【正文】 x、 y、 z方 向分量 ux 、 uy 、 uz ，密度 ρ=f（ θ， x， y， z）。其中 ∑Fx是指作用在控制體上諸力在 x方向分量的代數(shù)和，一般包括重力、壓力、摩擦力和受到的外力等。 )(212121cos21 21312323bbbAwuAuAudAu ????????????? )(cos1212 wzgudAgzudAgzdAugzAAA????? ?????? ???? )(cos1212 wHudAHudAHdAuHAAA?????? ?????? ????stb WqddEwHwzgwu ???????????)()()(21 2 （ 1）化工連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的總能量衡算方程式 過(guò)程無(wú)物料、能量累積，△ w=0， dEt/dθ=0；各點(diǎn)速度、高度取平均值，得： 即為熱力學(xué)中單位質(zhì)量流體穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的總能量衡算方程式（ J/kg）。39。AAii RbbR ??? ? iAAi bbRR 39。39。iR iAiAbbRR ?39。iR 39。2 iiii RddMxwxw ???? ???? 其中生成速率 和 的計(jì)算方法是： 化學(xué)反應(yīng)方程式寫(xiě)為： bA BA + bB BB + ……+ b i Bi + ……=∑b i Bi =0 同時(shí)規(guī)定：產(chǎn)物的 bi ＞ 0，反應(yīng)物的 bi ＜ 0 。139。2 iiii RddMxwxw ????39。139。 對(duì)組分 i的摩爾流量衡算： 對(duì)體系總摩爾流量衡算： 01122 ????ddMawaw iii 012 ????ddMww39。 三、總質(zhì)量衡算方程式的應(yīng)用 單組分系統(tǒng)的質(zhì)量衡算 見(jiàn)例 12 多組分系統(tǒng)的質(zhì)量衡算 對(duì)其中任一組分： ???Ab udAAu1 0cos112212?????????? ?????? ????????? ddMAuAuddMudAudAddMdAu bbAAA 012 ??? ?ddMww0??ddM 012 ??? ?ddMww iii 設(shè)組分 i的質(zhì)量分率為 ai=wi/w，對(duì) n組分系統(tǒng)可得（ n－ 1）個(gè)獨(dú)立方程式： 將 n個(gè)方程式相加仍然得到： （使用時(shí)可據(jù)情況聯(lián)立求解， 見(jiàn)例 13 ） 有化學(xué)反應(yīng)時(shí)的質(zhì)量衡算 在控制體內(nèi)當(dāng)組分間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，則有產(chǎn)物生成，因此產(chǎn)物的生成速率應(yīng)加入到衡算中。dA u?u? u?n?? 則通過(guò)整個(gè)控制面的質(zhì)量流率： 該式表示通過(guò)控制面外流的凈質(zhì)量流率，即： ＞ 0 ，質(zhì)量的輸出大于輸入 =（輸出－輸入）流率 = 0 ，質(zhì)量的輸出等于輸入 ＜ 0 ，質(zhì)量的輸出小于輸入 在微元體 dV內(nèi)，流體的質(zhì)量為 ρdV，整個(gè)控制體的瞬時(shí)質(zhì)量和質(zhì)量累積速率： 因此根據(jù)質(zhì)量守恒定律，任意控制體的通用的總質(zhì)量衡算方程式為： dAuwA??? ?? ?? cos dAuwA??? ?? ?? cos????VdVM ? ????VdVddddM ??? 0cos ???? ?????VAdVdddAu ???? 二、化工流動(dòng)系統(tǒng)中的總質(zhì)量衡算方程式 化工中常見(jiàn)的是通過(guò)管道或容器的流動(dòng)，特點(diǎn)①流動(dòng)方向與通過(guò)的截面垂直（ α=0或 α=180176。 流體通過(guò)微元面積 dA時(shí)， 質(zhì)量速度： G =ρ 質(zhì)量流率： dw = ρu 本章推導(dǎo)通用的總衡算方程，并說(shuō)明在化工中的具體應(yīng)用。在流動(dòng)過(guò)程，通常將進(jìn)行總衡算時(shí)所 限定的空間區(qū)域稱為控制體，包圍此空間區(qū)域的邊界面稱控制面。 dyud xrt)()( ?????? ?????dytcdqqq PHet)()( ??? ?????dydDjjj AMABeAAAt?? )( ????? 