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3.3.3液滴蒸发在线视频

3.3.3液滴蒸发

下一节:3.4.1液滴质量守恒+小结

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3.3.3液滴蒸发课程教案、知识点、字幕

下面我们再讲一个例子

这个例子和燃烧

这个过程就十分相关

这个例子是液滴蒸发的例子

我们都知道

在一个锅炉里

在一个燃起轮机里

喷了液滴

这个液滴就发生了蒸发

发生燃烧过程

所以我们就比较好奇

这个蒸发的时间

这个蒸发的量

到底是多少呢

因此液滴的问题

就是来解决这个问题

具体而言

液滴发生蒸发

环境要给液滴热量

然后液滴蒸发后的

液体变成气体

要向环境内扩散

这是这个问题的物理表述

而随着蒸发的液体向环境扩散

液滴自身的质量也在损失

所以液滴也会发生变化

这样我们就要要求

能求出来在任意时间的时候

表面上的蒸发速率

还有在任意时间的时候

液滴半径随着时间的变化规律

以及最终的液滴寿命

这样就要要求我们必须还是

去建立数学的方法

来描述液滴的蒸发

我们知道我们三传就是

发现了这个液滴这个问题

我们建立数学方法来求解它

求解液滴的蒸发

求解它液滴的寿命

这样的话

它的守恒方程包括哪些呢

我们稍微思考一下

我们想液滴本身有个质量守恒

也有能量守恒

液滴变成蒸汽之后

它在空间

有总的质量守恒

有液滴蒸汽

不是液滴 是液滴蒸汽

组分的守恒

以及它在整个空间的

能量的守恒

这样一数我们就包括

液滴自身有两个 质量 能量

液滴变成了气体

在空间内有三个

两个质量一个能量

这就需要五个方程

我们专业两位大师

Spalding 还有 C K Law

他们都对这个问题

提出过一些解决的方法

所以本节课我们要讲

我们怎么去思考这个问题

这样的话

我们就讲首先为了求解这个问题

我们必须要简化这个问题

这个问题是怎么简化呢

我们想这个蒸发过程

首先要是个准稳态的

什么叫准稳态呢

我们认为从大的变小的这个过程

它在任何一个过程内

它的气相都是一个准稳态的

只有这样才能够去做它的解析求解

它成立的物理条件是什么呢

我们先假设它是个准稳态

不讲条件

但是同时要思考它成立的物理条件是什么

我们后面要去揭示它

第二个假设是什么呢

液滴它内部到表面温度

要是一个恒定值

这样的话比较有利于我们求解

而实际中这个温度相差

并不是很大

液滴表面的质量分数

我们上节课讲了

界面的质量分数很重要

无穷远的那个比较小

可以约等于零

界面那个质量分数

它是由液汽平衡来确定的

我们上节课已经给出了

它的求解方法

我们第四个假设是

热物理的性质

热物理的参数

像ρD它们是一个恒定的

下面我们还是从菲克扩散定律

来预测液滴的蒸发速率

我们都知道液滴的蒸发

还是一个斯蒂芬流

什么叫斯蒂芬流

就是液滴的分子在蒸发

而空气的分子

在任何断面上它的通量

对流通量加扩散通量等于零

就是MB等于零

这是斯蒂芬流

这样的话

我们就可以直接积分菲克扩散定律

这个时候我们想

液滴蒸发的菲克扩散定律

可以写出来

MA两撇等于Y乘以MA两撇

减去扩散通量ρD

dY/dr

但这个时候我们想

它的这个质量通量

在所有的不同的

径向为r的地方是守恒的吗

它肯定不是守恒的

比如我们在液滴

在这个表面上

在液滴的表面

蒸发了1微克

而它除以表面积是它的通量

而同时它向空间传递的

只能是1微克

但是这个地方的直径

比你大了

所以质量通量不守恒

但是它的质量流率是守恒了

就是蒸发了多少液滴

在空间上就要传递多少液滴

所以这个时候我们只有建立

质量流率的守恒

质量流率的守恒是什么呢

等于质量通量乘以面积

这个面积就是4πR方

所以我们必须乘以4πR方之后

把它乘到斯蒂芬流的菲克扩散定律里面

我们才能够去认为

MA是恒定的

才能够去积分它

这样的话乘以4πR方之后

我们就得到了一个蒸发速率

和浓度梯度的关联式

进而积分

利用界面的边界条件

还有无穷远的边界条件

界面的质量分数

无穷远的质量分数

这样我们就得到了一个空间上

沿着液滴分子蒸汽的

它的分布的质量分布的分布函数

进而我们就得到了

液滴的蒸发速率M

它等于什么呢

4πRs乘以ρD乘以质量分数的ln函数

4πRs我们可以看出来

Rs只有一个半径

它是直径的一半

这一点给我们后面有些启示

紧接着

我们看ln函数里面的这一项

分子上是1减YA无穷

分母上是1减Yi

我们可以把它写成一个

1加BY的传质数

这个是由Spalding提出来的

一旦

这个传质数BY很小的时候

我们就可以通过我们高等数学学的

可以做一个泰勒展开

通过这个泰勒展开

ln 1加BY就等于BY

这是泰勒展开的一个特点

这样的话呢就可以去简化这个方程

这样的话

我们就可以通过它的质量分数

界面的质量分数和无穷远的质量分数

然后求解了液滴的蒸发速率

它和我们上节课学的

式子的区别是什么呢

上节课我们学的是

ρD除以L

ln函数是一样的

那是液面的蒸发

而液滴的蒸发是4πRs

这个跟上节课是不同的

这两个一个是蒸发速率

一个是蒸发通量

请同学们注意这一点区别

这节课就讲到这儿

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

3.3.3液滴蒸发笔记与讨论

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