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3.3.1应用实例一:液面蒸发在线视频

3.3.1应用实例一:液面蒸发

下一节:3.3.2蒸汽界面边界条件

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3.3.1应用实例一:液面蒸发课程教案、知识点、字幕

下面我们将用

一个液面蒸发的例子

来理解传质

还有扩散和对流通量

液面蒸发的例子

在燃烧学上

是一个标准的

Stefan流问题

为什么我们把这个问题

称为Stefan流呢

这是

假如说这是一个

比如我手心这块

是一个液面

在这个液面上

蒸发液体

这个时候我问一下同学们

整个空间内

如果原来没有流动的话

光靠这个液面蒸发

这个空间的

流动的量

是什么呢

那肯定就是

水分子的蒸发通量

因为空气原来

没有流动对吧

这个常识我们都知道

但这里面隐含的问题

是远远(超出表象)

是十分复杂的

为什么呢

因为水面上

请看这个图

水分子为什么蒸发

是因为在液面上的

水分子的浓度质量

也就是它的

质量分数比较高

而在这个液面上方

无穷远处

假如说这个液面

是放在盆里也好

也在凉桶内也好

在L处

它的水分子的质量分数

几乎接近于零

浓度差

造成了它的扩散通量

但是我们知道

水分子在空气中扩散

而空气中的空气分子

也就是氮气和氧气

它也要向水分子去扩散

因为

整体的扩散通量是零

这个时候大家就会

在质疑

既然空气分子也有扩散

为什么

在任何一个断面上

空气分子的

质量通量都是零呢

Stefan流的定义

就是这样的

有两种物质

相互扩散的时候

其中一种物质的

质量通量

是惰性的 是零

这个十分难以理解

那下面我们还是

用菲克扩散定律

来去理解它

首先我们知道

这是水面

水面上任何一个位置的

断面

我们都知道

它的通量是两部分

A是水分子

B是空气分子

空气分子等(于零)

