What do we mean by transport phenomenaWord文件下载.docx

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回答该问题有两种普遍的答案。

其一，需要我们意识到热量、质量和动量传递发生于多种工程设备中，如热交换器、压缩机、核反应堆、化学反应器、增湿器、空气冷凝器、干燥器、分馏器以及吸收器。

这些传递过程也发生于人体和一些复杂的过程中，借此污染物发生反应，扩散于大气中。

如果工程们要去理解工厂设计中发生什么以及关于其经济性操作作出英明的决策，那么理解支配这些传递过程的物理定律是至关重要的。

Thesecondansweristhatengineersneedtobeabletousetheirunderstandingofnaturallawstodesignprocessequipmentinwhichtheseprocessesareoccurring.Todosotheymustbeabletopredictratesofheat,mass,ormomentumtransport.Forexample,considerasimpleheatexchanger,i.e.apipeusedtoheatafluidbymaintainingitswallatahighertemperaturethanthatofthefluidflowingthroughit.Therateatwhichheatpassesfromthewallofthepipetothefluiddependsuponaparametercalledtheheat-transfercoefficient,whichinturndependsonpipesize,fluidflowrate,fluidproperties,etc.Traditionally,heat-transfercoefficientsareobtainedafterexpensiveandtime-consuminglaboratoryorpilot-plantmeasurementsandarecorrelatedthroughtheuseofdimensionlessempiricalequations.Empiricalequationsareequationsthatfitthedataoveracertainrange;

theyarenotbasedupontheoryandconnotbeusedaccuratelyoutsidetherangeforwhichthedatahavebeentaken.

第二个答案是，工程师们必须要能够运用他们对自然界定律的理解去设计这些过程发生的过程设备。

要实现这一目标，他们必须能够预测热量、质量和动量传递速率。

例如，要设计一个简单的热交换器，即用于加热流体的管道，必须要考虑到维持管壁的温度高于在其中流动的流体的温度。

从管壁传给流体的热量的速率取决于一个叫做传热系数（heat-transfercoefficient）的参数，而传热系数取决于管道尺寸、流速、流体性质，等等。

传统上（一般地），传热系数在费钱和耗时的实验室或中试工厂的测量之后得到，同时通过无数次经验式（dimensionlessempiricalequations）加以关联。

经验式能在较大范围内吻合数据，它们不是以理论为基础的，因此超出所得数据的范围时经验式不能准确使用。

Thelessexpensiveandusuallymorereliableapproachusedintransportphenomenaistopredicttheheat-transfercoefficientfromequationsbasedonthelawsofnature.Thepredictedresultswouldbeobtainedbyaresearchengineerbysolvingsomeequations（oftenonacomputer）.Adesignengineerwouldthenusetheequationfortheheat-transfercoefficientobtainedbytheresearchengineer.

用于传递现象中的费用低而且通常更可靠的方法，是从以自然界定律为基础的等式去预测传热系数。

预测的结果可以由研究工程师解方程（通常计算上）得到。

设计工程师能利用（运用）研究工程师所得到的传热系数的等式。

Keepinmindthatthejobofdesigningtheheatexchangerwouldbeessentiallythesamenomatterhowtheheat-transfercoefficientswereoriginallyobtained.Forthisreason,somecoursesintransportphenomenaemphasizeonlythedeterminationoftheheat-transfercoefficientandleavetheactualdesignproceduretoacourseinunitoperations.Itisofcoursea“practical”mattertobeabletoobtaintheparameters,i.e.,theheat-transfercoefficientsthatareusedindesign,andforthatreasonatransportphenomenacoursecanbeconsideredanengineeringcourseaswellasoneinscience.

