1、熱質(zhì)交換過程課件第二章第二章 熱質(zhì)交換過程熱質(zhì)交換過程 21 傳質(zhì)概論傳質(zhì)概論 22 擴(kuò)散傳質(zhì)擴(kuò)散傳質(zhì) 23 對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) 24 相際間的對流傳質(zhì)模型相際間的對流傳質(zhì)模型 25 動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比 26 對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式對流傳質(zhì)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 27 熱量和質(zhì)量同時進(jìn)行時的熱質(zhì)傳遞熱量和質(zhì)量同時進(jìn)行時的熱質(zhì)傳遞熱質(zhì)交換過程課件 2.1 傳質(zhì)概論傳質(zhì)概論 2.1.1 2.1.1 混合物組成的表示方法混合物組成的表示方法質(zhì)量濃度質(zhì)量濃度 AAMV BBMVi 在單位容積中所含某組分的質(zhì)量，在單位容積中所含某組分的質(zhì)量，即質(zhì)量濃度。即質(zhì)量濃度。,ABMM 組分組分A

2、,B在容積在容積V中具有的質(zhì)量中具有的質(zhì)量熱質(zhì)交換過程課件物質(zhì)的量濃度物質(zhì)的量濃度 AAnCV BBnCViC 在單位容積中所含某組分的物質(zhì)的在單位容積中所含某組分的物質(zhì)的量，即物質(zhì)的量濃度。量，即物質(zhì)的量濃度。,ABnn組分組分A,B在容積在容積V中具有的物質(zhì)中具有的物質(zhì)的量的量熱質(zhì)交換過程課件質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù) AAMaM摩爾分?jǐn)?shù)摩爾分?jǐn)?shù) AAnxn質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系：質(zhì)量濃度與物質(zhì)的量濃度的關(guān)系：* AAACM*AM組分組分A的摩爾質(zhì)量，的摩爾質(zhì)量，kg/kmol熱質(zhì)交換過程課件 2.1.2 傳質(zhì)的速度和擴(kuò)散通量傳質(zhì)的速度和擴(kuò)散通量 AAuuuu AmAmuuuu絕對速度絕對速度

3、=主流體速度主流體速度+擴(kuò)散速擴(kuò)散速度度熱質(zhì)交換過程課件擴(kuò)散通量擴(kuò)散通量 二元混合物二元混合物A、B在濃度不均勻時的互擴(kuò)散在濃度不均勻時的互擴(kuò)散 及它們的濃度沿及它們的濃度沿y方向的分布情況圖方向的分布情況圖熱質(zhì)交換過程課件2.1.3 2.1.3 質(zhì)量傳遞的基本方式質(zhì)量傳遞的基本方式 流體作對流運動，當(dāng)流體中存在濃度流體作對流運動，當(dāng)流體中存在濃度差時，對流擴(kuò)散亦必同時伴隨分子擴(kuò)散，差時，對流擴(kuò)散亦必同時伴隨分子擴(kuò)散，分子擴(kuò)散與對流擴(kuò)散兩者的共同作用稱分子擴(kuò)散與對流擴(kuò)散兩者的共同作用稱為對流質(zhì)交換。為對流質(zhì)交換。 分子傳質(zhì)分子傳質(zhì) 對流傳質(zhì)對流傳質(zhì)熱質(zhì)交換過程課件2.2 2.2 擴(kuò)散傳質(zhì)擴(kuò)散傳

