2.4动量、热量和质量的传递类比
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动量传递、热量传递与质量传递的类似性摘要:对动量、热量与质量传递的类似性进行了介绍,并阐述了传递过程中的类似律。
关键字:似类似性;类律;牛顿流体Abstra ct : The articl e mainly introd ucesthe simila rityand descri bs a simila r law of the moment um, heat and mass transf er, Then Solves the turbul ent mass transf er coeffi cient basedon the applic ation of mass transf er and heat transf er simila rity.Keywor ds: Simila rity; law of simila rity; newton ian fluid传递现象是自然界和工程技术中普遍存在的现象。
通常所说的平衡状态,是指物系内具有强度性质的物理量,如温度、组分浓度等不存在梯度而言。
对于任何处于不平衡状态的物系,一定会有某些物理量由高强度区向低强度区转移。
传递过程特指物理量朝平衡转移的过程。
在传递过程中传递的物理量有动量、热量、质量和电量等。
动量传递——在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。
热量传递——热量由高温度区向低温度区的转移。
质量传递——物系中一个或几个组分由高浓度区向低浓度区的转移。
由此可见,动量、热量与质量传递之所以发生,是由于物系内部存在着速度、温度和浓度梯度的缘故。
动量、热量与质量传递是一种探讨速率的科学,三者之间具有许多类似之处,它们不但可以用类似的数学模型来描述,而且描述三者的一些物理量之间还存在着某些定量关系。
1.传质通量:单位时间内通过垂直于传质方向上单位面积的物质的量称为传质通量。
2.质量传递的基本方式:分子传质与对流传质。
3.分子传质:又称为分子扩撒,简称扩散,它是由于分子的无规则运动而形成的物质传递现象。
4.对流传质:是指壁面和运动流体之间,或两个有限互溶的运动流体之间的质量传递。
5.菲克定律:当浓度场不随时间而变化的稳态扩散条件下,当无整流运动时,组成二元混合物中组分A和组分B将发生扩散。
其中组分A向组分B的扩散通与组分A的浓度梯度成正比,这就是扩散基本定律——菲克定律。
表达式:,只用于分子扩散传质。
6.紊流扩撒:凭借物体质点的湍流和漩涡来传递物质的现象。
7.当物系中存在速度、温度、浓度梯度,分别发生动量、热量和质量的传递现象。
8.傅里叶定律指出,在均匀同性材料的一维温度场中通过热传导方式的热量通量密度为:。
9.气体中的稳态扩散过程,分子扩散有两种形式:双向扩散和单向扩散。
双向扩散(反方向扩散)的扩散通量表达式:NA=JA=D(pA1-pA2)/(RT△z),单向扩散:NA=(Dp/RT△z)ln(p-pA2)/(p-pA1)。
10.浓度边界层:概念:质量传递的全部阻力集中于固体表面上一层具有浓度梯度的流体层中,该流体层称为浓度边界层。
意义:如果在表面处流体中的某组分A的浓度CAs和自由流中的CAs不同,就将产生浓度边界层。
浓度边界层厚度为,其定义通常规定为时与壁面的垂直距离,它是存在较大浓度梯度的流体区域。
在表面和自有流的流体之间的对流传质是由这个边界层决定的。
11.薄膜理论:当流体靠近物体表面流过时,存在一层附壁的薄膜,在薄膜的流动侧与具有浓度均匀的主流连续接触,并假定膜内流体与主流不相混合的扰动。
在此条件下,整个传质过程相当于此薄膜上的扩散过程,而且认为在薄膜上垂直于壁面方向上呈线性的浓度分布,膜内的扩散传质过程具有稳态的特性。
传质系数:。
12.渗透理论:当流体流过表面时,当流体质点不断地穿过流体的附壁薄层向表面迁移并与之接触,流体质点在与表面接触之际则进行质量的转移过程,此后流体质点又回到主流核心中去。