要牢记的是，不管传热系数是怎么样得到的，热交换器的设计工作基本上相同的。

因为这一原因，传递现象中的一些课程所强调的只是传热系数的确定，而将实际设计步骤留到单元操作的课程中。

当然，能够得到参数（如设计中所用的传递系数），是应用性（practical）的问题（matter），由于那种原因，传递现象课程可视为一门工程课程，也可视为理科中的一门课程。

Infact,therearesomecasesinwhichthedesignengineermightusethemethodsandequationsoftransportphenomenadirectlyinthedesignofequipment.Anexamplewouldbeatubularreactor,whichmightbeillustratedasapipe,e.g.,theheatexchangerdescribedearlier,withahomogeneouschemicalreactionoccurringinthefluidwithin.Thefluidenterswithacertainconcentrationofreactantandleavesthetubewithadecreasedconcentrationofreactantandanincreasedconcentrationofproduct.

事实上，在有些情况中，设计工程师在设计设备时，可能直接利用传递现象的方法和等式。

管式反应器就是这样一个例子，在反应器里面的流体中发生均相反应，管式反应器可以由管道解释（阐述），如前所述的热交换器。

含有一定溶度的反应物的流体流进管道，离开管道时，反应物的浓度减少，而产物的浓度增加。

Ifthereactionisexothermic,thereactorwallwillusuallybemaintainedatalowtemperatureinordertoremovetheheatgeneratedbythechemicalreaction.Thereforethetemperaturewilldecreasewithradialpositions,i.e.,withthedistancefromthecenterlineofthepipe.Then,sincethereactionrateincreaseswithtemperature,itwillbehigheratthecenter,wherethetemperatureishigh,thanatthewall,wherethetemperatureislow.Accordingly,theproductsofthereactionwilltendtoaccumulateatthecenterlinewhilethereactantsaccumulatenearthewallofthereactor.Hence,concentrationaswellastemperaturewillvarybothwithradialpositionandwithlength.Todesignthereactorwewouldneedtoknow,atanygivenlength,themeanconcentrationoftheproduct.Sincethismeanconcentrationisobtainedfromthepointvaluesaveragedoverthecrosssection,weactuallyneedtoobtaintheconcentrationateverypointinthereactor,i.e.,ateveryradialpositionandateverylength.Buttocalculatetheconcentrationateverypointweneedtoknowthereactionrateateverypoint,andtocalculatetherateateverypointweneedtoknowboththetemperatureandtheconcentrationateverypoint!

Furthermore,tocalculatethetemperaturewealsoneedtoknowtherateandthevelocityofthefluidateverypoint.Wewillnotgointotheequationsinvolved,butobviouslywehaveacomplicatedsetofpartialdifferentialequationsthatmustbesolvedbysophisticatedprocedures,usuallyonacomputer.Itshouldbeapparentthatwecouldnothandlesuchaproblembytheempiricaldesignproceduresusedinunitoperationscoursesforaheatexchanger.Insteadthetheoryandmathematicalproceduresoftransportphenomenaareessential,unlessonewishestogototheexpenseandtakethetimetobuildpilotplantsofincreasingsizeandmeasuretheconversionineach.Eventhenthefinalscale-upisprecariousanduncertain.