4、質(zhì) 2.2.1 斐克定律斐克定律 擴(kuò)散基本定律擴(kuò)散基本定律斐克定律：斐克定律： 2kg/msAAABdjDdz 2kmol/msAAABdCJDdz 熱質(zhì)交換過程課件,AAjJ 擴(kuò)散物質(zhì)擴(kuò)散物質(zhì)A的質(zhì)量擴(kuò)散通量的質(zhì)量擴(kuò)散通量和摩爾擴(kuò)散通量和摩爾擴(kuò)散通量A組分組分A的質(zhì)量濃度的質(zhì)量濃度AC摩爾濃度摩爾濃度ABD比例系數(shù)，稱分子擴(kuò)散系數(shù)比例系數(shù)，稱分子擴(kuò)散系數(shù)熱質(zhì)交換過程課件2.2.2 氣體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程氣體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程 混合物的濃度 或摩爾數(shù)n不隨擴(kuò)散方向y而變化時 dydCDmAABA*dydnnDNAABA*對混合氣體已知其組分的分壓變化時 dydpTRDmAAABAdydpTRDNA

5、AABAA熱質(zhì)交換過程課件DDDBAAB二元混合物的分子互擴(kuò)散系數(shù)相等 yCCDmAAA2,1 ,yppTRDmAAAA2,1 ,ynnDNAAA2,1 ,yppTRDNAAAAA2,1 ,熱質(zhì)交換過程課件2.2.3 液體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程液體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程h PB1PA1PBPAA+BYPA2PB222110P水面蒸汽向空氣中的擴(kuò)散 熱質(zhì)交換過程課件對靜坐標(biāo)的凈質(zhì)擴(kuò)散通量對水蒸氣和空氣分別為： TRpdydpTRDCmmAAAAAAA0TRpdydpTRDCmmBBBBBBB斯蒂芬J. Stefan定律的表達(dá)式 dydpTRpppDdydpTRDmAAAAAAAdydpTRDApppAAA1

6、DYdppppTRDAAA熱質(zhì)交換過程課件邊界條件 1 ,1 , 0BApppy2,2,BAppphy可得 1 ,2,1 ,2,lnlnBBAAAAApphpTRDpppphpTRDmmBBBAppphpTRD,1 ,2,mBAAAppphpTRD,2,1 ,)(2,1 ,AAmBCCPPhD熱質(zhì)交換過程課件2.2.4 固體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程固體中的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散過程 通用表達(dá)式：AAAABdCCNDNNzC 熱質(zhì)交換過程課件2.2.5 擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù) 擴(kuò)散系數(shù)是沿擴(kuò)散方向，在單位時間每單位濃度降的條件下，垂直通過單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)，即 AAAAMnDddCdydy熱質(zhì)交換過程課件表

7、表2-1 氣氣-氣質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)和氣體在液體中氣質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)和氣體在液體中的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)D (m2/s) 氣體在空氣中的D，25，p=1atm 氨-空氣 水蒸氣-空氣 CO2-空氣 O2 -空氣 H2-空氣 2.8110-5 2.5510-5 1.6410-5 2.0510-5 4.1110-5 苯蒸汽-空氣 甲苯蒸氣-空氣 乙醚蒸汽-空氣 甲醇蒸汽 -空氣 乙醇蒸汽-空氣 0.8410-5 0.8810-5 0.9310-5 1.5910-5 1.1910-5 熱質(zhì)交換過程課件液相，20，稀溶液 氨-水 CO2-水 O2 -水 H2-水 1.7510-9 1.7810-9 1.8110-

8、9 5.1910-9 氯化氫-水 氯化鈉-水 乙烯醇-水 CO2-乙烯醇 2.5810-9 2.5810-9 0.9710-9 3.4210-9 熱質(zhì)交換過程課件表表2-2 2-2 氣體在空氣中的分子擴(kuò)散系數(shù)氣體在空氣中的分子擴(kuò)散系數(shù)D D0 0（ cmcm2 2/s/s） 氣體 D0 氣體 D0 H2 N2 O2 CO2 0.511 0.132 0.178 0.138 SO2 NH3 H2O HC1 0.103 0.20 0.22 0.13 熱質(zhì)交換過程課件表表2-2列舉了在壓強(qiáng)、溫度列舉了在壓強(qiáng)、溫度T0=273K時各種氣時各種氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D0，在其它，在其它

