dz
p0
0
流体静力学方程
p p0 gh
h p p0
g
流体平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）的推导
流体平衡条件：
FB+ Fs = 0
x方向平衡条件： dFBx dFsx 0
x方向作用力：
质量力（dFBx）： dFBx Xdxdydz
F 表面力（dFsx 静压力产生）： d sx
化工传递过程讲义
《化工传递过程》讲稿【讲稿】第一章 传递过程概论（4学时）传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。
传递过程：物理量（动量、热量、质量）朝平衡转移的过程即为传递过程。
平衡状态：物系内具有强度性质的物理量如速度、温度、组分浓度等不存在梯度。
*动量、热量、质量传递三者有许多相似之处。
*传递过程的研究,常采用衡算方法。
第一节 流体流动导论流体：气体和液体的统称。
微元体:任意微小体积。
流体质点：当考察的微元体积增加至相对于分子的几何尺寸足够大，而相对于容器尺寸充分小的某一特征尺寸时，便可不计分子随机运动进出此特征体积分子数变化所导致的质量变化，此一特征体积中所有流体分子的集合称为流体质点。
可将流体视为有无数质点所组成的连续介质一、静止流体的特性（一）流体的密度流体的密度：单位体积流体所具有的质量。
对于均质流体 对于不均质流体点密度dVdM d =ρ *流体的点密度是空间的连续函数。
*流体的密度随温度和压力变化。
流体的比体积：单位流体质量的体积。
MV =υ （二）可压缩流体与不可压缩流体可压缩流体：密度随空间位置和时间变化的流体，称为可压缩流体。
(气体)不可压缩流体：密度不随空间位置和时间变化的流体，称为不可压缩流体。
(液体)（三）流体的压力流体的压力（压强，静压力）：垂直作用于流体单位面积上的力。
A P p =（四）流体平衡微分方程1.质量力(重力)单位流体质量所受到的质量力用B f 表示。
在直角坐标z y x ,, 三个轴上的投影分量分别以 X ﹑Y ﹑Z 表示。
B F V M =ρ2.表面力:表面力是流体微元的表面与其临近流体作用所产生的力用Fs 表示。
在静止流体中，所受外力为重力和静压力，这两种力互相平衡，利用平衡条件可导出流体平衡微分方程。
916:16化工传递过程基础黄山学院化学系首先分析x 方向的作用力，其质量力为由静压力产生的表面力为XdxdydzdF Bx ρ=dydz dx x p p pdydz dF sx ⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+-=12(五)流体静压力学方程流体静压力学方程可由流体平衡微分方程导出。
《化工传递过程》课程思政优秀案例
《化工传递过程》课程思政优秀案例（一）教学设计：“化工传递过程”课程主要论述动量、热量以及质量传递过程的基本原理、数学模型及速率计算，以及这些理论和计算结果的工程应用。
课程思政的目的是帮助和引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观，是达成课程素质目标的重要环节，但直接引入往往会引起学生的反感。
为此，团队通过不断探索，创新提出“深化、扩展、引入、升华”的课程思政模式，让学生在润物无声中感悟其哲理之美。
（一）案例名称：化工传递过程-边界层积分动量方程（二）案例教学目标培养学生爱党爱国情怀与科学精神，引导学生树立正确的人生观、价值观和世界观。
（三）案例教学实施过程课程的一个重要知识模块是边界层理论，但教材讲授内容仅限于不可压缩流动的边界层流动。
钱学森同志在可压缩流体边界层流动领域为世界做出了巨大贡献，并带领、推动了我国航空航天及相关工程技术领域的发展。
通过在授课过程中进行内容扩展，引入钱学森同志的相关研究成果，开阔了学生视野，并通过“润物无声”的方式，引入钱学森同志爱党爱国的思政案例。
通过“深化、扩展、引入、升华”的创新模式，以爱党、爱国为主题开展课程思政。
（1）深化：在讲完卡门边界层积分动量方程推导之后，首先设置有关该方程适用范围分组讨论，深化学生对该重点知识的理解，得出该方程仅适用于不可压缩流体的重要结论；（2）拓展：引入钱学森同志在可压缩流体边界层研究方向的博士论文及“冯卡门-钱学森”公式核心内容，扩展教学相关内容；（3）衔接：介绍钱学森同志在航空航天及工程控制理论的巨大贡献和突出成就；（4）引入：播放钱学森同志获得“国家杰出贡献科学家”荣誉时刻的获奖感言及其一生中三次激动时刻的故事；（5）升华：指出钱学森同志激动时刻均与党和国家相关联，鼓励学生向钱学森同志学习。
（四）教学效果及反思专业基础知识与思政案例之间往往具有天然的割裂，直接引入容易导致学生反感，思政效果适得其反。
团队通过不断探索，挖掘课程内容与思政案例的衔接点，通过润物细无声的方式推进思想政治教育，培养学生爱党爱国情怀，民族自豪感。
化工原理三传