第二章 總動(dòng)量、總熱量、總質(zhì)量衡算 在化工中需對(duì)系統(tǒng)或某一過(guò)程的總動(dòng)量（對(duì)過(guò)程包含的力進(jìn)行分析）、總熱量（了解過(guò)程熱量和其它能量間的轉(zhuǎn)化關(guān)系）、總質(zhì)量（掌握過(guò)程物料的變化）進(jìn)行衡算，為研究動(dòng)、熱、質(zhì)量傳遞和單元操作的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)推導(dǎo)微分動(dòng)、熱、質(zhì)量衡算也有指導(dǎo)作用（依據(jù)定律相同）。 dyud xr )( ??? ??dytcdq PHe )( ????dydj AMeA??? 二、湍流傳遞的動(dòng)量、熱量、質(zhì)量通量表達(dá)式 因此，不僅層流時(shí)的三種傳遞過(guò)程之間具有類似性，而且湍流時(shí)的三種傳遞過(guò)程之間也具有類似性，同時(shí)層流與湍流傳遞過(guò)程之間均具有類似性。 第二節(jié) 湍流傳遞條件下傳遞通量的通用表達(dá)式 一、渦流傳遞的通量表達(dá)式 在湍流流體中，質(zhì)點(diǎn)的脈動(dòng)、混合和旋渦運(yùn)動(dòng)，使動(dòng)、熱、質(zhì)量的傳遞程度大大加劇。 同時(shí) 動(dòng)量通量方向和剪應(yīng)力的方向垂直 。 剪應(yīng)力 τyx為動(dòng)量在其垂直方向上傳遞的結(jié)果， 其 大小和動(dòng)量通量在數(shù)值上相等 。若質(zhì)量為 m的流體從 1層跳到 2層，動(dòng)量由 mux1 增到 mux2 ，同時(shí)質(zhì)量為 m的流體從 2層下到 1層，動(dòng)量由 mux2減少到 mux1 。 “ － ” 表示動(dòng)量通量的方向與動(dòng)量濃度梯度的方向相反 ，即動(dòng)量朝著速度降低的方向傳遞。m/s） /（ m2 “ － ” 表示熱量通量的方向與熱量濃度梯度的方向相反 ，即熱量朝著溫度降低的方向傳遞。 質(zhì)量通量 = － 質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù) 質(zhì)量濃度梯度 二、熱量通量 式中： q—— 熱量通量， J/（ m2 第一節(jié) 分子傳遞條件下傳遞通量的通用表達(dá)式 一、質(zhì)量通量 dydDj AABA??? 式中： jA— A的質(zhì)量通量， kg/（ m2 傳遞方式 ： 由微觀分子熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的傳遞 為 分子傳遞 ；依靠宏觀的流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)造成的傳遞 ，稱為 湍流傳遞 。任何處于不平衡狀態(tài)的物系都有向平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)移的傾向，這些 物理量朝平衡方向轉(zhuǎn)移的過(guò)程 稱 傳遞過(guò)程 。 化工傳遞過(guò)程重點(diǎn)探討物理過(guò)程進(jìn)行的速率及其傳遞機(jī)理，動(dòng)量、熱量、質(zhì)量傳遞過(guò)程的類似性。動(dòng)、熱、質(zhì)量傳遞過(guò)程和現(xiàn)象是不可分割，而且互相作用。 信息化階段 二、化工傳遞過(guò)程課程的內(nèi)容和任務(wù) 化工傳遞過(guò)程是據(jù)三個(gè)基本定律，采用微分衡算的方法研究動(dòng)、熱、質(zhì)量傳遞過(guò)程的基本原理，及三種傳遞現(xiàn)象之間的定量關(guān)系。 雖傳遞過(guò)程使用的定律與單元操作過(guò)程一樣但方法不同 ， 內(nèi)容上實(shí)踐 — 理論 、 理論 — 實(shí)踐和理論 、 實(shí)踐的統(tǒng)一 ， 方法上采用宏觀 —微觀 、 微觀 — 宏觀和宏觀 、 微觀的統(tǒng)一 。 代表作為 1923年 Walker， Lewis “ Principles of Chemical Engineering” 。 化工傳遞過(guò)程基礎(chǔ) 主要參考教材 [1]陳濤，張國(guó)亮．化工傳遞過(guò)程基礎(chǔ)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２００ 9 [2]王紹亭，陳濤．化工傳遞過(guò)程基礎(chǔ)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1987 [3]王紹亭．化工傳遞過(guò)程．北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 1980 [4]王紹亭，陳濤．動(dòng)量、熱量與質(zhì)量傳遞．