下载文档原格式
《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。
传递过程原理复习题（2013）1.何为“连续介质假定”，这一假定的要点和重要意义是什么，何种条件下流体可处理为连续介质。
2.如何理解“三传之间存在着共同的、内在的了解”的说法？试从分子传递的角度阐述三传的共性。
3.试解释流体力学研究中经常使用的两种分析观点。
采用上述两种分析观点的主要特点是什么。
4.什么是陏体(拉格朗日)导数，其物理意义如何? 以气压测试为例说明全导数，偏导数，陏体导数各自的含义。
5.试解释连续性方程的物理意义，如何依据特定条件对连续方程进行简化。
6.试从不可压缩流体流动的⋅-sn方程和连续性方程出发，经简化推导出描述垂直于重立方向的单向稳态层流流动的方程形式。
并对无限大平行平板间的剪切流和库特流进行求解。
7.何为惯性力，何为粘性力，为何爬流运动中可忽略惯性力，而当1R时却不能忽略粘性力的影响。
e8.何为流函数，何为势函数，二者间存在何种关系，理想流体的有势无旋流动的条件如何。
9.边界层学说的内容如何，什么是边界层的形成与发展，什么是临界距离，临界点前后边界层有何异同，试以流体进入圆直管流动为例解释曳力系数以及传热、传质系数沿程变化规律。
10.什么是边界层分离，发生边界层分离的原因以及对流动造成的后果是什么。
11.如何依据数量级比较法从N-S方程出发推导出普兰特层流边界层方程，如何估计边界层厚度。
12.边界层内不同区域中传递机理有何区别，总结比较三种传递现象中下列内容的异同。
①边界层及边界层方程。
②边界层的求解方法与结果。
③无因次准数及其物理意义。
13.发生湍流的原因是什么，湍流有何特点，如何进行时均化处理，如何对湍流进行描述。
14.什么是雷诺应力，其与粘性应力有何区别，如何得到雷诺方程。
15.何为导热问题的数学模型，边界条件分为几类，毕渥准数Bi对导热计算有何意义。
16.若25℃的常压空气以6m/s的流速流过平板壁面，试指明距平板前缘0.15m处边界层内流型，求出边界层厚度。
若流体与壁面同时存在传热与传质，如何求出热边界层及浓度边界层厚度，并求出局部及平均传热、传质系数。
化工传递过程基础总结化工传递过程是化学工程学科的基础，它是研究化学物质在不同状态下的传递现象的学科。
化工传递过程包括物质的传质、热传、动量传递等。
在化学工程中，化工传递过程是实现化学反应和物料加工的关键环节。
本文将介绍化工传递过程的基础知识，包括传质、热传和动量传递。
一、传质传质是指物质在不同相之间的传递现象，包括气体、液体、固体之间的传递。
传质过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
传质的速率取决于传质物质的性质、传质界面的性质、传质系统的温度、压力、浓度等因素。
1. 传质的基本概念传质过程可以分为扩散、对流和传递过程的组合。
扩散是指物质通过分子扩散的方式在不同相之间传递，其速率与浓度梯度成正比。
对流是指物质在流体中的传递，其速率与流体速度成正比。
传递过程是扩散和对流的组合，其速率取决于扩散和对流的贡献。
2. 传质的速率传质速率可以用传质通量来表示，传质通量是单位时间内通过传质界面的物质量。
传质通量可以用菲克定律来计算，菲克定律是指在扩散过程中，单位时间内通过单位面积传递物质的量与浓度梯度成正比，与传质物质的性质和传质界面的性质有关。
传质速率还可以用对流传质公式来计算，对流传质公式是指在对流过程中，传质通量与速度梯度成正比，与流体的性质和传质界面的性质有关。
3. 传质的机理传质的机理包括分子扩散、对流传递和物理吸附等。
分子扩散是指物质通过分子间的碰撞在不同相之间传递。
对流传递是指物质在流体中的传递，其速率受到流体的速度、流动方式、物质的性质等因素的影响。
物理吸附是指物质在传质界面上的吸附现象，吸附物质的性质、传质界面的性质等因素会影响吸附的速率。
二、热传热传是指热量在不同相之间的传递现象，包括传导、对流和辐射三种方式。
热传过程是化学反应、物料加工等过程中的重要环节。
热传的速率取决于热传物质的性质、热传界面的性质、热传系统的温度、压力等因素。
1. 热传的基本概念热传过程可以分为传导、对流和辐射三种方式。
8-3常压和30°C 的空气以10m∕s 的均匀流速流过- •薄平板表面。
试用精确解求距平板 前缘IOCm 处的边界层厚度及u x ∕U 0 =0.516处的"乂、叫、∂u x /∂y ,壁面局部曳力系数Cpx 、 平均曳力系数CD 的值。
