化工传递过程总复习.ppt

化工传递过程,总复习,传递过程原理是以化学工业及其他过程工业为研究对象，是在“化工原理”的基础上，进一步综合其有关动量、热量与质量传递的共同规律而发展起来的一门课程。三传：动量传递 热量传递 质量传递 动量传递流体输送、过滤、沉降液体混合等；热量传递物料加热与冷却、蒸发等；质量传递吸收、萃取、吸附、膜分离等。,课程研究方法,首先确定物理模型，阐述三传所遵循的三个基本物理过程的规律；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；根据具体问题，确定定解条件；方程简化、求解，求出速度、温度或浓度分布规律；求传递速率,扩散（分子）传递的基本定律,牛顿粘性定律,傅立叶定律,费克定律,通量=扩散系数浓度梯度,现象方程,系统与控制体拉格朗日观点和欧拉观点,流出质量速率+流入质量速率积累质量速率,采用欧拉观点：在流场中选一微分控制体,1直角坐标系连续性方程,2 柱坐标系,3.球坐标系,连续性方程的简化,1.稳态流动,2.不可压缩流体,用应力表示的运动方程奈维斯托克斯,适用条件：牛顿型流体的稳态或非稳态、可压缩或不可压缩流体、理想或实际流体的流动。,惯性力,质量力,压力,粘性力,三、流体的运动方程,X方向连续性方程和运动方程联立,方程组求解的分类：,（1）对于非常简单的层流，方程经简化后，其形式非常简单，可直接积分求解解析解；,（2）对于某些简单层流，可根据流动问题的物理特征进行化简。简化后，积分求解物理近似解；,（3）对于复杂层流，可采用数值法求解；将方程离散化，然后求差分解；,（4）对于湍流，可先进行适当转换，再根据问题的特点，结合实验，求半理论解。,动量传递方程的分析,（1）连续性方程的简化,（2）运动方程的简化,x 方向：,平壁间与平壁面上的稳态层流,二、方程的求解,边界条件（B.C.）：,（1）,（2）,速度分布为,抛物线形,三、平均流速与流动压降,平均流速：,压降：,一、圆管中的轴向稳态层流,速度分布,管中心最大流速,平均流速,一、圆管中的轴向稳态层流,压力降,热量传递的基本方式,三、辐射传热,一、热传导,二、对流传热,第六章 热量传递概论与能量方程,四、同时进行导热、对流和辐射传热,J/(m3.s）,能量方程,（1）不可压缩流体的对流传热,（2）固体中的热传导,若无内热源,泊松(Poisson)方程,若稳态导热,傅立叶第二定律,若无内热源稳态导热,拉普拉斯(Laplace)方程,固体中的热传导,柱坐标温度场,能量方程,柱坐标系能量方程,球坐标温度场,能量方程,球坐标系的能量方程,第七章 热传导,本章讨论固体内部的导热问题，重点介绍热传导方程的求解方法，并结合实际情况，探讨导热理论在工程实际中的应用。,一、无内热源的一维稳态热传导,温度分布方程,导热速率方程,温度分布方程,二、有内热源的一维稳态热传导,三、二维不稳态热传导,建立炉壁温度的结点温度方程组,物体温度随时间的变化,（1）毕渥数,四、内热阻可忽略的不稳态导热,（2）傅立叶数（Fourier number）。,五、忽略表面热阻的不稳态导热,（对于所有x）,示例：地面降温，厚壁物体一侧降温,二、质量传递的基本方式,1.分子传质（分子扩散）,费克定律,或,2.对流传质,nA 组分A相对于静止坐标的质量通量；,uA 组分A相对于静止坐标的绝对速度,三、传质的速度与通量,B的质量通量：,混合物（A+B）的质量通量：,A的质量通量：,3.传质的总通量,三、传质的速度与通量,费克第一定律通用表达式,1.扩散的物理模型,吸收操作,一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散,溶质,NA,NB0,+惰性组分B,A+B,气相主体,相界面,液相,数学模型,B.C,(1)z=z1,cA=cA1(2)z=z2,cA=cA2,一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散,扩散通量表达式,(2)浓度分布方程,一、组分A通过停滞组分B的稳态扩散,设由A、B组成的二元混合物中，进行反方向扩散，若二者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。,1.扩散的物理模型,汽相相界面液相,易挥发组分,NA,NB,难挥发组分,蒸馏操作,二、等分子反方向稳态扩散,2.扩散的数学模型,NA=NB,二、等分子反方向稳态扩散,数学模型,B.C,(1)z=z1,cA=cA1(2)z=z2,cA=cA2,3.数学模型的求解,求解得,(1)扩散通量方程,扩散通量表达式,二、等分子反方向稳态扩散,(2)浓度分布方程,二、等分子反方向稳态扩散,等分子反方向扩散,二、等分子反方向稳态扩散,