传热传质的分析与计算ppt课件.pptx
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1、第三章 传热传质的分析和计算,2022/11/17,80-1,内 容,80-2,动量、热量和质量传递类比,3.1,对流传质的准则关联式,3.2,热量和质量同时进行时的热质传递,3.3,2022/11/17,对流传质的准则关联式,3.4,3.1.1 三种传递现象的速率描述及其之间的雷同关系,流体系统中:,速度梯度,动量传递,温度梯度,热量传递,浓度梯度,质量传递,3.1 动量、热量和质量传递类比,80-3,2022/11/17,a 牛顿粘性定律,两个作直线运动的流体层之间的切应力正比于垂直于运动方向的速度变化率,即:,对于均质不可压缩流体,上式可改写为:,3.1.1.1 分子传递性质,80-4,
2、2022/11/17,b 傅立叶定律,在均匀的各向同性材料内的一维温度场中,通过导热方式传递的热量通量密度为:,对于恒定热容量的流体,上式可改写为:,80-5,2022/11/17,c 斐克(Fick)定律,在无总体流动或静止的双组分混合物中,若组分A的质量分数(或质量份额)aA的分布为一维的,则通过分子扩散传递的组分A的质量通量密度为:,对于混合物密度为常数的情况,上式可改写为:,DAB: 组分A在组分B中的扩散系数,m2/s;,80-6,2022/11/17,统一公式:,FD : 的通量密度;d/dy: 的变化率;:单位体积的某种量;C: 比例常数(扩散系数)。,质量传递:FD =mA,
3、= A, CDAB;,动量传递:FD =, = u, C。,能量传递:FD =q, = cpt, Ca;,80-7,2022/11/17,3.1.1.2 湍流传递性质,80-8,2022/11/17,通常,充分发展湍流中,湍流传递系数远远大于分子传递系数。,80-9,2022/11/17,分子传递系数, a, DAB:是物性,与温度、压力有关;通常各项同性。,湍流传递系数t, at, DABt:不是物性,主要与流体流动有关;通常各项异性。,80-10,2022/11/17,3.1.2 三传方程,连续性方程,动量方程,能量方程,扩散方程,当=a=D时,三个传递方程形式完全一样,80-11,202
4、2/11/17,边界条件为:,动量方程,或,或,能量方程,扩散方程,三个传递方程的边界条件形式完全一样,80-12,2022/11/17,三个性质类似的传递系数中,任意两个系数的比值均为无量纲量,即,普朗特准则,表示速度分布和温度分布的相互关系,体现流动和传热之间的相互联系,施密特准则,表示速度分布和浓度分布的相互关系,体现流体的动量与传质间的联系,刘伊斯准则,表示温度分布和浓度分布的相互关系,体现传热和传质之间的联系,80-13,2022/11/17,类似的,对流体沿平面流动或管内流动时质交换的准则关联式为:,气体混合物:通常Le1,即a D。此时,边界层内温度分布和浓度分布相似。,对流换热
5、的准则关联式为:,此为刘伊斯关系式,即热质交换类比律。,Re给定条件下,Le=1时,有:,即,80-14,2022/11/17,3.1.3 动量交换与热交换的类比在质交换中的应用,3.1.3.1 雷诺(Renold)类比 (Pr=1),当Pr=1时,80-15,2022/11/17,以上关系也可推广到质量传输,建立动量传输与质量传输之间的雷诺类似律,当Sc=1,即=D时,80-16,2022/11/17,3.1.3.2 柯尔本(Colburn)类比,普朗特(Prandtl)类比(考虑了层流底层),卡门(Karman)类比(考虑了层流底层、过渡层),80-17,2022/11/17,契尔顿(Ch
6、ilton)和柯尔本发表了如下的类似的表达式:,传热因子JH,传质因子JD,80-18,2022/11/17,对流传热和流体摩阻之间的关系,可表示为:,对流传质和流体摩阻之间的关系可表示为:,实验证明JH、JD和摩阻系数Cf 有下列关系,上式适用于平板流等无形状阻力的情况。,80-19,2022/11/17,对于柯尔本类比适用的情况:对流传热的公式可用于对流传质。,只要将有关参数及准则数替换为对流传质的对应参量和准则数即可。,80-20,2022/11/17,平板层流传热,平板层流传质,平板紊流传热,平板紊流传质,光滑管紊流传热,光滑管紊流传质,平板层流传质,平板紊流传热,平板紊流传质,80-
7、21,2022/11/17,3.1.3.3 热、质传输同时存在的类比关系,例题,80-22,2022/11/17,3.2 对流质交换的准则关联式,3.2.1 流体在管内受迫流动时的质交换,由传热学可知在温差较小的条件下,管内紊流换热可不计物性修正项,并有如下准则关联式,吉利兰(Gilliland)把实验结果整理成相似准则,并得到相应的准则关联式为,注意适用范围、定性参数选择,80-23,2022/11/17,水丁醇甲苯苯胺异丙醇另戊醇另丁醇氯苯醋酸已酯,Sh/Sc0.44,80-24,2022/11/17,用类比来计算管内流动质交换系数,由于,采用布拉西乌斯(Blasius)光滑管内的摩阻系数
8、公式,则,80-25,2022/11/17,3.2.2 流体沿平板流动时的质交换,沿平板流动换热的准则关联式,层流时,相应的质交换准则关联式为,紊流时,相应的质交换准则关联式应是,例题,80-26,2022/11/17,3.3 热量和质量同时进行时的热质传递,工程实践中的许多情形都是同时包含着动量传递、能量传递、质量传递这三个传递过程,它们彼此是相互影响的。,80-27,2022/11/17,3.3.1 同时进行传热与传质的过程,在等温过程中,由于组分的质量传递,单位时间、单位面积上所传递的热量为 :,如果传递系统中还有导热,则传递的热量为:,如果传递系统中还有对流换热,则传递的热量为:,Ni
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