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化工传递过程 —第一章 传递过程概论

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化工传递(第一章)

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。

化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分1

化工传递过程基础(第三版)习题答案详解_部分1

搅拌良好，任何 θ 瞬时
（1） （2）
（3） （4） （5）
aA2 = aA
试求放出 1m3 水所需的时间。又若槽中装满煤油，其他条件不变，放出 1 m3 煤油所需时间有 何变化？设水的密度为 1000 kg/m3；煤油的密度为 800 kg/m3。
解：设槽面积为 A，孔面积为 A0，原盛水的高度为 z0，放水后的高度为 z1
则
z0=3m
z1= 3 −1
( π ×12 ) = 1.727m 4
w1 = 100kg/min, aA1 = 0.002
θ = θ 瞬时：
w2 = 60kg/min, aA2 = aA
θ = θ2 时，
aA2 = 0.01 ，求θ2 。
对组分 A 进行总质量衡算：
w2 aA 2
−
w1aA1
+
d(MaA dθ
)
=
0
上式展开：
w2 aA 2
− w1aA1 + M
daA dθ
对组分 A 作质量衡算：
w2 aA 2
−
w1aA1
+
d(MaA ) dθ
=
0
w2 aA 2
+
M
d(aA ) dθ
=
0
∫ ∫ αA daA = − w2 10 dθ
0.05 aA
M0
ln aA = − 100 ×10 = −1 0.05 1000
aA = 0.05 × e−1 = 0.0184 = 1.84%
化工传递过程基础·习题详解
（第三版）
陈涛 张国亮 主编
目录
第一章 传递过程概论 ................................................................................................1 第二章 动量传递概论与动量传递微分方程........................................................... 11 第三章 动量传递方程的若干解 ..............................................................................19 第四章 边界层流动 ..................................................................................................37 第五章 湍流 ..............................................................................................................48 第六章 热量传递概论与能量方程 ..........................................................................64 第七章 热传导 ..........................................................................................................69 第八章 对流传热 ......................................................................................................81 第九章 质量传递概论与传质微分方程.................................................................105 第十章 分子传质（扩散） .................................................................................... 113 第十一章 对流传质 ................................................................................................122 第十二章 多种传递同时进行的过程 ....................................................................133

传递过程原理复习题最后报告

传递过程原理复习题最后报告

《传递工程基础》复习题第一单元传递过程概论本单元主要讲述动量、热量与质量传递的类似性以及传递过程课程的内容及研究方法。

掌握化工过程中的动量传递、热量传递和质量传递的类似性，了解三种传递过程在化工中的应用，掌握牛顿粘性定律、付立叶定律和费克定律描述及其物理意义，理解其相关性。

熟悉本课程的研究方法。

第二单元动量传递本单元主要讲述连续性方程、运动方程。

掌握动量传递的基本概念、基本方式；理解两种方程的推导过程，掌握不同条件下方程的分析和简化；熟悉平壁间的稳态层流、圆管内与套管环隙中的稳态层流流动情况下连续性方程和奈维－斯托克斯方程的简化，掌握流函数和势函数的定义及表达式；掌握边界层的基本概念；沿板、沿管流动边界层的发展趋势和规律；边界层微分和积分动量方程的建立。

第三单元热量传递本单元主要讲述热量传递基本方式、微分能量方程。

了解热量传递的一般过程和特点，进一步熟悉能量方程；掌握稳态、非稳态热传导两类问题的处理；对一维导热问题的数学分析方法求解；多维导热问题数值解法或其他处理方法；三类边界问题的识别转换；各类传热情况的正确判别；各情况下温度随时间、地点的分布规律及传热通量。

结合实际情况，探讨一些导热理论在工程实践中的应用领域。

第四单元传量传递本单元主要介绍传质的基本方式、传质方程、对流传质系数；稳定浓度边界层的层流近似解；三传类比；相际传质模型。

掌握传质过程的分子扩散和对流传质的机理；固体中的分子扩散；对流相际传质模型；熟悉分子扩散微分方程和对流传质方程；传质边界层概念；沿板、沿管的浓度分布，传质系数的求取，各种传质通量的表达。