设临界雷诺数Re* =SxlO 5。
解：查物性常数表得，常压和30°C 空气的物性为/7 = 1」65kg∕m 3, χ√ = 1.86 × IO'5 Pa LlS为层流边界层δ = 5.0XRe 严=5.0χ0.1x (6.26 X 104)^,z2-2.0 X 10 2 m当《 = 0.516 时，查表4-1 得7 = 1-6, /(7) = 0.42032, /*(7/) = 0.29667U X - 0.516MO - 0.516× 10 = 5.16m∕s w '4⅛k ≡-≡=-χ . 10 (1.6x0.516-0.42032) 2 √6.26X 104 =&1×10"3m∕s = η ^fn r^- ∂y X XHOP 0.1x10x1.165 1.86 XIO -5 = 6.26x10" ＜也ΛC 10 ∂y ∂yX 0.29667√6.26χl04 = 7422.7s^1 0.1第一章第一节流体流动导论流体是气体和液体的统称。
流体由大量的彼此之间有一定间隙的分子组成，各个分子都做着无序的随机运动。
因此流体的物理量在空间和时间上的分布是不连续的。
一.静止流体的特性流体静止状态是流体运动的特定状态，及流体在外力作用下处于相对静止或平衡状态。
1.流体的密度2.可压缩流体与不可压缩流体3.流体的压力4.流体平衡微分方程5.流体静力学方程二．流体流动的基本概念1．流速与流率若流体流动与空间的 3 个方向有关，称为三维流动；与 2 个方向有关，称为二维流动；仅与1个方向有关，则称为一维流动。
在化学工程中，许多流动状态可视为一维流动。
流率为单位时间内流体通过流动截面的量。
2.稳态流动与非稳态流动当流体流过任一截面时，流速、流率和其他有关的物理量不随时间变化，称为稳态流动或定常流动。
只要有一个随时间变化，则称为非稳态流动或不定常流动。
3.粘性定律与黏度4.粘性流体与理想流体5.非牛顿型流体6.流动形态与雷诺数7.动量传递现象第二章第一节动量传递概论按照机理不同，可将动量传递分为分子动量传递和涡流动量传递两种。
前者指层流流动中分子的不规则热运动引起的分子迁移过程；后者为湍流运动中的微团脉动引起的涡流传递过程。
二者统称为动量的扩散传递。
此外，流体发生宏观运动引起的动量迁移过程称为对流动量传递。
一．动量的分子传递与涡流传递1.分子动量传递与传递系数分子动量传递：由微观分子热运动所产生的动量传递。
2.涡流动量传递当流体做湍流流动时，流体中充满涡流的微团，大小不等的微团在各流层之间交换，因此湍流中除分子微观运动引起的动量传递外，更主要的是由宏观的流体微团脉动产生的涡流传递。
在层流流动的流体内部，流体质点无宏观混合，各层流体中间的动量才传递主要靠分子传递；而当流体做湍流流动时，动量的传递既有分子传递又有涡流传递。
但研究发现，由于流体黏性的减速作用，湍流流动的流体在紧靠壁面外的流层中仍处于层流状态，其动量的传递为分子传递。
因此，在壁面处流体层中发生的动量传递机理为分子传递。
第三章第一节曳力系数与范宁摩擦因数1.绕流流动曳力系数又称流体阻力系数。
流体作用于颗粒上的曳力对颗粒在其运动方向上的投影面积与流体动压力乘积的比值。
2.封闭管道内的流动范宁摩擦因数f第四章第一节边界层的概念普朗特边界层理论的要点：当实际流体沿固体壁面流动时，紧贴壁面的一层流体由于黏性作用将粘附在壁面上而不“滑脱”，即在壁面上的流速为零；而由于流动的Re 数很大，流体的流速将由壁面处的零值沿着与流动相垂直的方向迅速增大，并在很短的距离内趋于一定值。
换言之，在壁面附近区域存在这一薄的流体层，在该层流体中与流动相垂直方向上的速度梯度很大。
这样的一层流体称为边界层。
在边界层内，绝不能忽略粘性力的作用。
而在边界层以外的区域，流体的速度梯度则很小，几乎可以视为零，因此在该区域中完全可以忽略黏性力的作用，将其视为理想流体的流动。
边界层厚度：当流体的流速沿壁面的法向达到外部流速的99%时的距离为边界层厚度，通常以δ表示。
边界层厚度δ随流体的性质（如密度与黏度）、来流速度以及流动距离而变化。
第五章第一节湍流的特点，起因及表征湍流的特点：a.质点的脉动 b.湍流流动阻力要远远的大于层流阻力 c.由于质点的高频脉动与混合，在于流动垂直的方向上流体的速度分布较层流均匀。
湍流的起因：流体由层流转变为湍流，需具备以下两个条件；1.漩涡的形成；2.漩涡形成后脱离原来的流层或流束，进入邻近的流层或流束。
漩涡的形成取决于以下因素：流体的黏性、流层的波动，边界层的分离和当流体流过某些尖缘处时，也促成漩涡的形成。