天津：天津科學(xué)技術(shù)出版社， 1987 緒 論 一 、 化學(xué)工程學(xué)科的發(fā)展階段 工藝過(guò)程考察階段 單純的過(guò)程實(shí)踐考察 ， 結(jié)論 異業(yè)各殊 ， 化工廠是由不同的化學(xué)反應(yīng)和物理過(guò)程組成 ，代表作為 1 8 9 8年 F . H . T h o r p e “ O u t l i n e of Chemistry” 。 單元操作認(rèn)識(shí)階段 以某些設(shè)備和過(guò)程組成的系統(tǒng)是相同（ 近 ） 的 ， 將相同的系統(tǒng)經(jīng)分析 、 歸納和分類分成若干單元操作來(lái)考察生產(chǎn)過(guò)程 ， 化工廠是由若干單元操作和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程組成的 ， 結(jié)論 異業(yè)有同 。 化工傳遞認(rèn)識(shí)階段 對(duì)單元操作研究的基礎(chǔ)上獲得共同實(shí)質(zhì)為動(dòng) 、 熱 、 質(zhì)量傳遞過(guò)程 ， 從理論上步入了 異業(yè)相同 。 代表作為1960年 “ Transport Phenomena” ，J . R . W e l t y ， C . E . W i c k s ， R . E . W i l s o n “ Fundementals of Momentum， Heat and Transfer” 。其基本出發(fā)點(diǎn)是將三種傳遞現(xiàn)象歸結(jié)為過(guò)程速率問(wèn)題加以探討。 學(xué)習(xí)本課程的任務(wù)是：①進(jìn)一步理解各種傳遞過(guò)程的本質(zhì)，啟發(fā)和指導(dǎo)我們改善各類傳遞過(guò)程的途徑；②為化工過(guò)程的開(kāi)發(fā)和研究提供理論基礎(chǔ)和基本數(shù)學(xué)模型思路，從而將高新技術(shù)應(yīng)用到化工生產(chǎn)中去。 第一章 傳遞過(guò)程概述 體系內(nèi)部具有強(qiáng)度性質(zhì)的物理量存在梯度時(shí)的狀態(tài)稱為不平衡狀態(tài) 。質(zhì)量傳遞指物系中的組分由高濃區(qū)向低濃區(qū)擴(kuò)散或通過(guò)相界面的轉(zhuǎn)移；熱量傳遞指熱量由高溫區(qū)向低溫區(qū)的轉(zhuǎn)移；動(dòng)量傳遞則是在垂直于流動(dòng)方向上，動(dòng)量由高速區(qū)向低速區(qū)的轉(zhuǎn)移。 傳遞過(guò)程的大小常用傳遞速率或通量（ 傳遞量 /m2 s）描述。s ）； DAB — A的擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； — A在 y方向上的質(zhì)量濃度梯度， “ － ” 表示質(zhì)量通量的方向與濃度梯度的方向相反 ，即 A朝著濃度降低的方向傳遞。s ）； α —— 熱量擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； —— 在 y方向上的熱量濃度梯度， 。 熱量通量 = － 熱量擴(kuò)散系數(shù) 熱量濃度梯度 dyd A?mmkg 3/dytcddytcdckdydtkq ppp)()( ???? ??????dy tcd p )(? mmJ 3/ 三、動(dòng)量通量 式中： τ—— 動(dòng)量通量（ kgs ）； ν —— 動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)， m2/s； —— 在 y方向上的動(dòng)量濃度梯度， 。 動(dòng) 量通量 = －動(dòng) 量擴(kuò)散系數(shù) 動(dòng) 量濃度梯度 四、動(dòng)量通量與剪應(yīng)力 兩層流體以 ux1和 ux2向前運(yùn)動(dòng)，且分子運(yùn)動(dòng)引起分子在流層間交換。從宏觀上表現(xiàn)為 1層受到 2層的推力， 2層受到 1層的阻力，動(dòng)量交換的結(jié)果產(chǎn)生了剪應(yīng)力。 說(shuō)明；對(duì)剪應(yīng)力可正可負(fù)，對(duì)動(dòng)量通量只能取負(fù)， 表示動(dòng)量傳遞的方向和動(dòng)量濃度梯度的方向相反。 dyuddyuddydu xxx )()( ??????? ??????dyud x )(?msmkg /? 五、小結(jié) 動(dòng)、熱、質(zhì)量通量普遍的表達(dá)方程式： 通量 = － 擴(kuò)散系數(shù) 濃度梯度 動(dòng)、熱、質(zhì)量 擴(kuò)散系數(shù) 具有相同的因次，均為 m2/s； 通量