化工計算傳質(zhì)學

第1章　計算傳質(zhì)學基本方程 5
1.1　質(zhì)量守恒方程及其封閉 5
1.2　傳統(tǒng)的求解湍流傳質(zhì)擴散系數(shù)方法 6
1.2.1 特征數(shù)法 7
1.2.2 實驗測定法(惰性示蹤劑法) 7
1.3　質(zhì)量守恒方程封閉的兩方程模型（c'2-εc'模型） 9
1.3.1 兩方程模型(c'2-εc'模型)的導出 9
1.3.2 近壁區(qū)計算 19
1.4　質(zhì)量守恒方程封閉的雷諾質(zhì)流u'ic'模型 20
1.4.1 標準雷諾質(zhì)流模型 20
1.4.2 混合雷諾質(zhì)流模型 22
1.4.3 代數(shù)雷諾質(zhì)流模型 23
1.4.4 雷諾質(zhì)流對過程傳質(zhì)的影響 23
1.4.5 各向異性的擴散系數(shù) 24
1.5　計算傳質(zhì)學的數(shù)學方程體系 24
1.5.1 數(shù)學模型方程組 25
1.5.2 數(shù)學模型方程體系的統(tǒng)一 27
1.6　湍流傳遞擴散系數(shù)的關系 29
1.7　邊界條件的確定 30
1.7.1 入口邊界條件 30
1.7.2 出口邊界條件 32
1.7.3 塔壁邊界條件 32
1.8　模型的驗證 32
1.9　氣液兩相流模擬方法 35
1.9.1 兩相流模型 35
1.9.2 在氣相相互作用下的單液相流體方法 36
1.9.3 氣液混合流模型 37
符號說明 38
參考文獻 38
第2 章　計算傳質(zhì)學的應用( 一) ——精餾過程 41
2.1　板式塔的模擬 42
2.1.1 板式塔傳質(zhì)擴散特征數(shù)模型 42
2.1.2 板式塔傳質(zhì)擴散c'2-εc'兩方程模型 46
2.1.3 板式塔傳質(zhì)擴散雷諾質(zhì)流模型 52
2.1.4 多組分點效率的預測 59
2.2　填料塔的模擬 67
2.2.1 填料塔湍流傳質(zhì)擴散c'2-εc'模型 67
2.2.2 填料塔雷諾質(zhì)流模型 74
2.3　總結(jié) 80
符號說明 81
參考文獻 81
第3 章　計算傳質(zhì)學的應用( 二) ——化學吸收過程 84
3.1　化學吸收過程c'2-εc'兩方程數(shù)學模型 85
3.1.1 模型方程 85
3.1.2 CO2的MEA水溶液化學吸收過程模擬及驗證 88
3.1.3 CO2的AMP水溶液化學吸收過程模擬及驗證 99
3.1.4 CO2的NaOH水溶液化學吸收過程模擬及驗證 104
3.2　化學吸收過程雷諾質(zhì)流模型 110
3.2.1 液相相互作用數(shù)學模型 110
3.2.2 CO2的MEA水溶液吸收過程模擬及驗證 112
3.2.3 CO2的NaOH水溶液化學吸收過程模擬及驗證 117
3.3　總結(jié) 120
符號說明 121
參考文獻 121
第4 章　計算傳質(zhì)學的應用( 三) ——吸附過程 124
4.1　吸附過程c'2-εc'雙方程數(shù)學模型 124
4.1.1 模型方程 124
4.1.2 模型計算策略 130
4.1.3 模擬結(jié)果與實驗的驗證 130
4.2　吸附過程傳質(zhì)雷諾質(zhì)流模型 136
4.2.1 模型方程 137
4.2.2 模擬結(jié)果與驗證 138
4.2.3 解吸(再生)過程的模擬與驗證 142
4.3　總結(jié) 143
符號說明 144
參考文獻 145
第5 章　計算傳質(zhì)學的應用（ 四） ——固定床催化反應 147
5.1　模擬對象： 壁冷式固定床催化反應器 148
5.2　數(shù)學模型 149
5.2.1 c'2-εc'兩方程模型 149
5.2.2 源項的確定 152
5.2.3 邊界條件 152
5.2.4 模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的比較 153
5.3　用于催化反應器模擬的雷諾質(zhì)流模型 160
5.3.1 模型方程 160
5.3.2 模擬結(jié)果及驗證 162
5.3.3 各向異性擴散系數(shù) 164
5.4　總結(jié) 166
符號說明 166
參考文獻 168
第6 章　計算傳質(zhì)學的應用( 五) ——流態(tài)化床反應過程 170
6.1　流態(tài)化床的流動特性 170
6.2　c 2-εc兩方程模擬流態(tài)化過程 173
6.2.1 在固定流態(tài)化床反應器中除去廢氣中的CO2 173
6.2.2 在CFB反應器上行床中臭氧分解的模擬 181
6.2.3 在CFB反應器下行床中臭氧分解的模擬 183
6.3　雷諾質(zhì)流模型 186
6.3.1 CFB反應器上行床中臭氧分解的模擬 190
6.3.2 CFB反應器下行床中臭氧分解的模擬 197
6.4　總結(jié) 199
符號說明 200
參考文獻 201
第7 章　傳質(zhì)理論及多組分系統(tǒng)的傳質(zhì) 203
7.1　早期經(jīng)典的傳質(zhì)理論 203
7.1.1 雙膜理論 204
7.1.2 滲透理論 205
7.1.3 表面更新理論 205
7.1.4 經(jīng)典傳質(zhì)理論的發(fā)展 206
7.2　近界面的傳質(zhì)理論 207
7.2.1 湍流擴散傳質(zhì)理論 207
7.2.2 旋渦傳質(zhì)理論 208
7.3　基于界面狀態(tài)的傳質(zhì)理論 209
