高等化工傳遞原理

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 化學工程與傳遞現(xiàn)象 1
1.2 傳遞過程原理的任務 2
1.3 本書的內(nèi)容 3
參考文獻 3
第2章 傳遞通量和本構方程 4
2.1 基本概念 4
2.2 濃度和相關參數(shù) 4
2.3 組分速度和參照速度 5
2.4 傳質通量 6
2.5 傳質通量的轉換 7
2.5.1 相同參照速度通量之間的轉換 8
2.5.2 不同參照速度通量之間的轉換 8
2.6 分子傳遞的本構方程 11
2.6.1 質量傳遞的經(jīng)典本構方程：分子擴散的Fick 定律 11
2.6.2 熱量傳遞的經(jīng)典本構方程：熱傳導的Fourier 定律 14
2.6.3 動量傳遞的經(jīng)典本構方程：牛頓流體黏性定律 15
參考文獻 19
習題 19
第3章 分子傳遞機理 21
3.1 引言 21
3.2 格點模型 21
3.3 氣體內(nèi)的分子傳遞 23
3.3.1 基本動力學理論概要 23
3.3.2 基于動力學理論的氣體傳遞 25
3.3.3 Chapman-Enskog 理論和氣體傳遞 26
3.4 液體內(nèi)的分子傳遞 30
3.4.1 Stokes-Einstein 模型 30
3.4.2 自由體積模型和Eyring 速率理論 32
3.5 固體內(nèi)的分子擴散 36
3.6 連續(xù)性假設及時空限制條件 38
3.6.1 連續(xù)性假設 38
3.6.2 空間尺度限制 39
3.6.3 時間尺度限制 41
參考文獻 41 習題 42
第4章 傳遞過程的守恒方程 43
4.1 引言 43
4.2 標量守恒方程的一般形式 43
4.2.1 控制體 43
4.2.2 固定控制體的守恒方程 44
4.2.3 運動控制體的守恒方程 44
4.2.4 包含相界面的控制體的守恒方程 45
4.2.5 相內(nèi)點守恒方程 45
4.2.6 界面點守恒方程 46
4.2.7 分子傳遞通量表示的守恒方程 47
4.2.8 相內(nèi)的通量連續(xù)性和對稱性條件 47
4.3 總質量守恒 48
4.3.1 系統(tǒng)內(nèi)部的總質量守恒：連續(xù)性方程 48
4.3.2 界面上的總質量守恒 48
4.4 隨體導數(shù)表示的標量守恒方程 49
4.5 熱量守恒：傳熱方程 49
4.6 界面上的傳熱 50
4.6.1 界面熱量守恒 50
4.6.2 界面熱平衡 51
4.6.3 對稱性條件 51
4.6.4 相變界面熱量守恒 51
4.7 組分守恒方程 52
4.7.1 用相對于固定坐標的組分通量表示的守恒方程 52
4.7.2 用相對于質量平均速度的擴散通量表示的守恒方程 52
4.7.3 用相對于摩爾平均速度的擴散通量表示的守恒方程 53
4.8 界面上的傳質 54
4.8.1 界面組分守恒 54
4.8.2 界面上相平衡 55
4.8.3 傳質的對稱性條件 56
4.8.4 相變界面組分守恒 56
4.9 動量守恒方程 56
4.9.1 質體的動量 57
4.9.2 任意控制體內(nèi)的動量 58
4.9.3 作用力 58
4.9.4 柯西動量方程 60
4.9.5 牛頓流體的動量守恒：Navier-Stokes 方程 61
4.9.6 非牛頓流體的動量守恒方程 62
4.10 界面上的流體力學 63
4.10.1 切向速度 63
4.10.2 法向速度 64
4.10.3 無表面張力的應力平衡 64
4.10.4 有表面張力的應力平衡 64
參考文獻 65
習題 66
第5章 傳質過程的解析 67
5.1 引言 67
5.2 穩(wěn)態(tài)傳質過程 67
5.2.1 二元稀合金的定向固化：單晶形成過程中微量雜質的傳遞 67
5.2.2 超濾過程的篩分系數(shù) 70
5.3 非穩(wěn)態(tài)傳質過程 72
5.3.1 半導體摻雜：固體相的動態(tài)擴散 72
5.3.2 等溫結晶速率：液體相的動態(tài)傳質 76
5.3.3 固體顆粒干燥：固體相的球對稱動態(tài)擴散 79
5.4 擬穩(wěn)態(tài)傳質過程 82
5.4.1 膜內(nèi)擬穩(wěn)態(tài)擴散 82
5.4.2 擬穩(wěn)態(tài)的液柱蒸發(fā) 85
5.5 相界面與主體之間的傳質模型 87
5.5.1 穩(wěn)態(tài)模型：膜理論 88
5.5.2 非穩(wěn)態(tài)模型：滲透理論和表面更新理論 89
5.6 流動體系中的傳質 91
5.6.1 Peclet 數(shù) 91
5.6.2 管道內(nèi)層流傳質 91
參考文獻 94
習題 94
第6章 伴化學反應的傳質 97
6.1 引言 97
6.2 非均相反應和均相反應 97
6.2.1 稀溶液中非均相化學反應體系的擴散 99
6.2.2 非均相化學反應體系的二組分氣體擴散 101
6.2.3 稀溶液中均相可逆化學反應體系的擴散 104
6.3 均相反應對傳質速率的增強作用 107
6.4 均相反應傳質速率增強因子的一般性模型 109
6.5 相對速率的度量和機制劃分 111
6.6 慢反應機制下的傳質速率增強因子 113
6.7 快反應機制下的傳質速率增強因子 114
