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传递过程transfer process

时间：2020-03-01 来源：网络 浏览：
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。对于物系的每一个具有强度性质的物理量（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、动量或电量等。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 　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的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（由众多分子组成，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。
　　化工中属于流体动力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 　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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