9、p、T狀態(tài)狀態(tài)下的擴(kuò)散系數(shù)可用下式換算下的擴(kuò)散系數(shù)可用下式換算 23000 TTppDD熱質(zhì)交換過程課件兩種氣體兩種氣體A與與B之間的分子擴(kuò)散系數(shù)可用之間的分子擴(kuò)散系數(shù)可用 (Gilliland)提出的半經(jīng)驗公式估算：提出的半經(jīng)驗公式估算：BABAVVpTD117 .4352313123T熱力學(xué)溫度；熱力學(xué)溫度；p總壓強(qiáng)；總壓強(qiáng)；,AB 氣體氣體A,B的分子量；的分子量；,ABV V氣體氣體A，B在正常沸點時液態(tài)克在正常沸點時液態(tài)克摩爾容積摩爾容積熱質(zhì)交換過程課件表表2-3 2-3 在正常沸點下液態(tài)克摩爾容積在正常沸點下液態(tài)克摩爾容積氣體 摩爾容積 氣體 摩爾容積 H2 O2 N2 空氣 14

10、.3 25.6 31.1 29.9 CO2 SO2 NH3 H2O 34 44.8 25.8 18.9 熱質(zhì)交換過程課件2.3 2.3 對流傳質(zhì)對流傳質(zhì) 2.3.1 對流傳質(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)系數(shù) 在離開前緣任意距離處的在離開前緣任意距離處的組組 分流密度可表示為分流密度可表示為 0yAABAyCDm熱質(zhì)交換過程課件在離開前緣任意距離處的組分流密度可表示為 0yAABAyCDmAAsyAABmCCyCDh0AAsyAABmCCyCDh0熱質(zhì)交換過程課件2.3.2 濃度邊界層濃度邊界層 濃度邊界層的概念濃度邊界層的概念 濃度邊界層 c被定義為 (CAs-CA）/（CAs-CA）= 0.99時的y值 熱

11、質(zhì)交換過程課件濃度邊界層示意圖濃度邊界層示意圖熱質(zhì)交換過程課件邊界層的重要意義邊界層的重要意義 由于邊界層的引入，可以大大簡化討論問題的難度。我們可以將整個的求解區(qū)域劃分為主流區(qū)和邊界層區(qū)。在主流區(qū)內(nèi)，為等溫、等濃度的勢流，各種參數(shù)視為常數(shù)；在邊界層內(nèi)部具有較大的速度梯度、溫度梯度和濃度梯度，其速度場、溫度場和濃度場需要專門來討論求解。 熱質(zhì)交換過程課件對流傳質(zhì)方程對流傳質(zhì)方程 任意表面的速度任意表面的速度,熱和濃度邊界層的開展熱和濃度邊界層的開展 熱質(zhì)交換過程課件邊界層中組分守恒的微元控制體及能量交換示意圖邊界層中組分守恒的微元控制體及能量交換示意圖 熱質(zhì)交換過程課件控制體中的傳質(zhì)情況控制體

12、中的傳質(zhì)情況 stAgAdifAconvAmmmm,dVtdVnDnVAAAABVA)()(AAABAAnDt)()(熱質(zhì)交換過程課件2.3.3 湍流傳質(zhì)的機(jī)理湍流傳質(zhì)的機(jī)理 組分A的主體平均濃度定義為：熱質(zhì)交換過程課件2.3.4 對流傳質(zhì)的數(shù)學(xué)描述對流傳質(zhì)的數(shù)學(xué)描述 因為邊界層厚度一般很小，可利用下面的不等式 uxyxuyu,xTyTxCyCAA速度邊界層 溫度邊界層 濃度邊界層 熱質(zhì)交換過程課件經(jīng)簡化和近似，總的連續(xù)性方程及經(jīng)簡化和近似，總的連續(xù)性方程及x方向動量方程可簡化為方向動量方程可簡化為 0yxu221yuxpyuxuu根據(jù)利用速度邊界層近似的量級分析，可以表明根據(jù)利用速度邊界層近