流体的黏性即是形成旋涡的一个重要因素，同时它又会对旋涡的运动加以阻挠。
因此黏性对流体的湍动既起着促进作用又起着制约作用。
此外，微小的波动是形成旋涡的重要条件之一，所以湍流现象的产生不仅与流动的内在因素有关，同时也与外界因素有关。
湍流的表征1 时均量与脉动量2.湍流强度第六章第一节热量传递的基本方式一热传导（导热）傅里叶定律热导率：数值上等于单位温度梯度下的热通量，其表征了物质导热能力的大小。
二对流传热对流传热是由于流体的宏观运动，流体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递过程。
对流传热只能发生在有流体流动的场合，而且由于流体中的分子同时在进行着不规则的热运动，因而对流传热必然伴随着导热现象。
工程上比较感兴趣的是固体壁面与其邻近的运动流体之间的热交换过程。
在化工生产中经常见到对流传热过程有热能由流体传到固体壁面或由固体壁面传入周围流体两种。
三辐射传热辐射传热：由于温度差而产生的电磁波在空间的传热过程。
辐射传热的机理与导热和对流传热不同，后两者需在介质中进行，而辐射传热无需任何介质，只要物体的绝对温度高于绝对零度，它就可以发射能量，这种能量以电磁波的形式向空间传播。
描述热辐射的基本定律为斯蒂芬-玻尔兹曼定律：理想辐射体（黑体）向外发射能量的速率与物体热力学温度的四次方成正比。
在工程实际中，大多数常见的固体材料均可视为灰体。
灰体是指能够以相等的吸收率吸收所有波长辐射能的物体。
灰体也是理想物体。
四．同时进行导热、对流传热及辐射传热的过程。
第七章第一节稳态热传导一无内热源的一维稳态热传导 1.单层平壁一维稳态热传导 2.单层筒壁的稳态热传导二有内热源的一维稳态热传导三二维稳态热传导 1.物体内部的结点温度方程 2 物体边界上的结点温度方程 3 二维稳态温度场的结点温度方程组第八章第一节对流传热的机理与对流传热系数一．对流传热机理二．温度边界层（热边界层）三．对流传热系数第九章第一节质量传递概论一．混合组成的表示方法1 质量浓度与物质的量浓度a 质量浓度：单位体积混合物中所含某组分i 的质量称为该组分的质量浓度b 物质的量浓度：单位体积混合物中所含某组分i 的物质的量称为该组分的物质的量浓度。
1 质量分数与摩尔分数a 质量分数：混合物中某组分i 的质量占混合物总质量的分数称为该组分的质量分数。
b 摩尔分数：混合物中某组分i 的物质的量占混合物总物质的量的分数称为该组分的摩尔分数。
二．质量传递的基本方式分为分子传质和对流传质1 分子传质a 分子传质又称为分子扩散，由分子的无规则热运动产生的物质传递现象。
b 费克第一定律2对流传质三．传质的速度与通量1 主体流动现象2 传质的速度3传质的通量：单位时间通过垂直于传质方向上单位面积的物质量。
传质通量等于传质速度与浓度的乘积。
a 以绝对速度表示的传质通量（总传质通量）b 以扩散速度表示的传质通量（扩散通量）c 以主体流动速度表示的传质通量（主体流动通量）d 各传质通量之间的关系组分的总传质通量=分子扩散通量+主体流动通量第十章第一节一维稳态扩散的通用速率方程分子扩散可分为气体、液体和固体中的扩散几种类型第十一章第一节对流传质的机理与对流传质系数一对流传质机理二浓度边界层三对流传质系数1.对流传质系数定义：固体壁面与流体之间的对流传质通量为NA=kc（cAs-cAb）即为其定义式。
2.对流传质系数的表达形式a 等分子反方向扩散时的传质系数b 组分A 通过停滞组分B 扩散时的传质系数第十二章第一节热量和质量同时传递的过程一湍流下流量和质量同时传递的过程a 热量和质量同时稳态传递的基本微分方程b 质量传递和热量传递的速率方程二空气-水物系中热量和质量同时传递的过程a 湿球温度：少量的液体组分A 蒸发到大量的流动气体组分B 中所达到的稳定温度。
利用这一特征可以测定气体的湿度。
最常见的是用来测定空气中水蒸气的含量，例如湿球温度计，就是利用此种特征测定空气湿度的典型装置。
b 水冷塔内的传热和传质增湿过程是指提高气体内某种蒸汽含量的过程，降低气体内某种蒸汽含量的过程则称为减湿过程。
增湿系指气相，冷却系指液相。
典型的水冷塔为逆流式机力通风或自然通风的填料塔。
⑴水冷塔内温度分布及浓度分布⑵水冷塔内的平衡曲线和操作线⑶传递单元数和传递单元高度。
C 水冷塔填料层高度的确定水冷塔的设计，最主要是确定填料层高度步骤如下：⑴做平衡曲线⑵做操作线⑶做气焓差与夜温差之比为斜率的直线⑷计算气相焓的传递单元数⑸计算填料层高度z。