第一部分 传递过程概论一、填空题：1. 传递现象学科包括 动量 、 质量 和 热量 三个相互密切关联的主题。

2. 化学工程学科研究两个基本问题。

一是过程的平衡、限度；二是过程的速率以及实现工程所需要的设备。

3. 非牛顿流体包括假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体 （至少给出三种流体）。

第一章传递过程概论1

第一章传递过程概论1
例：求数量场 t = xy2 + yz2 的温度梯度。
t ?
四、几个常用算子
② 作用在矢性函数（如速度 u )上，
u ux uy uz x y z
点乘所得结果称为散度。
例：求矢量场 A = 4xi - 2xyj + z2k
A= ?
四、几个常用算子
③ 叉积所得结果称为旋度
量纲分析
q A

[
J m2

s
]

热量 面积 时间
ρcpt
kg J
J 热量

[ m3
].[ kg
K
].[Hale Waihona Puke ][ m3]

体积



J m.s.K

.[
m3 kg
].[
kg.K J
]

[
m2 s
]
一、分子传递的通用表达式
量纲分析结果 q/A －热量通量
d ( ρcpt ) －热量浓度梯度
kg m s1 / s
J/s
第一章 传递过程概论
1.1 传递过程的分类 1.2 动量、热量与质量传递的类似性
一、分子传递的通用表达式 二、分子传递的类似性 三、涡流传递的类似性
一、分子传递的通用表达式
1. 分子动量通量 对牛顿粘性定律作量纲分析，设密度为常数：
τ = - μ d (ρu) = -ν d( ρu)
ρ dy
dy
一、分子传递的通用表达式
量纲分析

N kg m/s2 kg m/s
动量
[m2 ] [ m2 ] [ m2 s ] 面积时间

化工传递过程基础知识(ppt 63页)

化工传递过程基础知识(ppt 63页)
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

化工传递过程基础第三

化工传递过程基础第三

计算：在流动截面上任取一微分面积dA，其点流速为ux，则通过该微元面积 的体积流率dVs？通过整个流动截面积A的体积流率Vs？
求解： 1.体积流率定义式: dVs uxdA
？？
2.体积流率积分: 3.质量流率（w）:
Vs uxdA
A
w Vs
主体平均流速（ub）: 截面上各点流速的平均值
单位：SI单位和物理单位
SI单位制：

u /
y

N / m2 m/s

N s m2

Pa s
m
物理单位制：

u / y

dyn / cm2 cm / s

dyn s cm2

g cm s

P(泊)
cm
特性：是温度、压力的函数； f T , P

ux
y



kgm/ s m3 m

重要
（动量通量）= —（动量扩散系数）x （动量浓度梯度）
（二）热量通量
q k d cpt d cpt
A cp dy
dy
※ q/A：热量通量

q A

J m2
s

p Y
y
z方向微分平衡方程：
p Z
z
自己推？
※ 静止流体平衡微分方程（欧拉平衡微分方程）


fB
p
重要
单位体积流体的质量力 静压力梯度
（五）流体静压力学方程
欧拉平衡微分方程
p X p Y
x
y
p Z
z
质量力：X = 0，Y = 0，Z = - g

化工传递过程基础知识

化工传递过程基础知识
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。
第二章 总动量、总热量、总质量衡算
在化工中需对系统或某一过程的总动量（对过程包含的力进行分析）、 总热量（了解过程热量和其它能量间的转化关系）、总质量（掌握过程物 料的变化）进行衡算，为研究动、热、质量传递和单元操作的基础，同时 对推导微分动、热、质量衡算也有指导作用（依据定律相同）。
前提：规定衡算范围、基准和对象。在流动过程，通常将进行总衡算 时所 限定的空间区域称为控制体，包围此空间区域的边界面称控制面。
流传r递的通 量d(表u达x式) ：
dy
qe
H
d(cPt)
dy
jAe
M
dA
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 qqe(H)d(dcPyt)
jAtjAjA e(DAB M)ddAy
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。
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。