如果该反应是放热的，那么为了移走由化学反应产生的热量，反应器壁通常维持低温。

因此，温度随着径向位置（即管中心线的距离）会降低。

因为反应速率随着温度而增加，因此，温度较高的管中心处的反应速率，大于温度低的反应器壁的反应速率。

相应地，反应产物会在中心线处有累积的趋势，而反应物会靠近反应器壁处积累。

因此，浓度和温度都会随径向位置和长度的改变。

要设计一个反应器，我们有必要知道在反应器任何给定的长度处的产物的平均浓度。

因为这种平均浓度可以通过横截面上的浓度值加以平均得到，因此，我们必须要得到反应器中的各个位置的浓度，即每一个径向位置和轴向方向的浓度值。

但是要计算各个位置的浓度，我们有必要知道每一位置的反应速率，要计算每一位置的反应速率，我们有必要知道每一位置的浓度和温度。

而且，欲计算温度，我们又必须知道每一位置的反应速率和流体流速。

虽然我们不讨论（gointo）所涉及到方程式，但是，很显然，我们建立一个复杂的偏微分方程组，该偏微分方程组必须通过复杂的程序，通常在电脑上得以解答。

很明显，我们不能够利用在操作课程中热交换器所用的经验设计步骤来解决此类问题。

相反，除非我们舍得花费以及舍得花时间去建立规模增大的中式工厂，测量各种规模的转化率，那么传递现象的理论和数学步骤是必须的。

即使如此，这种最终的放大是危险的、靠不住的。

Ofcourse,notallproblemstodaycanbesolvedbythemethodsoftransportphenomena.However,withthedevelopmentofthecomputer,moreandmoreproblemsarebeingsolvedbythesemethods.Ifengineeringstudentsaretohaveaneducationthatisnotbecomeobsolete,theymustbeprepared,throughtheunderstandingofthemethodsoftransportphenomena,tomakeuseofthecomputationsthatwillbemadeinthefuture.Becauseofitsgreatpotentialaswellasitscurrentusefulness,acourseintransportphenomenamayultimatelyprovetobethemostpracticalandusefulcourseonastudent’sundergraduatecareer.

当然，如今不是所有的问题都能用传递现象的方法加以解决。

然而，随着计算机的发展，越来越多的问题可以用这些方法加以解决。

如果（学）工程的学生受过并没有过时（obsolete）的教育，那么通过对传递现象方法的理解，他们一定准备利用在将来要进行的计算（computation）。

因为传递现象的课程除了目前的有用之外，还有很大的应用潜力（aswellas），所以传递现象的课程最终可以证明是本科生的一生中最实际、最有用的课程。

Distillation

Separationoperationsachievetheirobjectivebythecreationoftwoormorecoexistingzoneswhichdifferintemperature,pressure,composition,and/orphasestate.Eachmolecularspeciesinthemixturetobeseparatedreactsinauniquewaytodifferingenvironmentsofferedbythesezones.Consequently,asthesystemmovestowardequilibrium,eachestablishesadifferentconcentrationineachzone,andthisresultsinaseparationbetweenthespecies.

分离过程通过形成在温度、压力、组成和相态上有区别的两个或多个共存区来达到它的目的。

每一种待分离的在混合物中的分子种类以一种独特的方式与这些区域提供的不同的环境相互作用。

结果是随着系统向平衡移动，每个物质都在每个区域形成不同的浓度，这样就可以使这些物质得到分离。

Theseparationoperationcalleddistillationutilizesvaporandliquidphasesatessentiallythesametemperatureandpressureforthecoexistingzones.Variouskindsofdevicesuchasdumpedororderedpackingsandplatesortraysareusedtobringthetwophasesintointimatecontact.Traysarestackedoneabovetheotherandenclosedinacylindricalshelltoformacolumn.Packingsarealsogenerallycontainedinacylindricalshellbetweenhold-downandsupportplates.

利用在共有区中拥有相同温度和压力的气相和液相的分离操作叫做分离。

不同种类的装置例如散装或规整填料和塔板或塔盘被用来使两相充分接触。

塔盘是一个堆着一个排列的、并且被装入到一个圆柱形的外壳中形成一个塔。

填料通常也被装入一个在压具板和支撑板之间的圆柱形外壳中。

1.ContinuousDistillation

Thefeedmaterial,whichistobeseparatedintofractions,isintroducedatoneormorepointsalongthecolumnshell.Becauseofthedifferenceingravitybetweenvaporandliquidphases,liquidrunsdownthecolumn,cascadingfromtraytotray,whilevaporflowsupthecolumn,contactingliquidateachtray.

1.连续蒸馏

将要被分离成馏分的进料通过一个或多个沿着管壳的点被引入到塔中。

由于气相和液相之间重力的不同，液体在塔中从一个塔盘到另一个塔盘呈阶梯形向下流动。

同时气体在塔中向上流动，并与液相在每个塔盘接触。

Liquidisreachingthebottomofthecolumnispartiallyvaporizedinaheatedreboilertoprovideboil-up,whichissentbackupthecolumn.Theremainderofthebottomliquidiswithdrawnasbottoms,orbottomproduct.Vaporreachingthetopofthecolumn