13、似的量級分析，可以表明y動量方動量方 程可簡化為程可簡化為 0yp熱質(zhì)交換過程課件上述簡化，能量方程可簡化為上述簡化，能量方程可簡化為上述簡化，能量方程可簡化為上述簡化，能量方程可簡化為 222yucyTayTxTup組分的連續(xù)性方程變成組分的連續(xù)性方程變成 22yCDyCxCuAABAA熱質(zhì)交換過程課件對流傳質(zhì)簡化模型 濃度邊界層濃度邊界層熱質(zhì)交換過程課件圖圖 2-10 2-10 有效邊界層有效邊界層熱質(zhì)交換過程課件 按斐克第一定律于圖按斐克第一定律于圖2-10所示的邊界條件下所示的邊界條件下積分，得到傳質(zhì)通量的計算式為積分，得到傳質(zhì)通量的計算式為)(wfciiCCDmskg/m2iD擴(kuò)散組

14、分（擴(kuò)散組分（i)于流體中的互擴(kuò)散系數(shù)于流體中的互擴(kuò)散系數(shù)fCwCciD散組分于流體中的平均濃度，或反映平衡濃度散組分于流體中的平均濃度，或反映平衡濃度擴(kuò)散組分于固體表面上的濃度或平衡濃度擴(kuò)散組分于固體表面上的濃度或平衡濃度對流傳質(zhì)簡化模型的對流傳質(zhì)簡化模型的“停滯層停滯層”厚度厚度熱質(zhì)交換過程課件2.3.5 2.3.5 對流傳質(zhì)過程的相關(guān)準(zhǔn)則數(shù)對流傳質(zhì)過程的相關(guān)準(zhǔn)則數(shù) （1）施密特準(zhǔn)則數(shù)）施密特準(zhǔn)則數(shù)(Sc)對應(yīng)于對流傳熱中的普朗特對應(yīng)于對流傳熱中的普朗特 準(zhǔn)則數(shù)（準(zhǔn)則數(shù)（Pr) a/PriDSc: 流體的運動粘度（即動量傳輸系數(shù)）流體的運動粘度（即動量傳輸系數(shù)） ：物體的導(dǎo)溫系數(shù)（即熱量傳

15、輸系數(shù)）：物體的導(dǎo)溫系數(shù)（即熱量傳輸系數(shù)） Di：物體的擴(kuò)散系數(shù)：物體的擴(kuò)散系數(shù) 熱質(zhì)交換過程課件( 3 ) 傳質(zhì)的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)傳質(zhì)的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)(Stm)對應(yīng)于對流傳熱對應(yīng)于對流傳熱中的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)中的斯坦頓準(zhǔn)則數(shù)St lpuChStuhmPrReShStm熱質(zhì)交換過程課件 ( 2 ) 舍伍德準(zhǔn)則數(shù)（舍伍德準(zhǔn)則數(shù)（Sh）對應(yīng)于對流傳熱中的努謝）對應(yīng)于對流傳熱中的努謝 爾特準(zhǔn)則數(shù)爾特準(zhǔn)則數(shù)(Nu) imDlhShlNu : 對流傳熱系數(shù)對流傳熱系數(shù) ：物體的導(dǎo)熱系數(shù)：物體的導(dǎo)熱系數(shù) l : 定型尺寸系數(shù)定型尺寸系數(shù) hm: 對流傳質(zhì)系數(shù)對流傳質(zhì)系數(shù) Di：物體的擴(kuò)散系數(shù)：物體的擴(kuò)散系數(shù) 熱質(zhì)交

