质量传输的基本定律
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质量传输的名词解释质量传输是指物质在空间或时间上从一个位置向另一个位置传递的过程。
这个过程可以在不同的系统中发生,包括自然界中的大气、水域和地壳运动,也可以发生在人类活动中的运输、通讯、能源等领域。
一、质量传输的基本概念质量传输可以被理解为物质在空间或时间上的扩散和迁移。
它描述了物质从一个区域到另一个区域的传递过程。
质量传输可以通过不同的方式进行,如扩散、协同和对流。
例如,在自然界中,空气中的污染物可以通过对流和扩散进行传输,而水中的溶解物质可以通过河流和海洋流动进行迁移。
二、质量传输的机制1. 扩散:扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域传播的过程。
它是在没有外力作用下,分子或粒子由于热运动而发生的无序运动。
扩散是许多化学和生物过程中的重要机制,如氧气和二氧化碳在植物叶片中的气体交换等。
2. 协同:协同是指物质通过与其他物质相互作用而传输的过程。
这种相互作用可以是化学反应、溶解、吸附等。
例如,土壤中的养分可以通过与植物根系相互作用而被吸收和传输。
3. 对流:对流是指物质通过流体介质(如气体或液体)内部的流动进行传输的过程。
这种流动可以是自然的,如地球的大气运动,也可以是人类活动产生的,如液体在管道内的流动。
对流传输可以快速地将物质从一个地方传递到另一个地方,因此在工业和交通领域具有重要意义。
三、质量传输的应用领域1. 环境科学:质量传输在环境科学领域中具有重要意义。
通过了解和模拟质量传输的机制,可以预测和评估环境系统中污染物的传输和分布情况。
这对于环境保护、减少污染和改善生态健康具有重要价值。
2. 制造业:质量传输在制造业中也十分关键。
例如,在化学工业中,质量传输的理解可以帮助优化反应过程,提高产品质量和产量。
在材料科学领域,质量传输的研究可以用于设计新材料的制备方法和加工工艺。
3. 交通运输:质量传输在交通运输领域中具有重要意义。
例如,在航空领域,了解空气动力学和燃料传输的机制可以提高飞机的燃油效率和飞行安全。
冶金传输原理三传的定义冶金传输原理三传是指冶金过程中的物质传输现象,包括质量传输、热量传输和动量传输。
这三传在冶金过程中起着重要的作用,它们分别对物质的转化、温度的变化和流体的运动起到调控作用。
下面将对冶金传输原理三传进行详细阐述。
一、质量传输质量传输是指物质从一个区域向另一个区域传输的过程。
在冶金过程中,质量传输通常是指浓度的传输,即溶质在溶液中的传输。
质量传输的原理可以通过扩散和对流两种传输方式来解释。
1. 扩散传输:扩散是因为浓度梯度引起的物质传输。
在扩散传输中,溶质由高浓度区域向低浓度区域移动,直到达到浓度平衡。
扩散的速率与浓度梯度成正比,并与温度、物体类型和扩散介质的性质有关。
2. 对流传输:对流传输是指在流体运动的情况下引起的物质传输。
在冶金过程中,熔体的对流传输比较常见。
对流传输的速率受流体速度、流体密度和粘度的影响。
通过对流传输,溶质可以快速均匀地分布到整个体系中。
质量传输的目的是实现物质的均匀分布和转化。
在冶金过程中,浓度的控制对于保持合金成分的均匀性和获取所需的金属相非常重要。
二、热量传输热量传输是指热量从一个区域向另一个区域的传输过程。
在冶金过程中,热量的传输对于控制温度、加热和冷却过程至关重要。
热量传输的主要方式有三种:传导、对流和辐射。
1. 传导传输:传导传输是通过固体、液体和气体中的分子振动和碰撞来传播热量的过程。
传导的速率取决于导热系数、物质厚度和温度梯度。
通过选择导热性能好的材料或调整材料厚度,可以控制热量的传输速率。
2. 对流传输:对流传输是通过流体的运动来传播热量的过程。
在冶金过程中,通过液态金属的对流传输可以实现热量的快速传输和均匀分布。
对流传输的速率取决于流体速度、密度和粘度。
3. 辐射传输:辐射传输是指通过电磁波辐射的形式传播热量的过程。
辐射传输不需要介质,可以在真空中传输热量。
辐射传输的速率取决于物体表面的发射系数、温度和距离。
热量传输的目的是实现温度的控制和平衡。
动量、热量、质量的传递分为两种:1)分子扩散,分子的微观运动引起;2)湍流扩散,漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起。
质量传递的基本方式:1)分子传质,分子的无规则热运动而形成的物质传递现象;2)对流传质,对流扩散,紊流扩散。
当物系中的某种组分存在浓度梯度的时候,将发生该组分有高浓度向低浓度的迁移过程,就会有质量传递或质交换发生。
