化工計(jì)算傳質(zhì)學(xué)

第1章　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)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(kuò)散系數(shù)方法 6
1.2.1 特征數(shù)法 7
1.2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dǎo)出 9
1.3.2 近壁區(qū)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)過程傳質(zhì)的影響 23
1.4.5 各向異性的擴(kuò)散系數(shù) 24
1.5　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的數(shù)學(xué)方程體系 24
1.5.1 數(shù)學(xué)模型方程組 25
1.5.2 數(shù)學(xué)模型方程體系的統(tǒng)一 27
1.6　湍流傳遞擴(kuò)散系數(shù)的關(guān)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(yàn)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(hào)說明 38
參考文獻(xiàn) 38
第2 章　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的應(yīng)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(kuò)散特征數(shù)模型 42
2.1.2 板式塔傳質(zhì)擴(kuò)散c'2-εc'兩方程模型 46
2.1.3 板式塔傳質(zhì)擴(kuò)散雷諾質(zhì)流模型 52
2.1.4 多組分點(diǎn)效率的預(yù)測(cè) 59
2.2　填料塔的模擬 67
2.2.1 填料塔湍流傳質(zhì)擴(kuò)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(hào)說明 81
參考文獻(xiàn) 81
第3 章　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的應(yīng)用( 二) ——化學(xué)吸收過程 84
3.1　化學(xué)吸收過程c'2-εc'兩方程數(shù)學(xué)模型 85
3.1.1 模型方程 85
3.1.2 CO2的MEA水溶液化學(xué)吸收過程模擬及驗(yàn)證 88
3.1.3 CO2的AMP水溶液化學(xué)吸收過程模擬及驗(yàn)證 99
3.1.4 CO2的NaOH水溶液化學(xué)吸收過程模擬及驗(yàn)證 104
3.2　化學(xué)吸收過程雷諾質(zhì)流模型 110
3.2.1 液相相互作用數(shù)學(xué)模型 110
3.2.2 CO2的MEA水溶液吸收過程模擬及驗(yàn)證 112
3.2.3 CO2的NaOH水溶液化學(xué)吸收過程模擬及驗(yàn)證 117
3.3　總結(jié) 120
符號(hào)說明 121
參考文獻(xiàn) 121
第4 章　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的應(yīng)用( 三) ——吸附過程 124
4.1　吸附過程c'2-εc'雙方程數(shù)學(xué)模型 124
4.1.1 模型方程 124
4.1.2 模型計(jì)算策略 130
4.1.3 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)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(yàn)證 138
4.2.3 解吸(再生)過程的模擬與驗(yàn)證 142
4.3　總結(jié) 143
符號(hào)說明 144
參考文獻(xiàn) 145
第5 章　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的應(yīng)用（ 四） ——固定床催化反應(yīng) 147
5.1　模擬對(duì)象： 壁冷式固定床催化反應(yīng)器 148
5.2　數(shù)學(xué)模型 149
5.2.1 c'2-εc'兩方程模型 149
5.2.2 源項(xiàng)的確定 152
5.2.3 邊界條件 152
5.2.4 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較 153
5.3　用于催化反應(yīng)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(yàn)證 162
5.3.3 各向異性擴(kuò)散系數(shù) 164
5.4　總結(jié) 166
符號(hào)說明 166
參考文獻(xiàn) 168
第6 章　計(jì)算傳質(zhì)學(xué)的應(yīng)用( 五) ——流態(tài)化床反應(yīng)過程 170
6.1　流態(tài)化床的流動(dòng)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(yīng)器中除去廢氣中的CO2 173
6.2.2 在CFB反應(yīng)器上行床中臭氧分解的模擬 181
6.2.3 在CFB反應(yīng)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(yīng)器上行床中臭氧分解的模擬 190
6.3.2 CFB反應(yīng)器下行床中臭氧分解的模擬 197
6.4　總結(jié) 199
符號(hào)說明 200
