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2018/10/7
2.3.1 概述
• 湍流传质是工业设备中常见的现象。由于湍流时质 点的脉动和涡流，过程的动量、热量和质量传递都 大大地强化了，但问题也趋于复杂。因此，对于这 一问题处理方法往往是根据微分方程式应用类比关 系，从流动摩擦的实验数据来确定对流传质的计算 关系。讨论三传（动量、热量和质量）类比及其定 量关系，它对于换热膜系数、传质膜系数难以直接 测定的某些情况具有重大意义。通过三传类比的分 析，还将有助于深入理解湍流传质的机理。
m, A hm A, s A,
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2018/10/7
2.3.1 概述
• 上式和牛顿冷却公式一样，只是表面传质系数的定 义式。确定表面传质系数的计算式是对流传质的主 要研究内容。本节的重点将放在讨论对流传质与对 流换热过程的类似点和不同点上，并阐明在什么条 件下可以利用比拟关系获得表面传质系数的计算式。
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2018/10/7
2.3.1 概述
n , A hc c A, s c A,
（2.3-1）
（2.3-2） • 式中：cA, s 、c A, s 分别为界面处组分A的物质的浓度 与质量浓度，单位分别为kmol/m3、kg/m3； cA, 、 A, 分别为主流中组分A的物质的量浓度与质 量浓度，单位分别为kmol/m3、kg/m3； hc 为表面传质系数，单位为m/s。
2.3 对流传质
2.3.1 概述 2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层 2.3.3 2.3.4 2.3.5 2.3.6
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传质边界层的微分方程组 边界层积分方程 对流传质实验关联式 干湿球温度计
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2018/10/7
2.3.1 概述
• 对流传质（又称质对流）是指当液体流经一个 相界面时与界面之间发生的质量交换。这种界 面可以是液体表面也可以是固体表面，如图2-5 所示。在对流传质过程中所传递的质量也采用 类似于牛顿冷却公式的形式来计算：
Pr a
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层
• 当过程同时涉及质量和热量传递时，就要用到Le数， 现在来分析一下组分A向组分B中扩散，例如溶质表 面与溶液之间的质量传递时的规律。 n , A hc c A, s c A, （2.3-5） • 在贴壁处，分子扩散应满足下列质量传递方程
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层
c • 在 y 0 处，流体浓度为 c A, s，而在离开壁 y 处， c 流体浓度近似等于主流体浓度 ，这一区域称 A, 为浓度边界层，或称为传质边界层及扩散边界层。 c 称为浓度边界层厚度。这样，只有在浓度边界层内 才有最显著的浓度变化，而在浓度边界层以外则可 认为浓度梯度等于零，是一个等浓度区域。
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层
一、浓度边界层 • 我们已经知道，由于速度在壁面附近沿法线方 向的变化出现了速度边界层，它在对流传质中 起着主要作用。同样，当流体与相界面之间有 浓度差时，由于浓度在壁面法线方向的变化， 也将会产生一个浓度变化较明显的区域，叫做 浓度边界层。浓度边界层和速度边界层、温度 边界层形状相类似，但厚度不相同，图2-5示出 了壁面法线方向流体浓度变化示意图。
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层
二、对流传质的准则数 • 在对动量传递和热量传递的研究过程中出现过许多 用以表征它们物理特性的无量纲准则数，如雷诺数、 欧拉数，普朗特数和努赛尔数等。相应地，在对流 传质过程中，我们也要应用一些准则数来表示传质 特性。分析质量、动量和热量传递（也称“三传”） 得知下列诸项可表现“三传”过程的特征。
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层
• 由此可见，由速度边界层和浓度边界层的状况决定 了边界层中质量传递过程。在层流边界层中主要靠 分子扩散来传递质量，在湍流边界层中，层流底层 中质量转移主要靠分子扩散，而在层流底层以外的 湍流区中，除分子扩散外，主要靠对流传质。
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层及浓度边界层

a cp
• 动量扩散率 • 热扩散率
DAB • 质量扩散率 • 它们具有相同的单位： m 2 /s 。这三个扩散率中任意 两个之比都是无因次的，但不同组合下的比值，其 内涵是不一样的。
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2018/10/7
2.3.1 概述
• 显然一切支配这两种作用的因素和规律，诸如流动 状态、流速、流体物性、壁面几何参数等都会影响 对流传质过程，由此可见它是一个比较复杂的物理 现象。本节将从分析对流传质的边界层开始，通过 边界层微分方程的求解，阐述理论推导传质膜系数 的基本途径，揭示过程的机理。
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2018/10/7
2.3.1 概述
• 对流传质过程是由两种作用完成的。一是对流传递 作用，在对流条件下，流体质点不断运动和混和， 把物质由一处带到另一处；二是分子扩散作用，由 于流体各处存在着浓度差，质量也必然会以分子扩 散方式传递，而且浓度梯度越大的地方，分子扩散 作用也显著。传质膜系数就是这两种作用的综合强 度指示。
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2018/10/7
2.3.2 层流和湍流边界层பைடு நூலகம்浓度边界层
• 1．动量扩散率与质量扩散率之比称为施密特数 Sc ： DAB DAB （2.3-3） • 2．分子热扩散率与质量扩散率之比称为路易斯数 Le： Le c p DAB （2.3-4） • 3．动量扩散率与分子热扩散率之比称为普朗特数 Pr：