16、換過程課件2.4 相際間的對流傳質(zhì)模型相際間的對流傳質(zhì)模型2.4.1 薄膜理論薄膜理論 熱質(zhì)交換過程課件根據(jù)膜理論按菲克定律所確定的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)通量為： fwiCCDdxdCDmi)(,fwimiCChmDhim,熱質(zhì)交換過程課件2.4.2 滲透理論滲透理論 Dhmi2)0 . 15 . 0(,nDhnmi熱質(zhì)交換過程課件2.5 2.5 動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比動量、熱量和質(zhì)量傳遞類比 2.5.1 2.5.1 三傳方程三傳方程連續(xù)性方程 0yxu動量方程 22yuvyuxuu能量方程 22ytaytxtu22yCDyCxCuAAA擴(kuò)散方程 熱質(zhì)交換過程課件邊界條件為：邊界條件為： 動量方程 0

17、, 0uuy或 0wwuuuu1,uuy或 1wwuuuu能量方程 0, 0wwtttty1,wwtttty擴(kuò)散方程 0, 0,wAAwAACCCCy1,wAAwAACCCCy熱質(zhì)交換過程課件這三個性質(zhì)類似的物性系數(shù)中，任意兩個系數(shù)這三個性質(zhì)類似的物性系數(shù)中，任意兩個系數(shù) 的比值均為無量綱量的比值均為無量綱量,即即普朗特準(zhǔn)則普朗特準(zhǔn)則aPr表示速度分布和溫度分布的相互關(guān)系，體現(xiàn)流動和傳熱之間的相互聯(lián)系施密特準(zhǔn)則施密特準(zhǔn)則DSc表示速度分布和濃度分布的相互關(guān)系，體現(xiàn)流體的傳質(zhì)特性劉伊斯準(zhǔn)則劉伊斯準(zhǔn)則PrScDaLe 表示溫度分布和濃度分布相互關(guān)系，體現(xiàn)傳熱和傳質(zhì)之間的聯(lián)系 熱質(zhì)交換過程課件流體沿

18、平面流動或管內(nèi)流動時質(zhì)交換的準(zhǔn)則流體沿平面流動或管內(nèi)流動時質(zhì)交換的準(zhǔn)則 關(guān)聯(lián)式為：關(guān)聯(lián)式為： )Sc(Re,ShfDulfDlhm,熱質(zhì)交換過程課件2.5.2 2.5.2 動量交換與熱交換的類比動量交換與熱交換的類比在質(zhì)交換中的應(yīng)用在質(zhì)交換中的應(yīng)用 雷諾類似律雷諾類似律 PrRe22PrReffCNuCNuSt或當(dāng)Pr=1時 Re2fCNu fC-摩擦系數(shù)熱質(zhì)交換過程課件以上關(guān)系也可推廣到質(zhì)量傳輸，建立動量傳輸 與質(zhì)量傳輸之間的雷諾類似律 ScCShCScShStffmRe22Re或當(dāng)Sc=1，即=D時 Re2fCSh 熱質(zhì)交換過程課件柯爾本類似律柯爾本類似律 普朗特類似律 ) 1(2/512

19、/ScCCuhffm卡門類似律 6/ )51 (ln) 1(2/512/ScScCCuhffm熱質(zhì)交換過程課件 契爾頓和柯爾本發(fā)表了如下的類似的表達(dá)式： 3/2Sc2fmCuh傳熱因子JH，傳質(zhì)因子JD 3/2PruChJpH3/2ScuhJmD熱質(zhì)交換過程課件對流傳熱和流體摩阻之間的關(guān)系，可表示為： 2Pr32fHCJSt對流傳質(zhì)和流體摩阻之間的關(guān)系可表示為： 232fMmCJScSt實驗證明JH、JD和摩阻系數(shù)Cf 有下列關(guān)系 fDHCJJ21熱質(zhì)交換過程課件由由JH = JD可以將對流傳熱中有關(guān)的計算式用于對流傳質(zhì)可以將對流傳熱中有關(guān)的計算式用于對流傳質(zhì) 熱質(zhì)交換過程課件熱、質(zhì)傳輸同時存

