传递过程 编辑

物系内某物理量从高强度区域自动地向低强度区域转移的过程
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传递过程,也称传递现象,指物系内某物理量从高强度区域自动地向低强度区域转移的过程,是自然界和生产中普遍存在的现象。

基本信息

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中文名:传递过程

别名:传递现象

存在:自然界和生产过程

简介

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对于物系的每一个具有强度性质的物理(如速度、温度、浓度)来说,都存在着相对平衡的状态。当物系偏离平衡状态时,就会发生某种物理量的这种转移过程,使物系趋向平衡状态,所传递的物理量可以是质量能量、动量或电量。例如物系内温度不均匀,则热量将由高温区向低温区传递。在化工生产中所处理的物料主要是流体,所涉及到的只是动量、热量和质量。因此,在化工中传递过程常用作流体中的动量传递、热量传递和质量传递三种传递过程的总称。在化工设备中,因所发生的过程不同,三种传递过程可能分别单独存在;也可能是其中任意两种或三种过程同时存在。对这三种传递现象的物理化学原理和计算方法的研究,是单元操作和化学反应工程研究的基础。所以,传递过程是化学工程的一个分支。

研究方法和目的

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传递过程的研究通常按三种不同的尺度进行,即分子尺度、微团尺度和设备尺度。

1,分子尺度上的研究 考察分子运动引起的动量、热量和质量的传递。以分子运动论的观点,借助统计方法,确立传递规律,如牛顿粘性定律(见粘性流体流动),傅里叶定律(见热传导)和斐克定律(见分子扩散)。与分子运动有关的物质宏观传递特性表示为粘度、热导率、分子扩散系数等。

2,微团尺度上的研究 考察流体微团(由众分子组成,尺寸远小于运动空间,也称流体质点)运动所造成的动量、热量和质量的传递。常忽略流体由分子组成内部存在空隙这一事实,而将流体视为连续介质,从而使用连续函数的数学工具,从守恒原理出发,以微分方程的形式建立描述传递规律的连续性方程、运动方程、能量方程和对流扩散方程。当流体作湍流运动时,与流体微团运动有关的传递特性表示为涡流粘度、涡流热扩散系数和涡流扩散系数,但这些传递特性与流动状况、设备结构等有关,不是流体的物性。

3,设备尺度上的研究 考察流体在设备中的整体运动(如搅拌过程中,搅拌桨所造成的大尺度环流)所导致的动量、热量和质量传递,以守恒原理为基础,就一定范围进行总体衡算,建立有关的代数方程。设备尺度上的传递特性表示为传热分系数和传质分系数,以及有效(或当量)热导率和有效扩散系数等。这些传递特性与流动条件直接有关,同样也不是物系的物性。

化工中属于流体动过程的各种单元操作,如流体输送、过滤、沉降等,都以动量传递为基础;属于传热过程的,如换热、蒸发等,都以热量传递为基础;属于传质分离过程的,如吸收、蒸馏、萃取等,都以质量传递为基础。化学反应工程要研究传递特性对化学反应的影响,也是以传递过程作为基础的。从传递过程的研究,可以获知化工设备的有关性能,这对于化工设备的设计、放大及其结构的改进和性能的优化等提供一定的理论依据。例如掌握热量传递的规律,就能为换热器的强化找到途径。多年来,化学工程的迅速发展是与传递过程的研究进展分不开的。

发展概况

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三种传递过程的研究都已经有较长的发展历史。其中动量传递的理论基础是流体力学,历史至少在300年以上;热量传递的理论基础是传热学,历史有200年左右;质量传递的理论基础是传质学,也有100年以上历史。然而,将三者结合在一起,组成传递过程学科,则是20世纪50年代的事,当时在世界上许多地区几乎同时开始这一学科的研究。美国R.B.博德教授等的《传递现象》一书在1960年问世,对这一学科分支的建立有较大的影响。在此期间,苏联Β.Γ.列维奇著有《物理-化学流体动力学》一书。此书虽未运用传递现象这一名称,但内容亦属于同一领域。他们主张用统一的传递过程理论来研究这三种传递。理由是:①三种传递现象往往同时存在;②三种传递现象有类似的机理和类似的数学表达式,可相互类比,构成三传类比,从一种传递的结果预测另一种传递的结果;③三种现象互有差别,予以并列考虑,对比研究,有利于深刻理解。

20多年来,对传递现象的研究深入发展,领域不断扩大。随着高分子化工和生物化学工程的发展,开展了高粘度、非牛顿型流体中传递过程的研究。从单相中的传递扩大到两相流中的传递,特别是两相界面及其附近区域中的传递。湍流状态下的传递十分复杂,在以前的一段时间内,这一方面的研究曾经进展较慢,随着湍流测试技术的改善,湍流理论取得了重要进展,湍流传递的研究正在深入。但是对于多相湍流和非牛顿型流体湍流下的传递过程,研究工作只能说是处于初始阶段。

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