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1、一、对流传质的类型与机理,1.对流传质的类型,对流 传质,自然对流传质,强制层流传质,强制湍流传质,对流 传质,流体与固体壁面间的传质,两流体通过相界面的传质,强制对流传质,一、对流传质的类型与机理,2.对流传质的机理,所谓对流传质的机理是指在传质过程中，流体以哪种方式进行传质。研究对流传质速率需首先弄清对流传质的机理。,层流内层,缓冲层,湍流中心,湍流流体,流体与管壁间的浓度分布,湍流 主体,层流 内层,缓冲 层,传质机理,传质机理,浓度分布,传质机理,浓度分布,浓度分布,分子传质,涡流传质,在与壁面垂直的方向上分为三层,一、对流传质的类型与机理,分子传质,涡流传质为主,为一陡峭直线,为一渐
2、缓曲线,为一平坦曲线,二、浓度边界层与对流传质系数,1.浓度边界层(传质边界层),当流体流过固体壁面时，若流体与壁面处的浓度不同，则在与壁面垂直的方向上将建立起浓度梯度，该浓度梯度自壁面向流体主体逐渐减小。壁面附近具有较大浓度梯度的区域称为浓度边界层。,平板壁面的浓度边界层,对于管道壁面,管道壁面的浓度边界层,充分发展的传质,主体浓度,传质进口 段长度,进口段 传质,充分发展的传质,二、浓度边界层与对流传质系数,2.对流传质系数,稳态传质,整理得,对流传质 系数理论 求解公式,二、浓度边界层与对流传质系数,求解对流传质系数的步骤,求解运动方程和连续性方程，得出速度分布。,求解传质微分方程，得出
3、浓度分布。,由浓度分布，得出浓度梯度。,由壁面处的浓度梯度，求得对流传质系数。,二、浓度边界层与对流传质系数,三、相际间的对流传质的模型,1.停滞膜模型,惠特曼(Whiteman) 提出，最早提出的一种传质模型。,双膜模型 （双阻力模型）,双膜模型示意图,(1)停滞膜模型的要点, 当气液两相相互接触时，在气液两相间存在 着稳定的相界面，界面的两侧各有一个很薄 的停滞膜气膜和液膜，溶质A经过两膜层的 传质方式为分子扩散。, 在气液相界面处，气液两相处于平衡状态。, 在气膜、液膜以外的气、液两相主体中，由 于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。,三、相际间的对流传质的模型,(2)对流传质系数的确定,
4、 等分子反方向扩散,组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为,三、相际间的对流传质的模型,设对流传质速率方程分别为,比较得,三、相际间的对流传质的模型,气膜对流 传质系数,液膜对流 传质系数, 组分A通过停滞组分B扩散,组分A通过气膜、液膜的扩散通量方程分别为,三、相际间的对流传质的模型,设对流传质速率方程分别为,比较得,三、相际间的对流传质的模型,气膜对流 传质系数,液膜对流 传质系数,根据停滞膜模型，推出,停滞膜模型 的模型参数,液膜厚度 zL,气膜厚度 zG,三、相际间的对流传质的模型,2.溶质渗透模型,希格比( Higbie ) 提出，为非稳态模型。,三、相际间的对流传质的模型,溶质渗
5、透模型示意图,(1)溶质渗透模型的要点, 液面由无数微小的液体单元所构成，当气液两 相相互接触时，液相主体中的某些单元运动至 相界面便停滞下来。在气液未接触前，液体单 元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触 开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。, 随着接触时间的延长，溶质 A通过不稳态扩 散方式不断地向液体单元中渗透。,三、相际间的对流传质的模型, 液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经 过时间c后，旧的液体单元即被新的液体单 元所置换而回到液相主体中去。在液体单元 深处，仍保持原来的主体浓度不变。, 液体单元不断进行交换，每批液体单元在界 面暴露的时间c 都是一样的。,三、相际间的对流
6、传质的模型,(2)对流传质系数的确定,按照溶质渗透模型，溶质 A在液体单元内进行的是一维不稳态扩散过程。,设系统内无化学反应，由分子传质微分方程简化可得,三、相际间的对流传质的模型,溶质渗透模型的数学模型,数学 模型,定 解 条 件,I. C,1）,2）,（对 z0）,（对0）,（对0）,z，,三、相际间的对流传质的模型,B.C,根据溶质渗透模型，解出,溶质渗透模型 的模型参数,暴露时间,三、相际间的对流传质的模型,3.表面更新模型,丹克沃茨(Danckwerts) 提出，为非稳态模型。,三、相际间的对流传质的模型,(1) 表面更新模型的要点, 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。, 界面
7、上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界 面上各种不同年龄的液体单元都存在。, 不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概 率是均等的。单位时间内表面被置换的分率称为 表面更新率，用符号S 表示。,表面更新模型 的模型参数,表面更新率,根据表面更新模型，推出,(2)对流传质系数的确定,三、相际间的对流传质的模型,一、沿平壁降落液膜内的稳态传质,某液体成膜状在垂直的表面上借重力作用下落，流动为稳态层流，降落液膜与气体混合物接触，气相中的溶质组分 A向液相中溶解。,1.传质的物理模型,工程示例：湿壁塔,下降液膜内的稳态传质,2.数学模型的建立,需同时求解以下方程：,连续性方程,运动方程,对流扩散方程
8、,0(一维),一、沿平壁降落液膜内的稳态传质,0(稳态),0(一维),0(连续性方程),0(一维),0(自由表面),0(平板很宽),0(连续性方程),Y= g,一、沿平壁降落液膜内的稳态传质,0(稳态),0(一维),0(一维),0(平板很宽),0(充分发展传质),0(无化反),一、沿平壁降落液膜内的稳态传质,连续性方程与运动方程化简结果为,对流扩散方程化简结果为,一、沿平壁降落液膜内的稳态传质,B.C,1）,2）,流动数 学模型,B.C,1）,2）,3）,传质数 学模型,一、沿平壁降落液膜内的稳态传质,自由表面,固体壁面无扩散,练 习 题 目,思考题,作业题: 14,1. 对流传质与对流传热有何异同？ 2. 提出对流传质模型的意义是什么？ 3.停滞膜模型，溶质渗透模型和表面更新模 型的要点是什么，各模型求得的传质系数与 扩散系数有何关系，其模型参数是什么？,