化工原理三传化工原理三传指的是质量传递、能量传递和动量传递。
在化工过程中，这三种传递过程起着至关重要的作用。
首先，我们来看质量传递。
质量传递是指物质在不同相之间的传递过程。
常见的质量传递包括气体与气体之间的质量传递、气体与液体之间的质量传递、液体与液体之间的质量传递等。
质量传递的驱动力主要包括浓度差、温度差、压力差等。
例如，在气体吸收液体的过程中，质量传递的驱动力就是气体与液体之间的浓度差。
质量传递的速率可以通过质量传递系数来描述，该系数取决于传递物质、传递相和传递条件等。
其次，能量传递是指能量在系统中的传递过程。
在化工过程中，能量可以以热量的形式传递，也可以以功的形式传递。
能量传递的方式主要有传导、对流和辐射。
传导是指能量在物体内部通过分子的热运动传递的过程，对流是指物体间通过流体的对流传递能量的过程，辐射是指能量通过辐射波传递的过程。
能量的传递方式取决于能量传递介质的性质和传递条件等。
例如，在反应器内部，化学反应释放的热量可以通过对流和辐射的方式传递到反应器壁上，进一步散发到周围环境中。
最后，动量传递是指物质在不同相之间的动量传递过程。
动量传递通常与质量传递和能量传递同时发生。
在化工过程中，常见的动量传递包括气体与气体之间的动量传递、气体与液体之间的动量传递、液体与液体之间的动量传递等。
动量传递的驱动力主要是流体之间的速度差。
例如，在化工设备中，常常需要通过泵、风机等设备来提供动力，推动流体在设备内部传递动量。
在化工过程中，质量传递、能量传递和动量传递常常同时存在，彼此相互影响。
例如，在气-液质量传递过程中，气体的传递速率受到气-液界面上气体浓度的变化影响，而气-液界面上的气体浓度受到气体和液体之间的质量传递、能量传递和动量传递的相互作用影响。
总结而言，化工原理三传是化工过程中不可或缺的三个重要传递过程。
质量传递、能量传递和动量传递相互作用，共同决定了化工过程的效率和产品质量。
深入理解和掌握这三种传递过程的规律，对于优化化工过程、提高生产效率具有重要意义。
化工传递过程总复习
动量传递设备
01
泵与风机
泵与风机是化工生产中常用的动量传递设备，用于输送液体或气体。根
据工作原理和结构形式的不同，泵可分为离心泵、往复泵、旋转泵等；
风机可分为离心风机、轴流风机等。
02
搅拌设备
搅拌设备是化工生产中用于混合、分散、传热和传质等操作的重要设备
。根据搅拌器的结构形式和搅拌原理的不同，搅拌设备可分为机械搅拌
对流传质的驱动力
对流传质的驱动力可以是压力差或浓度差等。
吸附与吸收
01
吸附的定义
吸附是指物质在相界面上的浓集 现象，分为物理吸附和化学吸附 两种类型。
吸收的定义
02
03
吸附与吸收的应用
吸收是指物质从一个相态进入到 另一个相态中的过程，如气体被 液体吸收等。
吸附和吸收在化工过程中有广泛 应用，如分离、纯化、储存和催 化等。
对流传热
对流传热的定义
01
流体流过固体壁面时，流体与固体壁面之间的热量传递过程称
为对流传热。
对流传热的基本公式
02
牛顿冷却公式，表示单位时间内通过单位面积所传递的热量与
流体和固体壁面之间的温差成正比。
对流传热的影响因素
03
流体的流动状态（层流或湍流）、流体的物理性质（密度、粘
度、导热系数等）、固体壁面的形状和尺寸等。
设备安全性评估
传递过程原理可以用于评估化工设备的安全性。例如，通 过分析管道内的流体流动和压力分布，可以预测管道的破 裂风险，从而采取相应的安全措施。
传递过程原03
工艺条件优化
通过分析工艺过程中的动量、热量和质量传递规律，可以 优化工艺条件，提高产品质量和产量。例如，在反应过程 中调整温度、压力和物料配比等参数，可以提高反应速率 和选择性。
化工传递过程基础知识(ppt 63页)
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
《化工传递过程》教学大纲
化工传递过程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：化学工程与工艺专业四年制本科学生课程代码：41E02127学时分配：28赋予学分：1.5先修课程：高等数学、物理化学、化工原理、化工热力学后续课程：化工过程开发，化工设计与计算二、课程性质与任务《化工传递过程》是针对化学工程与工艺专业的专业特色课程，是学生学习专业课和从事本专业的科研、生产工作必备的理论基础。
本课程是一门探讨自然现象和化工过程中动量、热量和质量传递速率的课程。
化学工程中各个单元操作均被看成传热、传质及流体流动的特殊情况或特定的组合，对单元操作的任何进一步的研究，最终都是归结为这几种传递过程的研究。
将化工单元操作（化工原理）的共性归纳为动量、热量和质量传递过程（"三传"）的原理系统地论述，将化学工程的研究方法由经验分析上升为理论分析方法。
各传递过程既有独立性又有类似性，虽然课程中概念、定义和公式较多，基本方程又相当复杂给学习带来一定的困难，但可运用"三传"的类似关系进行研究理解，可使学生掌握化学工程专业中有关动量、热量和质量传递的共性问题。