化工传递过程课件

化工传递过程课件

详细描述
制药工程涉及药物合成、分离纯化、 制剂制备等技术，旨在开发安全、有 效、质量可控的药物。
04 化工传递过程的优化与控 制
优化方法与策略
数学模型法
建立传递过程的数学模型，通过求解数学模型得到最优解，实现 过程的优化。
实验研究法
通过实验研究传递过程中的各种参数和操作条件，找出最优的参数 和操作条件。
详细描述
分离工程涉及蒸馏、萃取、吸附、膜分离等多种 分离技术，旨在实现高效、低能耗的物质分离。
具体应用
广泛应用于石油化工、精细化工、食品工业等领 域，如石油炼制、合成橡胶、味精生产等过程。
生物反应工程
总结词
生物反应工程是利用生物催化剂 进行物质转化的过程，主要研究 生物催化剂的活性、选择性以及
反应条件。
详细描述
生物反应工程涉及酶动力学、微生 物培养和发酵技术等方面，旨在实 现高效生物转化和产物分离。
具体应用
广泛应用于生物医药、食品添加剂、 燃料乙醇等领域，如抗生素发酵、 维生素C合成等过程。
制药工程
总结词
具体应用
制药工程是研究药物制备和生产过程 的学科，主要关注药物分子传递和分 离技术。
广泛应用于新药研发、药物生产、药物 质量控制等领域，如抗生素、抗病毒药 物、肿瘤药物的研发和生产过程。
智能化技术
智能传感器与控制系统
采用先进的传感器和智能控制系统，实时监测和调控化工传递过程，提高生产效 率和产品质量。
人工智能与大数据技术
利用人工智能和大数据技术对化工传递过程进行优化和预测，实现智能化生产和 管理。
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流体动力学研究流体运动的基本 规律，包括流体静力学、一维流

《化工传递过程》课程教学大纲

《化工传递过程》课程教学大纲

《化工传递过程》课程教学大纲一、课程说明课程编码4302026 课程类别专业主干课修读学期第五学期学分 2 学时48 课程英文名称Transfer Processes in Chemical Engineering 适用专业化学工程与工艺先修课程物理化学、化工原理、化工热力学二、课程的地位及作用《化工传递过程》是针对化学工程与工艺方向的必修课。

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，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、课程教学目标1. 侧重于熟悉掌握传递过程的各种基本理论；正确的提供所求强度量的分布规律及传递速率表达式；2. 掌握传递过程的微分方程并达到能够熟练地运用方程的水平；3. 能够正确地分析、简化三传基本微分方程；对实际情况建立必要的数学模型；4. 了解传递过程的发展趋势、方向和其在化学工程中的具体运用领域；5. 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、课程学时学分、教学要求及主要教学内容(一) 课程学时分配一览表章节主要内容总学时学时分配讲授实践第1章传递过程概论 2 2 0 第2章动量传递概论与动量传递微分方程 6 6 0 第3章动量传递方程的若干解 6 6 0 第4章边界层流动 6 4 0 第5章湍流 6 4 0 第6章热量传递概论与能量方程 6 6 0 第7章热传导 2 2 0 第8章对流传热 2 2 0 第9章质量传递概论与传质微分方程 4 4 0 第10章分子传质 4 4 0 第11章对流传质 2 2 0 第12章多种传递同时进行的过程 2 2 0 (二) 课程教学要求及主要内容第一章传递过程概论教学目的和要求：1.流体流动的基本概念；2.掌握传递过程的类似性；3.传递过程的衡算方法。

