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傳遞過程transfer process

時間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
也稱傳遞現(xiàn)象，指物系內(nèi)某物理量從高強度區(qū)域自動地向低強度區(qū)域轉(zhuǎn)移的過程，是自然界和生產(chǎn)中普遍存在的現(xiàn)象。對于物系的每一個具有強度性質(zhì)的物理量（如速度、溫度、濃度）來說，都存在著相對平衡的狀態(tài)。當物系偏離平衡狀態(tài)時，就會發(fā)生某種物理量的這種轉(zhuǎn)移過程，使物系趨向平衡狀態(tài)，所傳遞的物理量可以是質(zhì)量、能量、動量或電量等。例如物系內(nèi)溫度不均勻，則熱量將由高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞。在化工生產(chǎn)中所處理的物料主要是流體，所涉及到的只是動量、熱量和質(zhì)量。因此，在化工中傳遞過程常用作流體中的動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞三種傳遞過程的總稱。在化工設(shè)備中，因所發(fā)生的過程不同，三種傳遞過程可能分別單獨存在；也可能是其中任意兩種或三種過程同時存在。對這三種傳遞現(xiàn)象的物理化學(xué)原理和計算方法的研究，是單元操作和化學(xué)反應(yīng)工程研究的基礎(chǔ)。所以，傳遞過程是化學(xué)工程的一個分支。
　　研究方法和目的 　傳遞過程的研究通常按三種不同的尺度進行，即分子尺度、微團尺度和設(shè)備尺度。
　　①分子尺度上的研究　考察分子運動引起的動量、熱量和質(zhì)量的傳遞。以分子運動論的觀點，借助統(tǒng)計方法，確立傳遞規(guī)律，如牛頓粘性定律(見粘性流體流動)，傅里葉定律（見熱傳導(dǎo)）和斐克定律(見分子擴散)。與分子運動有關(guān)的物質(zhì)的宏觀傳遞特性表示為粘度、熱導(dǎo)率、分子擴散系數(shù)等。
　?、谖F尺度上的研究　考察流體微團（由眾多分子組成，尺寸遠小于運動空間，也稱流體質(zhì)點）運動所造成的動量、熱量和質(zhì)量的傳遞。常忽略流體由分子組成內(nèi)部存在空隙這一事實，而將流體視為連續(xù)介質(zhì)，從而使用連續(xù)函數(shù)的數(shù)學(xué)工具，從守恒原理出發(fā)，以微分方程的形式建立描述傳遞規(guī)律的連續(xù)性方程、運動方程、能量方程和對流擴散方程。當流體作湍流運動時，與流體微團運動有關(guān)的傳遞特性表示為渦流粘度、渦流熱擴散系數(shù)和渦流擴散系數(shù)，但這些傳遞特性與流動狀況、設(shè)備結(jié)構(gòu)等有關(guān)，不是流體的物性。
　?、墼O(shè)備尺度上的研究　考察流體在設(shè)備中的整體運動（如攪拌過程中，攪拌槳所造成的大尺度環(huán)流）所導(dǎo)致的動量、熱量和質(zhì)量傳遞，以守恒原理為基礎(chǔ)，就一定范圍進行總體衡算，建立有關(guān)的代數(shù)方程。設(shè)備尺度上的傳遞特性表示為傳熱分系數(shù)和傳質(zhì)分系數(shù)，以及有效（或當量）熱導(dǎo)率和有效擴散系數(shù)等。這些傳遞特性與流動條件直接有關(guān)，同樣也不是物系的物性。
　　化工中屬于流體動力過程的各種單元操作，如流體輸送、過濾、沉降等，都以動量傳遞為基礎(chǔ)；屬于傳熱過程的，如換熱、蒸發(fā)等，都以熱量傳遞為基礎(chǔ)；屬于傳質(zhì)分離過程的，如吸收、蒸餾、萃取等，都以質(zhì)量傳遞為基礎(chǔ)?；瘜W(xué)反應(yīng)工程要研究傳遞特性對化學(xué)反應(yīng)的影響，也是以傳遞過程作為基礎(chǔ)的。從傳遞過程的研究，可以獲知化工設(shè)備的有關(guān)性能，這對于化工設(shè)備的設(shè)計、放大及其結(jié)構(gòu)的改進和性能的優(yōu)化等提供一定的理論依據(jù)。例如掌握熱量傳遞的規(guī)律，就能為換熱器的強化找到途徑。多年來，化學(xué)工程的迅速發(fā)展是與傳遞過程的研究進展分不開的。
　　發(fā)展概況 　三種傳遞過程的研究都已經(jīng)有較長的發(fā)展歷史。其中動量傳遞的理論基礎(chǔ)是流體力學(xué)，歷史至少在300年以上;熱量傳遞的理論基礎(chǔ)是傳熱學(xué)，歷史有200年左右；質(zhì)量傳遞的理論基礎(chǔ)是傳質(zhì)學(xué)，也有100年以上歷史。然而，將三者結(jié)合在一起，組成傳遞過程學(xué)科，則是20世紀50年代的事，當時在世界上許多地區(qū)幾乎同時開始這一學(xué)科的研究。美國R.B.博德教授等的《傳遞現(xiàn)象》一書在1960年問世，對這一學(xué)科分支的建立有較大的影響。在此期間，蘇聯(lián)Β.Γ.列維奇著有《物理-化學(xué)流體動力學(xué)》一書。此書雖未運用傳遞現(xiàn)象這一名稱，但內(nèi)容亦屬于同一領(lǐng)域。他們主張用統(tǒng)一的傳遞過程理論來研究這三種傳遞。理由是：①三種傳遞現(xiàn)象往往同時存在；②三種傳遞現(xiàn)象有類似的機理和類似的數(shù)學(xué)表達式，可相互類比，構(gòu)成三傳類比，從一種傳遞的結(jié)果預(yù)測另一種傳遞的結(jié)果;③三種現(xiàn)象互有差別，予以并列考慮，對比研究，有利于深刻理解。
　　20多年來，對傳遞現(xiàn)象的研究深入發(fā)展，領(lǐng)域不斷擴大。隨著高分子化工和生物化學(xué)工程的發(fā)展，開展了高粘度、非牛頓型流體中傳遞過程的研究。從單相中的傳遞擴大到兩相流中的傳遞，特別是兩相界面及其附近區(qū)域中的傳遞。湍流狀態(tài)下的傳遞十分復(fù)雜，在以前的一段時間內(nèi)，這一方面的研究曾經(jīng)進展較慢，隨著湍流測試技術(shù)的改善，湍流理論取得了重要進展，湍流傳遞的研究正在深入。但是對于多相湍流和非牛頓型流體湍流下的傳遞過程，研究工作只能說是處于初始階段。
 
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