7.3.1 界面效應理論 209
7.3.2 界面阻力理論 210
7.4　兩組分體系傳質(zhì)系數(shù)的估算 211
7.5　氣液相間平衡成分的估算 215
7.5.1 非理想溶液的熱力學關系 215
7.5.2 過量(剩余)自由能 216
7.5.3 活度系數(shù)估算的半經(jīng)驗方程法 217
7.5.4 活度系數(shù)估算的基團貢獻法 220
7.5.5 活度系數(shù)的實驗測量 222
7.6　多組分系統(tǒng)的質(zhì)量傳遞方程 226
7.6.1 普遍化的Fick定律 226
7.6.2 普遍化的Maxwell-Stefan方程 227
7.7　多組分質(zhì)量傳遞方程的求解 229
7.7.1 與膜理論相結(jié)合的Maxwell-Stefan方程解法 229
7.7.2 結(jié)合滲透理論的Maxwell-Stefan方程解法 234
7.8　多組分質(zhì)量傳遞方程的應用示例——精餾塔塔板上傳質(zhì)點效率的計算 241
7.8.1 Oldershaw塔板上的點效率模型 243
7.8.2 Oldershaw塔板上的點效率計算 247
7.8.3 組分交互作用現(xiàn)象 259
符號說明 260
參考文獻 261
第8 章　氣液傳質(zhì)過程的界面效應 265
8.1　Marangoni 對流現(xiàn)象的實驗觀測 269
8.1.1 傳質(zhì)界面為水平及液體靜止情況下的結(jié)構(gòu) 271
8.1.2 傳質(zhì)界面為水平及液體流動情況下的結(jié)構(gòu) 275
8.1.3 傳質(zhì)界面為垂直(降膜)及液體流動情況下的結(jié)構(gòu) 276
8.1.4 化學吸收界面的結(jié)構(gòu) 277
8.2　Marangoni 對流的分析 280
8.3　產(chǎn)生Marangoni 對流的數(shù)學模擬 281
8.3.1 數(shù)學模型 281
8.3.2 過程穩(wěn)定性分析及失穩(wěn)的臨界馬侖高尼數(shù) 283
8.4　氣液界面Marangoni 效應強化傳質(zhì)的理論分析 286
8.5　氣液界面Marangoni 效應的傳質(zhì)增強實驗 289
8.5.1 界面為靜止水平的傳質(zhì)增強實驗 289
8.5.2 界面為垂直流動(降膜)的傳質(zhì)增強實驗 291
8.6　從界面有序到無序的過渡 293
8.7　考慮Marangoni 效應的傳質(zhì)理論 296
8.8　Rayleigh 對流的數(shù)學模擬 300
8.8.1 數(shù)學模型 300
8.8.2 模擬求解結(jié)果及分析 303
8.9　Rayleigh 對流的測量 310
8.10　氣液界面上二維濃度分布的模擬與觀測 312
8.10.1 界面上二維平面狀態(tài)的模擬 312
8.10.2 界面濃度梯度的觀測 315
8.11　在可變形界面同時進行傳質(zhì)與傳熱的Marangoni 效應 317
8.11.1 模擬方程 317
8.11.2 擾動方程 318
8.11.3 界面變形的影響 318
8.11.4 邊界條件 319
8.11.5 方程及其邊界條件的無量綱化 321
8.11.6 穩(wěn)定性分析 322
8.11.7 計算結(jié)果 323
8.12　氣液傳質(zhì)界面效應的產(chǎn)生過程 325
符號說明 326
參考文獻 327
第9 章　格子-Boltzmann 方法對氣液界面?zhèn)髻|(zhì)過程的模擬 329
9.1　格子-Boltzmann 方法簡介 329
9.1.1 從格子-氣方法到格子-Boltzmann方法 329
9.1.2 格子-Boltzmann方法基本方程 330
9.1.3 格子模型 331
9.1.4 邊界條件 333
9.1.5 計算步驟 334
9.1.6 有外力影響的格子-Boltzmann方程 335
9.1.7 傳熱過程的格子-Boltzmann方法 336
9.1.8 傳質(zhì)過程的格子-Boltzmann方法 338
9.1.9 格子模型計算與實際對象的關系 338
9.1.10 格子-Boltzmann方法的應用 339
9.2　溶質(zhì)從界面向主體擴散的格子-Boltzmann 模擬 339
9.2.1 數(shù)學模型 340
9.2.2 界面上單個溶質(zhì)高濃度點的擴散過程 340
9.2.3 系統(tǒng)物性對界面溶質(zhì)擴散的影響 343
9.2.4 界面上均布的多個溶質(zhì)高濃度點的擴散過程 346
9.2.5 界面上非均布的多個溶質(zhì)高濃度點的擴散過程 348
9.2.6 界面上隨機的溶質(zhì)高濃度點的擴散過程 350
符號說明 362
參考文獻 363
附錄 365
附錄Ⅰ　計算流體力學基礎 365
附錄Ⅱ　計算傳熱學基礎 382
附錄Ⅲ　填料塔內(nèi)傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)表面積的經(jīng)驗關聯(lián)式 391
附錄Ⅳ　傳質(zhì)系數(shù)模型數(shù)據(jù)庫 398
附錄Ⅴ　散堆填料塔內(nèi)氣液兩相逆流操作總持液量的關聯(lián)式 419
附錄Ⅵ　平衡分布函數(shù)離散方程的推導 421
附錄Ⅶ　格子-Boltzmann 模型導出Navier-Stokes 方程 425