pdf版习题库200道_化工传递过程原理

pdf版习题库200道_化工传递过程原理

式中，p0 为饱和蒸气压，mmHg；t 为温度，℃ 试将上式换算成 SI 单位的表达式。 1-6. 黏性流体在圆管内做一维稳态流动，设 r 表示径向、y 表示由管壁指向中心 的方向。 已知温度 t 和组分 A 的质量浓度ρA 的梯度与流速 ux 的梯度方向相同， 试用 “通 量=-扩散系数³浓度梯度”形式分别写出 r 和 y 两个方向动量、热量和质量传 递三者的现象方程。 1-7. 运动黏度为ν、 热扩散系数α 和扩散系数 DAB 分别用下述微分方程定义：
的过程，导出 y 方向和 z 方向上的运动方程式，即
2-12. 某黏性流体的速度场为 u=5x2 yi+3xyzj−8xz2k 已知流体的动力黏度μ = 0.144 Pa² s ， 在点 （2， 4， –6） 处的法向应力 τyy = −100N / m2，试求该点处的压力和其他法向应力与剪应力。 2-13. 试将柱坐标系下不可压缩流体的奈维-斯托克斯方程在 r、θ 、z 3 个方向 上的分量方程简化成欧拉方程（理想流体的运动微分方程）在 3 个方向上的分 量方程。 2-14. 某不可压缩流体在一无限长的正方形截面的水平管道中做稳态层流流动， 此正方 形截面的边界分别为 x= ±a 和 y= ±a。有人推荐使用下式描述管道中的速度分 布：
2
化 工 传 递 过 程 原 理
肖 国 民
（1）若加水的温度为 82℃，试计算混合后水的最终温度； （2）若加水温度为 27℃，如容器中装有蒸汽加热蛇管，加热器向水中的传热速 率为
式中 h =300W/（m2²℃） ；A =3 m2；tv=110℃，t 为任一瞬时容器内的水温。试 求水所达到的最终温度。 1-16. 处在高温环境下的立方形物体，由环境向物体内部进行三维稳态热传导， 试用微分热量衡算方法导出热传导方程。设物体的热导率为 k，其值不受温度变 化影响。 1-17. 流体流入圆管进口的一段距离内的流动为轴对称沿径向 r 和轴向 z 的二 维流动， 试采用圆环体薄壳衡算方法，导出不可压缩流体在圆管进口段稳态流动 的连续性方程。

传递过程基础总结

传递过程基础总结

cp k
Pr 同时存在动量、热量传递 。

DAB

DAB
k c p DAB
Sc 同时存在动量、质量传递 。 Le 同时存在热量、质量传递 。

DAB

若三个数均等于 1，则表示同时进行的两种传递过程可以类比。 3、传递过程、分子传递和涡流传递概念。 传递过程——质量、能量、动量等具有强度性质的物理量可由高强度向低强
化工传递过程基础总结
化研 1205 班
宁鹏
4、势函数的定义式、势函数存在的判据。 ①定义：对于不可压缩流体的平面二维流动，若存在速度势 ( x, y ) ，且满足
u x u y x y
，则 ( x, y ) 称为势函数。
②存在的判据：理想流体做无旋运动，或有势运动时，势函数存在判断旋度 u u x y 。 为 0 的方法：二维 y x
因为 y 0时，u x umax ，所以 umax
y 2 从而得出： u x umax 1 y 0
1 p 2 y0 2 x
第 4 页 共 28 页
化工传递过程基础总结
化研 1205 班
宁鹏
若在 x 方向取单位宽度的流通截面 A 2 y0 1 ，则通过该界面的体积流率 Vs 为： Vs u x dy 2 u x dy
1、什么是欧拉研究方法？ 在流场内某一固定位置， 找一固定体积的流体微元，但该微元的质量可随时 间改变， 观察者分析该流体微元的流动状态，并由此获得整个流场流体运动的规 律。 特点：流体微元的位置和体积不随时间变化，而质量随时间变化。 2、什么是拉格朗日研究方法？ 在流场内选择一固定质量的流体微元，观察者追随流体微元一起运动，并研 究其运动规律，据此获得整个流场内流体的运动规律。 特点：流体微元的质量不随时间变化，而而位置和体积随时间改变。 3、随体导数、全导数、偏导数的定义式和物理意义。 以流体密度ρ为例： 定义式： 偏导数： 全导数：