20、在的類比關(guān)系熱、質(zhì)傳輸同時存在的類比關(guān)系 3232PrScStStm3232PrLeStScStStmm得到 32Lechhpm成立條件：0.6sc2500,0.6pr100熱質(zhì)交換過程課件2.6 2.6 對流質(zhì)交換的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式對流質(zhì)交換的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 2.6.1 流體在管內(nèi)受迫流動時的質(zhì)交換流體在管內(nèi)受迫流動時的質(zhì)交換 由傳熱學(xué)可知在溫差較小的條件下，管內(nèi)紊流換熱由傳熱學(xué)可知在溫差較小的條件下，管內(nèi)紊流換熱 可不計物性修正項，并有如下準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式可不計物性修正項，并有如下準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 4 . 08 . 0PrRe023. 0Nu吉利蘭（吉利蘭（Gilliland）把實驗結(jié)果整理成相似準(zhǔn)則并）把實驗

21、結(jié)果整理成相似準(zhǔn)則并 表示在下圖中表示在下圖中,并得到相應(yīng)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為并得到相應(yīng)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為 44.083.0Re023.0ScSh 熱質(zhì)交換過程課件Sh/Sc0.44 )(Re,ScfSh 熱質(zhì)交換過程課件用類比律來計算管內(nèi)流動質(zhì)交換系數(shù)用類比律來計算管內(nèi)流動質(zhì)交換系數(shù),由于由于 83/2fScStm若采用布拉西烏斯光滑管內(nèi)的摩阻系數(shù)公式若采用布拉西烏斯光滑管內(nèi)的摩阻系數(shù)公式 41Re3164. 0f則可得則可得 413/2Re0395. 0ReScScSh3/14/3Re0395. 0ScSh 熱質(zhì)交換過程課件2.6.2 流體沿平板流動時的質(zhì)交換流體沿平板流動時的質(zhì)交換 沿平板流動換熱

22、的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式沿平板流動換熱的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式 層流時層流時 3/12/1PrRe664. 0Nu相應(yīng)的質(zhì)交換準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為相應(yīng)的質(zhì)交換準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式為 3/12/1Re664. 0ScSh 紊流時紊流時 3/18 . 0Pr)870Re037. 0(Nu相應(yīng)的質(zhì)交換準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式應(yīng)是相應(yīng)的質(zhì)交換準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式應(yīng)是 3/18 . 0)870Re037. 0(ScSh熱質(zhì)交換過程課件2.7 熱量和質(zhì)量同時進(jìn)行時的熱質(zhì)傳遞熱量和質(zhì)量同時進(jìn)行時的熱質(zhì)傳遞在等溫過程中，由于組分的質(zhì)量傳遞，單位間、單位面在等溫過程中，由于組分的質(zhì)量傳遞，單位間、單位面積上所傳遞的熱量為積上所傳遞的熱量為 )(01ttcMNqipinii，如

23、果傳遞系統(tǒng)中還有溫差存在，則傳遞的熱量為如果傳遞系統(tǒng)中還有溫差存在，則傳遞的熱量為 )(0,1ttcMNdydtqipiniiNi組分的傳遞速率組分的傳遞速率 t組分的溫度組分的溫度 Mi組分的分子量組分的分子量 t0焓值計算溫度焓值計算溫度 Cp,i組分的定壓比熱組分的定壓比熱熱質(zhì)交換過程課件(a) (b) 滯留層內(nèi)濃度分布示意圖滯留層內(nèi)濃度分布示意圖 (a) V(y)=0 (b) v(y)0 熱質(zhì)交換過程課件 在二元系統(tǒng)中，對于通過靜止氣層擴(kuò)散過程的在二元系統(tǒng)中，對于通過靜止氣層擴(kuò)散過程的傳質(zhì)系數(shù)就可定義為傳質(zhì)系數(shù)就可定義為 lmBABmppDh,對于等分子相反方向的傳質(zhì)過程式為對于等分子

