對流擴散方程

對流擴散方程

對流擴散方程,表征流動系統質量傳遞規律的基本方程,求解此方程可得出濃度分布。此方程系通過對系統中某空間微元體進行物料衡算而得。對於雙組分系統,A組分流入某微元體的量,加上在此微元體內因化學反應生成的量,減去其流出量,即為此微元體中組分A的積累量。

對流擴散方程

對於雙組分系統,A組分流入某微元體的量,加上在此微元體內因化學反應生成的量,減去其流出量,即為此微元體中組分A的積累量。考慮到組分A進入和離開微元體均由擴散和對流兩種作用造成,而擴散通量是用斐克定律(見分子擴散)表述的,於是可得如下的對流擴散方程:

對流擴散方程

式中DAB為組分A在組分B中的分子擴散係數;rA為單位時間單位體積空間內因化學反應生成組分A的量;CA為組分A的質量濃度;τ為時間;ux、uy和uz分別為流速u的三個分量。對於僅有x方向的定態流動,且無化學反應生成組分A時,則對流擴散方程可簡化成為:

濃度邊界層概念運用於傳質過程,可將二維對流擴散方程簡化,得到傳質邊界層方程:

上述方程表明,傳質與流動密切相關;只有解得速度分布之後,才能從對流擴散方程解得濃度分布,進而求得傳質通量。

配圖

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