參考文獻(xiàn) 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(kuò)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(yīng)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(xué)關(guān)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(yàn)方程法 217
7.5.4 活度系數(shù)估算的基團(tuán)貢獻(xiàn)法 220
7.5.5 活度系數(shù)的實(shí)驗(yàn)測(cè)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(yīng)用示例——精餾塔塔板上傳質(zhì)點(diǎn)效率的計(jì)算 241
7.8.1 Oldershaw塔板上的點(diǎn)效率模型 243
7.8.2 Oldershaw塔板上的點(diǎn)效率計(jì)算 247
7.8.3 組分交互作用現(xiàn)象 259
符號(hào)說明 260
參考文獻(xiàn) 261
第8 章　氣液傳質(zhì)過程的界面效應(yīng) 265
8.1　Marangoni 對(duì)流現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)觀測(cè) 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(dòng)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(dòng)情況下的結(jié)構(gòu) 276
8.1.4 化學(xué)吸收界面的結(jié)構(gòu) 277
8.2　Marangoni 對(duì)流的分析 280
8.3　產(chǎn)生Marangoni 對(duì)流的數(shù)學(xué)模擬 281
8.3.1 數(shù)學(xué)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(yīng)強(qiáng)化傳質(zhì)的理論分析 286
8.5　氣液界面Marangoni 效應(yīng)的傳質(zhì)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn) 289
8.5.1 界面為靜止水平的傳質(zhì)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn) 289
8.5.2 界面為垂直流動(dòng)(降膜)的傳質(zhì)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn) 291
8.6　從界面有序到無序的過渡 293
8.7　考慮Marangoni 效應(yīng)的傳質(zhì)理論 296
8.8　Rayleigh 對(duì)流的數(shù)學(xué)模擬 300
8.8.1 數(shù)學(xué)模型 300
8.8.2 模擬求解結(jié)果及分析 303
8.9　Rayleigh 對(duì)流的測(cè)量 310
8.10　氣液界面上二維濃度分布的模擬與觀測(cè) 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(cè) 315
8.11　在可變形界面同時(shí)進(jìn)行傳質(zhì)與傳熱的Marangoni 效應(yīng) 317
8.11.1 模擬方程 317
8.11.2 擾動(dòng)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(jì)算結(jié)果 323
8.12　氣液傳質(zhì)界面效應(yīng)的產(chǎn)生過程 325
符號(hào)說明 326
參考文獻(xiàn) 327
第9 章　格子-Boltzmann 方法對(duì)氣液界面?zhèn)髻|(zhì)過程的模擬 329
9.1　格子-Boltzmann 方法簡(jiǎn)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(jì)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(jì)算與實(shí)際對(duì)象的關(guān)系 338
9.1.10 格子-Boltzmann方法的應(yīng)用 339
9.2　溶質(zhì)從界面向主體擴(kuò)散的格子-Boltzmann 模擬 339
9.2.1 數(shù)學(xué)模型 340
9.2.2 界面上單個(gè)溶質(zhì)高濃度點(diǎn)的擴(kuò)散過程 340
9.2.3 系統(tǒng)物性對(duì)界面溶質(zhì)擴(kuò)散的影響 343
9.2.4 界面上均布的多個(gè)溶質(zhì)高濃度點(diǎn)的擴(kuò)散過程 346
9.2.5 界面上非均布的多個(gè)溶質(zhì)高濃度點(diǎn)的擴(kuò)散過程 348
9.2.6 界面上隨機(jī)的溶質(zhì)高濃度點(diǎn)的擴(kuò)散過程 350
符號(hào)說明 362
參考文獻(xiàn) 363
附錄 365
附錄Ⅰ　計(jì)算流體力學(xué)基礎(chǔ) 365
附錄Ⅱ　計(jì)算傳熱學(xué)基礎(chǔ) 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(yàn)關(guān)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(guān)聯(lián)式 419
附錄Ⅵ　平衡分布函數(shù)離散方程的推導(dǎo) 421
附錄Ⅶ　格子-Boltzmann 模型導(dǎo)出Navier-Stokes 方程 425