24、相反方向的傳質(zhì)過程式為 ABmDh在熱量傳遞中也有膜傳熱系數(shù)在熱量傳遞中也有膜傳熱系數(shù) h熱質(zhì)交換過程課件(a) 滯留層中的溫度、濃度分布示意圖滯留層中的溫度、濃度分布示意圖 (b) 微元體內(nèi)熱平衡微元體內(nèi)熱平衡 同一表面上傳質(zhì)過程對傳熱過程的影響同一表面上傳質(zhì)過程對傳熱過程的影響熱質(zhì)交換過程課件進(jìn)入微元體的熱流由兩部分組成進(jìn)入微元體的熱流由兩部分組成 (1)由溫度梯度產(chǎn)生的導(dǎo)熱熱流為由溫度梯度產(chǎn)生的導(dǎo)熱熱流為 dydtq1(2) 由于分子擴(kuò)散，進(jìn)入微元體的傳遞組分由于分子擴(kuò)散，進(jìn)入微元體的傳遞組分A、 B本身具有的焓為本身具有的焓為 )(0,2ttcMNcMNqBPBBAPAA流體滯留薄膜層

25、內(nèi)的溫度分別必須滿足流體滯留薄膜層內(nèi)的溫度分別必須滿足 0)(,22dydtcMNcMNdytdBPBBAPAA熱質(zhì)交換過程課件最后得到流體在薄膜層內(nèi)的溫度分別為最后得到流體在薄膜層內(nèi)的溫度分別為 1)exp(1)exp()()(000121CyyCtttyt 壁面上的導(dǎo)熱熱流為壁面上的導(dǎo)熱熱流為 0ycdydtq1)exp()(0021CCtth在無傳質(zhì)時，在無傳質(zhì)時，C0 = 0, 可知溫度可知溫度t為線性分布，而且為線性分布，而且 0,2100210)()1)exp()(lim0cccqtthCCtthq熱質(zhì)交換過程課件一般情形下一般情形下 1)exp(000,CCqqNucc總熱流量應(yīng)

26、為總熱流量應(yīng)為 )(21,ttcMNcMNqqBPBBAPAAct)(1)exp()(2100021tthCCCtth)exp(1)(0021CCtth熱質(zhì)交換過程課件因此因此 )exp(1000,CCqqct)()(00CqCqct此處定義的無因次數(shù)此處定義的無因次數(shù)C0為傳質(zhì)阿克曼修正為傳質(zhì)阿克曼修正 系數(shù)系數(shù)(Ackerman Correction) 上式表明，傳質(zhì)的存在對壁面熱傳導(dǎo)和總上式表明，傳質(zhì)的存在對壁面熱傳導(dǎo)和總 傳熱量的影響是方向相反的傳熱量的影響是方向相反的 熱質(zhì)交換過程課件傳質(zhì)對傳熱的影響關(guān)系示意圖傳質(zhì)對傳熱的影響關(guān)系示意圖 熱質(zhì)交換過程課件 由圖可知，當(dāng)由圖可知，當(dāng)C0

27、為正值時，壁面上的總熱流量為正值時，壁面上的總熱流量明顯減少，當(dāng)明顯減少，當(dāng)C0值接近值接近 4 時，壁面上的總熱流時，壁面上的總熱流量幾乎等于零量幾乎等于零。 由于由于 )0()()(2102100,tttytthdydtqqycc可知因傳質(zhì)的存在，傳質(zhì)速率的大小與方向可知因傳質(zhì)的存在，傳質(zhì)速率的大小與方向影響了壁面上的溫度梯度，從而影響了壁面影響了壁面上的溫度梯度，從而影響了壁面上的總傳熱量。上的總傳熱量。 熱質(zhì)交換過程課件普通冷卻過程及三種傳質(zhì)冷卻過程示意普通冷卻過程及三種傳質(zhì)冷卻過程示意 熱質(zhì)交換過程課件冷凝器表面和蒸發(fā)器表面的熱質(zhì)交換過程冷凝器表面和蒸發(fā)器表面的熱質(zhì)交換過程 假定在傳