化工传递过程课程教学大纲

化工传递过程课程教学大纲

《化工传递过程》课程教学大纲第一部分：课程基本信息一、课程名称：化工传递过程/TRANSPORT PROCESSES IN CHEMICAL ENGINEERING二、课程性质：硕士研究生学位课（专业方向课）三、适用专业：应用化学、化学工程、生物化工等专业四、先修课程：化工原理、化工热力学、化工数值计算等课程五、学时学分：36学时，2学分六、教学方法：课堂讲授七、考核方法：考试第二部分：教学目标本课程为技术基础课，是化学工程与工艺专业的骨干课程。

通过该课程的学习，使学生掌握动量、热量传递和质量传递的基本原理、传递速率的计算、相关数学模型的建立及求解，掌握速度、浓度及温度分布规律，能针对具体问题对模型方程进行简化，了解解决实际传递问题的方法，为未来的科研和教学工作打下坚实的理论基础。

第三部分：教学内容第一章传递过程概论一、传递过程的基本概念第二章动量传递的变化方程一、动量传递的两种方式二、对流传递系数的定义式三、对流传递系数求解的一般途径第三章动量传递方程的若干解一、层流流动时的动量传递方程二、层流流动时的动量传递方程的典型求解第四章传热概论与能量方程一、热量传递的基本方式二、传热过程的机理三、能量方程的推导第五章热传导方程一、热传导方程的推导二、热传导方程的求解方法第六章对流传热方程一、对流传热方程的推导二、对流传热方程的求解方法第七章传质概论与传质微分方程一、质量传递的基本方式二、传质的速度与通量三、传质微分方程的推导第八章分子传质一、气体、液体和固体内部的分子扩散速率与通量二、稳态扩散与等分子反方向扩散第九章对流传质一、平壁对流传质方程的求解二、管内对流传质方程的求解三、动量、热量与质量传递的类似性第四部分：教材及参考书目一、推荐教材《化工传递过程》，谢舜韶，谷和平，肖人卓，化学工业出版社，2008年二、参考书目1.《化工传递过程基础》，王绍亭，化学工业出版社，1987年2.《动量、热量与质量传递》，王绍亭，天津科技出版社，1988年3.《传递现象导论》，戴干策，化学工业出版社，1996年。

山东大学化学与化工学院

山东大学化学与化工学院

山东大学化学与化工学院《化工传递过程原理》理论课程教学大纲编写人：秦绪平审定人：编制时间：2017.4.20 审定时间：一、课程基本信息：二、课程描述化工传递过程原理这一课程的实质是结合通量表达式建立数学模型,并强调动量、热量与质量传递过程的类似性和差别。

本课程根据守恒定律，分别建立动量、热量和质量传递的基本微分方程，将已知的物理问题归纳为数学表达式，然后根据具体问题，将方程简化、求解，最后求出速度、温度或浓度分布规律。

本课程使用了偏微分方程，并做了充分的解释，使学生可以掌握这些内容。

The course of Chemical Transfer Process is build mathematic model along with the flux expressions, and emphasis the similarities and differences among the momentum, heat, and mass transfer transport.According to the law of conservation, this course established the basic differential equations of the momentum, heat and mass transfer, using the known physical problems summarized as mathematical expressions. Then according to the specific problem, the equation is simplified and solved. Last the velocity, temperature and concentration distribution are obtained. We introduce the use of partial differential equations with sufficient explanation that the students can master the material presented.三、课程教学目标和教学要求【教学目标】1、本课程在学生所学高等数学基本概念的基础上，进一步学习掌握动量、热量和质量传递所遵循的基本物理过程的规律及类似性；2、根据守恒定律，分别建立动量、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；3、根据具体问题，将方程简化、求解，求出速度、温度或浓度分布规律；4、力图使学生掌握处理工程问题的基本思路和方法，能够实际应用所学知识解决研究和工程中遇到的问题。