我们讲如果空气分子

为什么等于零

如果它不等于零

就说明水蒸气

在蒸发的时候

它还有空气的量

但是这个空气

它没有去

假如说空气不等于零的话

等于说空气

进入了水里面

沿着这个断面

那是不可能的

那么菲克扩散定律

等于什么呢

就是MA两撇

它等于第一个

是对流通量

是总通量乘以YA

第二项是因为

它的浓度差

扩散带来的扩散通量

这个时候

我们就要去写它的

这个方程

液面蒸发的时候呢

它又隐含了一个方程

是什么呢

是MB就是空气分子的

这个通量

虽然我们去预测

水蒸气蒸发

可以写它的方程

但B的方程是什么呢

是等于MB

等于它的对流通量

再加上它的扩散通量

它的扩散通量

等于水蒸气扩散通量的

就是反速

这就是说

它们两个的符号是相反的

量是一定的

这就说明MB等于零的

本质是什么呢

是因为它的扩散通量

和它的对流通量

等于零了

这就代表什么呢

水蒸气一蒸发

往上一扩散

带来一个整体流动

因为底下的浓度高

而氧气分子

就要往下扩散

但是因为它

浓度它带来了

一个整体流动

这个整体流动

就是等于水蒸气

它的扩散通量

整体流动往上流

就把B的往下的扩散

给抵消了

所以B的扩散通量

等于零的本质

就是这一点

通过菲克扩散定律

那么我们

写出来菲克扩散定律的方程

就是MA等于YA乘以MA

为什么没有B了

MB等于零

减去ρd然后(乘以)DYA/Dx

这个菲克扩散定律

就是没有MB

MB等于零

这就是Stefan流

重新排列这个式子

我们得到一个DYA

和Dx放在两边

就是分离变量的

一个参数式

请看这个公式

下面我们就要开始

积分这一个公式

积分这个公式呢

我们就是沿着X积分

得到一个常数C

C是由什么来定量呢

是等于水蒸气

就是液面的

界面处的

它的质量分数

和在无穷远的质量分数

来把这个C给定量出来

这样的话

我们就得到了

一个C的表达式

通过这个表达式带进去

我们就得到YA

它在沿着X方向的质量分数

YA等于1减去

就是1减去

在表面的质量分数

和它的一个指数的

一个形式

这样的话

我们就可以

用这个式子

然后继续带入确定

它在无穷远处

我们就可以得到一个

MA质量通量的

一个表达式

通过这个表达式

我们发现

我们通过菲克扩散定律

因为B的Stefan流

它的扩散等于零

我们就可以

建立了一个方程

这个方程积分后是什么呢

MA两撇

它跟哪些量有关呢

首先它和ρd

就是它的扩散系数

和除以它的

离无穷远的

这个长度 就是L

然后还有一个

ln函数里面的

这个浓度差

一个是

在无穷远处的浓度

和在界面的

浓度的差

是积分成了一个

ln函数来体现

这就是

我们建立了一个

液面蒸发的

它的质量通量的

预测模型

通过菲克扩散定律的积分

得到了这个模型

它的进一步启示

是什么呢

就是我们可以

得到一些宏观的参数

来控制它的传质

第一 这个传质的

质量通量和单位时间

单位面积的质量

和什么有关

它和密度和扩散系数有关

是成正比的

它和整个

浓度差的距离

那个宏观的长度L

是成反比的

所以扩散系数越大

什么样的物质

扩散系数大

通过我们前几节的学习

小的分子

温度高的时候

它的扩散系数越大

所以这样的话

我们进一步就通过

在界面和

在顶部

这两者之间的

两个浓度不同

我们就可以预测

它的质量通量

我们画一个图

图的纵坐标是什么呢

是一个无量纲的

扩散通量

它是用扩散通量

乘以面积

然后除以扩散系数

和那个

长度的比值

这是纵坐标

是一个无量纲的

然后底下的坐标是

是YAI在界面处的

它的质量分数

我们发现质量分数

很小的时候

它基本上是一个

很缓慢的线性(的增长)

而后面这个ln函数

急剧增加

这给我们一个启示

是什么呢

通过我们大学的

微积分的学习

就是

它在质量分数低于0.2

的时候

它可以进行泰勒展开

它是一个线性的

就是ln函数

突然变成了

一个线性的函数

这一点是传质中

也需要注意的

那这节课我们就讲到这儿

谢谢大家

燃烧理论课程列表:

第一章 导论

-1.1 我们为什么要学习燃烧理论

--1-1:我们为什么要学习燃烧理论

-1.2 什么是燃烧:定义与现象

--1.2 什么是燃烧:定义与现象

-1.3 燃烧科学发展简史

--1.3 燃烧科学发展简史

-1.4 燃烧科学的研究方法

--1.4 燃烧科学的研究方法

-1.5 课程的结构

--1.5 课程的结构

第二章 燃烧与热化学

-2.1 概述

--概述

-2.2 状态参数复习

--状态参数复习

-2.3 热力学第一定律

--热力学第一定律

-2.4 反应物和生成物的混合物

--反应物与生成物的组成

--绝对(或标准)焓和生成焓

--燃烧焓与热值

--例题

-2.5 绝热燃烧温度

--定压绝热燃烧温度

--定容绝热燃烧温度

-2.6 化学平衡

--第二定律的讨论

--吉布斯函数

--复杂系统(选修)

-2.7 燃烧的平衡产物

--全平衡(选修)

--水煤气反应的平衡

--压力影响

-2.8 应用

--回热式和蓄热式交换器

--例题

--烟气再循环

-2.9 小结

--小结

-第二章 燃烧与热化学--第二章作业

第三章 传质引论

-3.1 传质概述

--3.1.1传质概述

-3.2 传质理论基础

--3.2.1菲克扩散定律

--3.2.2扩散的分子基础-分子动力学

--3.2.3扩散系数的微观推导(选修)

--3.2.4组分守恒方程推导

-3.3 传质应用实例

--3.3.1应用实例一:液面蒸发

--3.3.2蒸汽界面边界条件

--3.3.3液滴蒸发

-3.4 小结

--3.4.1液滴质量守恒+小结

-第三章 传质引论--第三章作业

第四章 化学动力学

-4.1 概述

--概述

-4.2 总包反应与基元反应

--总包反应与基元反应

-4.3 基元反应速率

--双分子反应和碰撞理论

--其他基元反应

-4.4 多步反应机理的反应速率

--净生成率

--反应速率常数与平衡常数关系

--稳态近似

--单分子反应机理

--链式反应和链式分支反应(一)

--链式反应和链式分支反应(二)

--化学时间尺度(一)

--化学时间尺度(二)

--部分平衡

-4.5 简化机理(选修)

--简化机理(选修)

-4.6 催化和非均相反应(选修)

--催化和非均相反应(选修)

-4.7 小结

--小结

-第四章 化学动力学--第四章作业

第五章 一些重要的化学机理

-5.1 概述

--概述

-5.2 H2-O2系统

--H2-O2系统

--H2-O2系统爆炸特性

-5.3 一氧化碳的氧化

--一氧化碳的氧化

-5.4 高链烷烃的氧化

--三步机理

--八步机理

--总包反应和准总包机理

-5.5 甲烷燃烧

--复杂机理和起源

--甲烷燃烧动力学

--高温反应途径分析

--低温反应途径分析

-5.6 氮氧化物

--氮氧化物的形成(一)