28、遞過程中，只有組分假定在傳遞過程中，只有組分A凝結(jié)，則冷凝器凝結(jié)，則冷凝器表面的總傳熱量為表面的總傳熱量為 AAAtKrMNqQAAsmsrMCChCCtth)()exp(1)(100根據(jù)契爾頓根據(jù)契爾頓-柯爾本類似律，得柯爾本類似律，得 pmchLeh32熱質(zhì)交換過程課件得得 )()exp(1)(213200CCrMLechCCtthQsAApsK)(1)exp(1)(3200CCrMLecCCtthsAAps進(jìn)入冷凝器的總熱量，應(yīng)該等于冷凝器內(nèi)側(cè)進(jìn)入冷凝器的總熱量，應(yīng)該等于冷凝器內(nèi)側(cè)的冷卻流體帶走的熱量的冷卻流體帶走的熱量 )( wsKtthQ)()exp(1)(3200CCrMcLeCC

29、tthsAAps熱質(zhì)交換過程課件劉伊斯關(guān)系式劉伊斯關(guān)系式 在相同的雷諾數(shù)條件下，根據(jù)契爾頓在相同的雷諾數(shù)條件下，根據(jù)契爾頓- -柯本爾熱柯本爾熱質(zhì)交換的類似律質(zhì)交換的類似律 pmCLehh32)(,ASAmACChm)(,ASAmh因為在空調(diào)溫度范圍內(nèi)，干空氣的質(zhì)量密度變化因為在空調(diào)溫度范圍內(nèi)，干空氣的質(zhì)量密度變化 不大，故不大，故 ,TST熱質(zhì)交換過程課件因此因此 )(,ASAMAmAHHhm)(,ASAmdHHhMAmmdhh,在空氣溫度范圍內(nèi)在空氣溫度范圍內(nèi) AMA，pmdCLehh32對于水對于水-空氣系統(tǒng)空氣系統(tǒng) 132Le所以所以 pmdchh熱質(zhì)交換過程課件 劉易斯關(guān)系式成立的條

30、件：劉易斯關(guān)系式成立的條件： （1）0.6 Pr 60, 0.6 Sc 3000; (2) Le = a / DAB 1。 條件表明，熱擴(kuò)散和質(zhì)量擴(kuò)散要滿足一定的條件。條件表明，熱擴(kuò)散和質(zhì)量擴(kuò)散要滿足一定的條件。 而對于擴(kuò)散不占主導(dǎo)地位的湍流熱質(zhì)交換過程，劉伊而對于擴(kuò)散不占主導(dǎo)地位的湍流熱質(zhì)交換過程，劉伊 斯關(guān)系式是否適用呢？斯關(guān)系式是否適用呢？ 湍流熱質(zhì)交換示意圖湍流熱質(zhì)交換示意圖 熱質(zhì)交換過程課件因湍流交換而從平面因湍流交換而從平面1流到平面流到平面2的每單位面的每單位面 積的熱流量為積的熱流量為 )(21ttVcqpt用湍流換熱系數(shù)用湍流換熱系數(shù)h來表示這一熱流量來表示這一熱流量 )()(2121ttVctthp由于湍流交換而引起的每單位面積上的質(zhì)量交由于湍流交換而引起的每單位面積上的質(zhì)量交 換量為換量為 )()(2121HHhHHVmmdt得到得到 熱質(zhì)交換過程課件溫度溫度() 飽和度飽和度 a102 (m2/h) D102 (m2/h) 10 0 1 7.15 7.14 8.37 0.855 0.854 15.6 0 1