天大化工传递过程课件-第一章 传递过程概论

天大化工传递过程课件-第一章 传递过程概论
固体的溶解和析出，升华与凝华、可逆化学反应
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。
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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。
系统
在传递过程中，系统指由确定流体质点所组成
的流体元。
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三、拉格朗日观点和欧拉观点
根据研究所选定的衡算范围是控制体还是系统， 有两种相应的研究方法：
欧拉观点（Euler viewpoint） 拉格朗日观点（Lagrange viewpoint）
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三、拉格朗日观点和欧拉观点
一、守恒定律与衡算方法
对于任一过程或物理现象，进行动量、热量与质量 传递研究，都离不开自然界普遍适用的守恒定律：
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。
化学工业出版社
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一、守恒定律与衡算方法
（3）分子水平上描述 根据分子结构、分子间的相互作用，作分子水平
上的考察，对于动量、热量与质量传递的理解是有 帮助的。如各种传递系数（黏度、扩散性、导热性 等）可以应用流体的分子运动理论求解。
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一、守恒定律与衡算方法
总衡算的方法在其他课程已学过。本课程主要 讨论微分衡算的方法，通过建立描述各种过程的 数学模型，研究动量、热量与质量传递的速率。

化工传递过程基础(第三版)

化工传递过程基础(第三版)