斐克定律:在浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下,当无总体流动时,组成二元混合物中组分A 和组分B 将发生互扩散,其中组分A 向组分B 的扩散通量与组分A 的浓度梯度成正比。
斐克定律只是适用于由于分子无规则热运动引起的扩散过程,其传递的速度即为扩散速度。
)(mA A u u u u −−或扩散系数及其测量:扩散系数是沿扩散方向,在单位时间每单位浓度降的条件下,垂直通过单位面积所扩散某物质的质量或摩尔数,扩散系数的大小主要取决于扩散物质、扩散介质的种类及其温度和压力。
对流传质基本方式:1、分子扩散2、对流扩散。
运动着的流体之间或流体与界面之间的物质传递,其中包括了有流体位移产生的对流作用,同时也包括流体分子之间的扩散作用,这种分子扩散和对流扩散的总作用称为对流传质。
浓度边界层的概念:当流体与相界面之间有浓度差时,由于浓度在壁面法线方向的变化,也将会产生一个浓度变化较明显的区域,叫做浓度边界层。
浓度边界层和速度边界层、温度边界层形状相类似,但厚度不相同。
边界层的重要意义:速度边界层的范围是,以存在速率梯度和较大切应力为特征;温度边界层的范围是,以存在温度梯度和传热为特征;浓度边界层的范围是,以存在浓度梯度和组分传递为特征;对流传质过程的相关准则数:(1)施密特准则数(Sc)对应于对流传热中的普朗特准则数(Pr)Pr 准则数联系动量传输与热量传输的一种相似准则a ν==物体的导温系数流体的运动黏度Pr iD Sc ν==物体的扩散系数流体的运动黏度Sc 准则数联系动量传输与质量传输的相似准则(2)宣乌特准则数(Sh)对应于对流传热中的努谢尔特准则数(Nu)Nu 是以边界导热热阻与对流换热热阻之比来标志过程的相似特征;Sh 准则数以流体的边界扩散阻力与对流传质阻力之比来标志过程的相似特征。
一、名称解释绪论:传输过程:物理量从非平衡状态朝平衡状态转移的过程动量传输:垂直于实际流体流动方向上,动量由高速度区向低速度区的转移热量传输:热量由高温区向低温区的转移质量传输:物系中一个或者几个组分由高浓度区向低浓度区的转移热平衡:物系内的温度各处均匀一致通量:单位时间内通过单位面积,表示强度的物理量动量传输部分:流体:自然界能够流动的物体流体密度:单位体积流体的质量重度(容重):单位体积内物体的重量质量体积:流体的连续介质模型:流体看成由无限多个流体质点所组成的密集而无缝隙的连续介质流体压缩性:作用在流体上的压力增大时,流体所占的体积将缩小的特性流体膨胀性:温度升高,体积膨胀的特性粘性:做相对运动的两流体层的接触面上,存在一对等值反向的作用力来阻碍相邻流体的相对运动的特性牛顿粘性定律:当流体的流层之间存在相对位移,由于流体的黏性作用,在其速度不相等的流层之间以流体与固体表面之间所产生的黏性阻力的大小与速度梯度和接触面积成正比,并与流体的黏性有关。
粘度:又称粘度系数,是量度流体粘度滞性大小的物理量。
运动粘度系数:流体的动力黏度与其密度的比值理想流体:不可压缩,不计粘性的流体牛顿流体:满足牛顿黏性定律,以切应力对速度梯度作图,得到的一条过原点的直线,满足这种特性的流体叫牛顿流体非牛顿流体:不符合牛顿黏性定律的流体稳定流:运动参数只随位置改变而与时间无关的流体流场:充满运动流体的空间迹线:流体质点运动的轨迹线,只随质点不同而异,与时间无关流线:同一瞬间流场中连续的不同位置质点的流动方向线流管:流场内取任意封闭曲线l,通过l上每一点连续作流线,则流线族构成的管状表面叫流管流束:流管内取微小曲面dA,通过dA上每一点做流线,这族流线叫流束流量:单位时间内流经封闭管道或明渠有效截面的流体量微元体:边长为dx,dy,dz的六面空间体。
流体动力学:流体力学的一个分支,研究作为连续介质的流体在力作用下的运动规律及其与边界的相互作用水头损失:单位质量流体的能量损失压力损失:单位体积流体的能量损失层流:流体质点在流动方向上分层流动,各层互不干扰和渗混,且流线呈平行状态的流动湍流:流体流动时各质点在不同方向上做复杂的无规则运动,互相干扰的向前运动的流动边界层:流体在绕流过固体壁面流动时紧靠固体壁面形成的速度梯度较大的流体薄层热量传输部分:传导传热:温度不同的物体直接接触,由于自由电子的运动或分子的运动而发生的热交换现象对流传热:在流体流动进程中发生的热量传递的现象辐射传热:两个温度不同且互不接触的物体之间通过电磁波进行的换热过程温度场:像重力场,速度场一样,物体存在着时间和空间上的温度分布等温面:物体中同一瞬间相同温度各点连成的面等温线:任何一个二维截面上等温面表现温度梯度:温度场中任意一点沿等温面法线方向的温度增加率热流量:一定面积的物体两侧存在温差时,单位时间内由导热、对流、辐射方式通过该物体所传递的热量热通量:单位时间通过单位面积的热能的变量成其导数随时间和地点的变化规律。