--氮氧化物的形成(二)

--氮氧化物的危害

-5.7 小结

--小结

-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业

第六章 反应系统化学与热分析的耦合

-6.1 概述

--6.1 概述

-6.2 定压-定质量反应器

--6.2 定压-定质量反应器

-6.3 定容-定质量反应器

--6.3 定容-定质量反应器

-6.4 全混流反应器

--6.4 全混流反应器

-6.5 柱塞流反应器

--6.5 柱塞流反应器

-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

--6.6 燃烧系统建模中的应用及小结

-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业

第七章 反应流的简化守恒方程

-7.1 概述和总质量守恒

--7.1 概述和总质量守恒

-7.2 组分质量守恒

--7.2 组分质量守恒

-7.3 多组分扩散(选修)

--7.3 多组分扩散(选修)

-7.4 动量守恒方程(选修)

--7.4 动量守恒方程(选修)

-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式

--7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式

-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义

--7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义

-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业

第八章 层流预混火焰

-8.1 概述及物理描述

--8.1 定义及重要特征与实验室典型火焰

-8.2 层流火焰分析

--8.2.1 简化分析

--8.2.1 简化分析(续)

--8.2.2 详细分析

-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素

--8.3.1 温度、压力和当量比,燃料选型及火焰速度选型

--8.3.2 火焰速度测量

-8.4 熄火、可燃性和点火

--8.4.1 冷壁熄火

--8.4.2 可燃极限和点火

-8.5 火焰稳定及小结

--8.5 火焰稳定及小结

-第八章 层流预混火焰--第八章作业

第九章 层流非预混火焰

-9.1 概述

--概述

-9.2 无反应的恒定密度层流射流

--物理描述

--求解

--两个例子

-9.3 射流火焰的物理描述

--射流火焰的物理描述

-9.4 简化理论描述

--概述

--守恒标量

--状态关系式

--各种不同的解法(一)(选修)

--9.4.5 各种不同的解法(二)(选修)

-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度

--圆口和槽型口燃烧器火焰长度

--火焰长度的影响因素

--两个例子

-9.6 碳烟的形成和分解

--碳烟的形成和分解

-9.7 对冲火焰(选修)

--对冲火焰(选修)

-9.8 小结

--小结

-第九章 层流非预混火焰--第九章作业

第十章 液滴的蒸发与燃烧

-10.1 概述

--概述

-10.2 液滴蒸发的简单模型

--基本假设

--气相分析

--气液界面能量平衡

--液滴寿命

-10.3 液滴燃烧的简化模型

--假设

--质量守恒和组分守恒

--温度分布

--液滴表面能量守恒

--火焰面处能量守恒

--液气平衡 总结和求解

--燃烧速率常数和液滴寿命

--例题

--扩展到对流条件

-10.4 一维蒸发控制燃烧

--物理模型和假设

--液滴数目和液滴相守恒

--总守恒方程

--气相成分和气相能量守恒

--液滴动量守恒 模型总结

--例题

-10.5 小结

--小结

-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业

第十一章 固体燃烧

-11.1 概述及燃煤锅炉

--11.1.1 概述

--11.1.2 燃煤锅炉

-11.2 非均相反应

--11.2.1 非均相反应及表面化学反应

--11.2.2 碳反应的半总包机理反应

-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型

--11.3.1 模型建立

--11.3.2 质量与组分守恒与表面化学动力学

--11.3.3 电路比拟与碳燃烧控制

--11.3.4 能量守恒

-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型

--11.4.1 模型建立

--11.4.2 组分守恒、封闭性和表面化学反应

-11.5 颗粒燃烧速度

--11.5 颗粒燃烧速度

-11.6 煤的热解及燃烧

--11.6 煤的热解及燃烧

-第十一章 固体燃烧--第十一章作业

第十二章 湍流燃烧入门(选修)

-12.1 概述

--概述

-12.2 湍流现象与描述

--湍流的现象与描述

-12.3 湍流尺度

--湍流尺度

-12.4 湍流模型

--湍流模型方法(1)

--湍流模型方法(2)

-12.5 湍流预混火焰

--湍流火焰速度

--湍流火焰结构与模式

--12.5.3 例题

--层流火焰折皱模式

--分布式反应区模式和漩涡小火焰模式

--火焰稳定

-12.6 湍流非预混火焰

--射流火焰

--火焰长度

-12.7 湍流燃烧小结

--湍流燃烧小结

课程总结

-课程总结

--课程总结

3.3.1应用实例一:液面蒸发笔记与讨论

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