后，形变也就消失； 对于流体，只要有应力作用，它将连续
变形 ( 流动 ) ，当应力去除后，它也不再能恢复到原来的形状。
1.1流体的定义和特征
液体和气体虽都属于流体，但两者之间也有所不同。 液体的 分子间距和分子的有效直径相当。当对液体加压时，只要分子 间距稍有缩小，分子间的排斥力就会增大，以抵抗外压力。所 以液体的分子间距很难缩小，即液体很难被压缩。以致一定质
平衡过程和传递过程
2.热量传递过程： • 物体各部分存在温度差，热量由高温区向 低温区传递
平衡过程和传递过程
3. 质量传递：当体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 域的传递
• 化学势的差异可以由浓度、温度、压力或 电场力所引起。常见的是浓度差引起质量 传递过程，即混合物种某个组分由高浓度 向低浓度区扩散
气体的平均分子间距约为 3.3 × 10 － 6 mm ，其分子的平均直径
1.1流体的定义和特征
约为 2.5×10－ 7 mm 。分子间距比分子平均直径约大十倍。因 此，只有当分子间距缩小得很多时，分子间才会出现排斥力。 可见，气体是很容易被压缩的。此外，因气体分子间距与分子 平均直径相比很大，以致分子间的吸引力很微小，而分子热运 动起决定性作用，所以 气体没有一定的形状，也没有固定的 体积，它总是能均匀地充满容纳它的容器而形成不了自由表 面 。
1.1流体的定义和特征
流体不能承受集中力，只能承受分布力。
流体的上述物理力学特性使流体力学（水 力学）成为宏观力学的一个独特分支。
1.1流体的定义和特征
流体与固体相比有以下区别：
(1)固体既能够抵抗法向力 ——压力和拉力，也能够抵抗 切向力。而流体仅能够抵抗压力，不能够承受拉力，也不能抵 抗拉伸变形。另外，流体即使在微小的切向力作用下，也很容 易变形或流动。 (2)固体的应变与应力的作用时间无关 ，只要不超过弹性 极限，作用力不变时，固体的变形也就不再变化，当外力去除
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d dθ
∫∫ u ( ρu)conαdA
A
∫∫∫ ρudV
V
＋ ∫∫ u ( ρu)conαdA
A
d dθ
∫∫∫ ρudV
V
在x、y、z三方向的分量
• ∑Fx= ∫∫
A
d u x ( ρu )conαdA ＋ dθ d u y ( ρu )conαdA ＋ dθ d u z ( ρu )conαdA ＋dθ
A
①为正时，有质量的净输出； ②为负时，有质量的净输入； ③为0时，无质量输入和输出。
简单情况
∫∫ ρuconα .dA＝ A
∫∫ ρucon α .dA+
A1 A1 A2
∫∫ ρuconα .dA
A2
= - ∫∫ ρudA + ∫∫ ρudA = ρ2ub2A2 — ρ1ub1A 1 ρ2ub2A2 — ρ1ub1A1 ＋
动量、热量质量传递相似
• 形式相似：
du x τ = −µ dy
q dt = −k A dy
j A = − DAB
dρ A dy
– 各过程所传递的物理量与其相应的强度梯度成正比； – 沿负梯度（降度）的方向传递； – 各式的系数（µ、α、DAB）只是状态函数，与传递 的物理量或梯度无关（传递性质和速率的物性常 数）。
∵ H=U＋pv ∴
＝ q-Ws＊
dEt u2 ∫∫ ρuconα .( H + 2 + gz +)dA + dθ A
＝ q-Ws＊
总动量衡算
• 动量守恒：系统的动量变化速率等于作 用在系统上，方向为净力方向的合外力 • 牛顿第二定律： F=ma=m*(u2-u1)/∆t • 动量 mu
m u
通用的总动量衡算方程
– 环境输入热—对环境做的功＝ 流体输出功—环境对流体的输入功＋能量累积
（入1＋入2）—（出1＋出2）＝累积
总能量衡算
• 经dA的质量流率 ρu conα dA • 经dA的能量流率 ρu E conα dA • 流体输出能量速率—流体输入能量速率： —
出 — 入＝ ∫∫ ρ uEcon α .dA
第一章 传递过程概论
• 传递现象是普遍现象：
– 动量、热量、质量 – 服从一定规律：从高强度区向低强度区转移 – 三者有许多相似之处。
牛顿粘性定律 Newton’s law of viscosity
du x d ( ρu x ) µ d ( ρu x ) τ = −µ =− = −ν dy dy ρ dy
' X方向 : Rx = Rx − p0 A1 = p1 A1 + wu x − p0 A1 = wu x + A1 ( p1 − p0 ) ' Y方向 : R y = R y + p0 A1 = − wu y − p1 A1 + p0 A1 = − wu y − A1 ( p1 − p0 )
4 u x = u y = ub = 20m / s; w = ρAub = 39.25kg / s Rx = 1079 N , R y = −1079 N R = R 2 x + R 2 y = 1526 N ,θ = π / 4
τ − 剪应力，µ — 动力粘度 ν − 运动粘度或动量扩散系数
du x — 速度梯度或剪切速率 dy
正负号问题：
y x
du x τ =µ dy
三维流动，应力有9个。
牛顿型流体与非牛顿型流体
1.牛顿型流体； 2.胀塑性流体，
如浆糊，云母悬浮液，流沙；
τ
4 3 1 2
3.假塑性流体，
如油漆、纸浆、高分子溶液；