6.8 瞬時反應機制下的傳質速率增強因子 116
6.9 過渡機制下的傳質速率增強因子 119
6.9.1 慢反應-快反應過渡 120
6.9.2 快反應-瞬時反應過渡 123
參考文獻 125
習題 125
第7章 多組分多推動力體系傳質 128
7.1 引言 128
7.2 Fick 定律擴展至多組分體系 128
7.2.1 三組分氣體擴散 128
7.2.2 Fick 定律的擴展 129
7.2.3 多組分Fick 擴散系數(shù)矩陣之間的變換 131
7.2.4 多組分Fick 擴散系數(shù)的特性 133
7.3 Fick 定律的適用性 134
7.3.1 電解質溶液 135
7.3.2 多孔介質體系 135
7.4 Maxwell-Stefan 方程 137
7.4.1 對分子擴散的描述 137
7.4.2 多組分體系的普遍化Maxwell-Stefan 方程 139
7.4.3 Maxwell-Stefan 方程的矩陣形式 140
7.5 綁定問題 142
7.5.1 等摩爾逆向傳質 142
7.5.2 多組分蒸餾 142
7.5.3 Stefan 擴散 143
7.5.4 固定通量比率 143
7.5.5 普遍化綁定問題 144
7.6 Maxwell-Stefan 方程應用于多組分體系 145
7.6.1 零通量下的組分摩爾分數(shù)梯度 145
7.6.2 離散化Maxwell-Stefan 方程 146
7.7 Maxwell-Stefan 擴散系數(shù) 149
7.7.1 Maxwell-Stefan 擴散系數(shù)和Fick 擴散系數(shù)的關系 149
7.7.2 氣體組分的Maxwell-Stefan 擴散系數(shù) 150
7.7.3 液體組分的Maxwell-Stefan 擴散系數(shù) 152
7.8 多組分擴散的有效擴散系數(shù)模型 154
7.8.1 有效擴散系數(shù) 155
7.8.2 有效擴散系數(shù)與Maxwell-Stefan 擴散系數(shù)的關系 155
7.8.3 極限情況 156
7.8.4 有效擴散系數(shù)模型求解多組分擴散過程 157
7.8.5 有效擴散系數(shù)模型的特點 158
7.9 Maxwell-Stefan 方程、Fick 定律和有效擴散系數(shù)模型的比較 158
參考文獻 161
習題 161
第8章 電解質溶液和離心力場中的傳質 162
8.1 引言 162
8.2 電解質溶液的電中性關系 162
8.3 電解質溶液的Maxwell-Stefan 方程 163
8.4 電解質稀溶液的傳質 164
8.4.1 電解質稀溶液的Maxwell-Stefan 方程 164
8.4.2 單一電解質稀溶液的傳質 166
8.4.3 鹽酸稀溶液中離子的一維穩(wěn)態(tài)擴散 168
8.4.4 電解過程的極化：銀離子在負極附近的擴散 170
8.5 電解質溶液組分的Maxwell-Stefan 擴散系數(shù) 172
8.6 離心力作用下的傳質 173
8.6.1 含離心推動力的Maxwell-Stefan 方程 173
8.6.2 同位素氣體離心分離 174
8.6.3 蛋白質溶液離心分離 175
參考文獻 177
習題 177
第9章 多孔介質孔道內(nèi)的傳質 179
9.1 引言 179
9.2 孔道內(nèi)的傳質機理 179
9.3 孔道內(nèi)的主體擴散和Knudsen 擴散：塵氣模型 181
9.4 孔道內(nèi)黏性流作用下的傳質 185
9.4.1 黏性流 185
9.4.2 黏性流作用下的傳質 186
9.4.3 孔道內(nèi)部壓力梯度和組分傳質通量的關系 188
9.5 表面擴散 190
9.5.1 表面擴散的Maxwell-Stefan 方程 191
9.5.2 用Langmuir 吸附模型描述的表面擴散 195
9.5.3 熱力學因子和單列擴散近似的影響 197
9.6 多孔介質內(nèi)傳質的總結 199
參考文獻 200
習題 200
第10章 質量和熱量同時傳遞 202
10.1 引言 202
10.2 傳熱和傳質的相互影響 203
10.3 質量和熱量同時傳遞的傳質方程 204
10.3.1 熱擴散 204
10.3.2 質量傳遞的本構方程 205
10.3.3 組分的守恒方程 206
10.4 質量和熱量同時傳遞的熱量傳遞方程 207
10.4.1 擴散熱傳導 207
10.4.2 熱量守恒方程 208
10.4.3 熱量傳遞的本構方程 208
10.5 質量和熱量同時傳遞過程的模型 209
10.5.1 熱擴散效應的分析 210
10.5.2 擴散熱傳導效應的分析 211
10.5.3 質量和熱量同時傳遞的傳熱系數(shù) 213
10.6 質量和熱量同時相際傳遞 215
10.6.1 相界面上的傳質通量 216
10.6.2 相界面上的熱量通量 216
10.6.3 相界面上的熱平衡 217
10.6.4 相界面上的組分勢能平衡 217
10.6.5 相界面上傳質通量綁定方程 217
10.7 質量和熱量同時傳遞的選例 219
10.7.1 擴散分餾：恒沸物分離 219
10.7.2 水滴的蒸發(fā) 222
10.7.3 非等溫吸收