该课程的学习有助于学生深入了解各类传递过程的机理，为改进各种传递过程和设备的设计，操作和控制提供理论基础；为今后的科学研究提供各种的基础数学模型；为速度、温度、浓度分布及传递速率的确定提供必要的帮助。
为分析和解决过程工程和强化设备性能等问题提供坚实的理论基础。
三、教学目的与要求本课程的教学目的是了解和掌握化工过程中三传现象的机理及其数学描述。
确定边界条件从而分别求出过程的解析、数值解或转化为准数关联式，培养学生分析和解决化学工程中传递问题的能力，为在工程上进一步改善各种传递过程和设备的设计、操作及控制过程打下良好的理论基础。
通过学习加深对化学工程基本原理的理解，使学生能顺利学习后续的专业课，提高自学与更新本专业知识的能力。
四、教学内容与安排第一章传递过程概论（2学时）1.1 流体流动导论1.2 动量、热量和质量传递的类似性1.3 传递过程的衡算方法第二章动量传递概论与动量传递微分方程（4学时）2.1 动量传递概论2.2 描述流动问题的观点与时间导数2.3 连续性方程2.4 运动方程第三章动量传递方程的若干解（3学时）3.1 曳力系数与范宁摩擦因数3.2 平壁间与平壁面上的稳态层流3.3 圆管与套管环隙间的稳态层流3.4 爬流3.5 势流3.6 平面流与流函数的概念第四章边界层流动（4学时）4.1 边界层的概念4.2 普朗特边界层方程4.3 边界层积分动量方程4.4 管道进口段内的流体流动4.5 边界层分离第五章湍流（3学时）5.1 湍流的特点、起因及表征5.2 湍流时的运动方程5.3 湍流的半经验理论5.4 无界固体壁面上的稳态湍流5.5 圆管中的湍流5.6 平板壁面上湍流边界层的近似解5.7 量纲分析在动量传递中的应用第六章热量传递概论与能量方程（3学时）6.1 热量传递的基本方式6.2 能量方程第七章热传导（2学时）7.1 稳态热传导7.2 不稳态热传导第八章对流传热（3学时）8.1 对流传热的机理与对流传热系数8.2 平板壁面对流传热8.3 管内对流传热8.4 自然对流传热第九章质量传递概论与传质微分方程（2学时）9.1 质量传递概论9.2 传质微分方程第十章分子传质(扩散) （2学时）10.1 一维稳态分子扩散的通用速率方程10.2 气体中的分子扩散10.3 液体中的分子扩散10.4 固体中的扩散10.5 伴有化学反应的分子扩散过程第十一章对流传质（2学时）11.1对流传质的机理与对流传质系数11.2 平板壁面对流传质11.3 管内对流传质11.4 对流传质模型第十二章多种传递同时进行的过程（2学时）12.1 热量和质量同时传递的过程12.2 平板壁面层流边界层中同时进行动量、热量和质量传递的过程五、教学设备和设施教室，黑板，投影仪，多媒体电脑。
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化工传递过程主观题
简述题
1. 如何从分子传递的角度理解三传之间存在的共性。
1. 答：从分子传递的角度出发，动量、热量、质量传递可分别以牛顿粘性定律，傅立叶定律和费克定律表示， ()dy
u d ρντ-=、()dy t c d A q p ρα-=、dy d D J A AB A ρ-=，其物理意义分别为（动量、能量、质量）在（速度、温度、浓度）梯度的作用下从（高速、高温、高浓）区向（低速、低温、低浓）区转移，转移量与浓度梯度成正比。
在数学上其可统一采用现象方程表示为：
物理量的通量=（-扩散系数）×（物理量的浓度梯度）
2.简述气液相间传质双膜模型。
2. 答：怀特曼(Whitman)1923年提出。
在气液接触传质时，气液相间存在稳定的界面，界面两侧分别有一层稳定、停滞的气液膜。
气液在界面上达到平衡，在膜内为分子扩散，传质系数正比于分子扩散系数，传质阻力集中于膜内。
计算题
1. 试求与速度势=2534x xy y ϕ-++相对应的流函数ψ。
1. 解：由4352++-=y xy x ϕ 可得y
y x u x ∂ψ∂=-=∂∂=53ϕ,通过此式对y 积分得 )(2522x g y y +-
=ψ x g x x y u y ∂∂-=∂ψ∂-=-=∂∂=
53ϕ，可得 C x x g +-=
32
52 故 C x x y y +-+-
=ψ32525222
2. 含乙醇(组分A)12％(质量分数)的水溶液，其密度为980kg/m 3，试计算乙醇的摩尔分数及物质的量浓度。
2. 解：乙醇的摩尔分数为：
()0507.018
/88.046/12.046/12.0//21=+==∑=i i i A
A A M a
M a x 溶液的平均摩尔质量为：
kmol kg /42.19189493.0460507.0M =⨯+⨯= 乙醇的物质的量浓度为：
3/558.20507.042.19980m kmol x M Cx c A A A =⨯===ρ。