– 对每一组分：W’i2-W’i1＋dM’i/dθ =R’i – 对总体： W’2-W’1＋dm’/dθ =∑R’I
通用的总的质量衡算方程
出—入＋累＝0
dA
d ∫∫ ρucon α .dA + dθ A
∫∫∫ ρdv = 0
V
α
u n
∫∫ ρucon α .dA =质量输出流率—质量输入流率
A
∫∫ ρucon α .dA 面积分的意义
j
e
A
= −ε M
dρ A dy
ε，εH和εM分别为涡流粘度、涡流热量扩散系数和涡流质量 m2 扩散系数。单位与层流时相同，均为 综合起来：
s
d ( ρu x ) τ t = −(ν + ε ) dy dρ A j At = −( DAB + ε M ) dy
d ( ρc p t ) q ( ) t = −(α + ε H ) A dy
[
N m2
d ( ρu x ) ρu x：动量； ：动量梯度。 dy r r r r r r u2 − u1 mu2 − mu1 F = ma = m =
动量朝速度降低的方向传递。
θ
θ
傅里叶定律
• 导热现象：
d ( ρc p t ) q dt k d ( ρc p t ) = −k = =α A dy ρc p dy dy k — 物质的导热系数；c p −比热；ρ — 密度 dt α热扩散系数； — 温度梯度 dy
流体通过弯管
r r 水受力： F = ∆ ( wu ) ∑
' ' X方向 : p1 A1 − Rx = ∆( wu x ) = − wu x ⇔ Rx = p1 A1 + wu x ' ' Y方向 : R y − p2 A2 = wu y ⇔ R y = wu y + p1 A1
Rx
θ Ry
R
弯管受力：
∫∫∫ ρu dV
x V
∑Fy= ∫∫
A
∫∫∫ ρu dV
y V
∑Fz= ∫∫
A
∫∫∫ ρu dV
z V
应用实例1：流体通过弯管
水稳定流过弯管，D=0.05m， u＝20m/s,进口压力 P1’=1.5×105Pa（表压），出 口压力P2为大气压，摩擦力 及重力的影响可忽略，计算 此管所受的合力的量值及方 向。
• 线动量 P=M u • ∑F=
dP d ( Mu ) = dθ dθ
• ∑F＋入＝出＋累积 • 动量速率： 出—入＋累积＝∑F
通用的总动量衡算方程
• 通过dA的质量流率：W=ρu conα dA • 通过dA的动量流率：W u =u(ρu)conα dA • 通过A的总质量流率：
动量输出—动量输入＝ 累积＝ ∵∑F=
热量朝温度降低的方向传递。 t1
t2
q / A − 热通量，q为y方向的导热速率，A为 ⊥ 导热面积
费克定律
j A = − DAB dρ A dy
j A — 组份A的扩散质量通量， DAB — 组份A在组份B的扩散系数； dρ A — 组份A的质量浓度（密度）梯度。 dy
质量朝浓度降低的方向传递。
ρ
1 2 ∆p 1 2 ∆p 2 ∑ h f ＝ − ∆ub — = ＝ − (ub 2 − ub 0 ) − 2 ρ 2 ρ 1 2 A0 2 u A0 2 = ub 0 (1 − ) = ξ ; ⇔ ξ = (1 − ) 2 A2 2 A2
2 b0
录像：文丘里管流动状况
总质量、总能量和总动量衡算方程
• 掌握三个定律以及它们之间的相似性：
– 牛顿粘性定律、 傅里叶定律、 费克定律。
• 分子传递与涡流传递。
总质量、总能量和总动量衡算
• 总衡算与微分衡算
– 选择控制体（Control Volume)，可大可小 – 分析控制体与外界之间关系：进、出、流股 状态； – 根据守恒定律（质量、能量和动量）建立数 学关系：
4 .w = u b 0 ρ A0 = u b 2 ρ A 2 ; ⇔ u b 2 = A0 ub0 A2 A0 ub0 − ub0 ) A2
∴ − A 2 ∆ p = u b 0 ρ A0 ( u b 2 − u b 0 ) = u b 0 ρ A0 (
∴
∆p
突然扩大 （P30）
= ub 0 A0 A0 (1 − ) A2 A2
r u
园管中的稳态层流
2 r 2 ∆pri u = umax 1 − ( ) , umax = − ri 4 µL
umax 1 ub = ∫∫ udA = 2 A A
层流
湍流
r 光滑管湍流：u = u max 1 − ( ) ri
1/ 7
层流流动状况
要点总结
A
∫∫ ρupvcon α .dA
A
– Pv＝p/ρ :每公斤流体所做流动功 v=1/ρ （m3/kg) 比能
dE t u2 – ∫∫ ρucon α .(U + 2 + gz + pv ) dA + dθ A
•
＝ q-Ws＊
总能量衡算
dEt u2 ∫∫ ρuconα .(U + 2 + gz + pv)dA + dθ A
d ( ρc p t ) q = −α A dy
j A = − DAB
dρ A dy
（通量）＝—（扩散系数）×（浓度梯度） ν，α，DAB 分别称为动量扩散系数、热量扩散系数和质量 扩散系数
层流流动
湍流流动
涡流传递的类似性
d ( ρu x ) ( q )e = −ε H d ( ρc p t ) τ r = −ε A dy dy
4.塑性流体，
如泥浆、污水、有机胶体等。
du/dy
分子传递与涡流传递
• Байду номын сангаас子传递：
– 分子的微观运动引起的；
• 涡流传递：
– 由旋涡混合造成的流体宏观运动引起的。