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Heat and Mass Transfer to and away from a Single Droplet/Particle
该报告首先提出了液滴/颗粒的特点及应用,当液滴/颗粒由大变小时,其体表面积将会变得非常大,同时也会体现出特殊的传热传质现象,使得其在喷雾、搅拌(乳化剂)、细胞灭菌中有很好的应用。接着陈教授从基本概念出发,说明了颗粒在热流/质流中的传热传质方程:q=hA(Ts-T0)与m=hmA(Cs-C0),及边界层、界面概念,并提出传热过程中经典理论所说的三种方式:导热、对流及辐射中,对流的本质其实也是界面间的导热。进一步推导传热传质方程可知,h和hm最终转化为热/质扩散率与边界层厚度之比,但其影响因素繁多,包括了ρ, μ, Cp, k, ν, d, Ts, T0, Cs, C0等等。因此科学家提出的无量纲概念,来寻找各种因素之间的关系,因此就有了Nu≡Rem·Prn和Sh≡Rem·Scn的关系式。陈教授还提出了对比反应速率的方法来记这两个式子。我们都知道一个方程mA+nB=AB的反应速率r=c·CA m·CB n,同理,将Re与Pr/Re与Sc是两个相互作用的元素,那么,其对应的关系式也就可推测是Nu≡c·Rem·Prn和Sh≡c·Rem·Scn。进一步的实验表明两个关系式可表示为Nu≡a1+b1·Rem·Prn和Sh≡a2+b2·Rem·Scn。有了式子,要应用到实际中最重要的是确定参数a、b。在假设无重力影响条件下,Re=0,则Nu =a1,Sh=a2,并可得出Nu = Sh=2,因此,式子简化为Nu≡2+b1·Rem·Prn和Sh≡2+b2·Rem·Scn。而实际上,这是经过了非常简化所得的,实际中传热传质存在梯度问题,因此陈教授自己推导出,a不是2而应乘上一个系数,即Nu=2·k/kf和Sh=2·D/Df 。1952年,Ranz和Marshall通过实验数据和计算得出Nu≡2+0.6·Re1/2·Pr1/3和Sh≡2+0.6·Re1/2·Sc1/3。而陈教授在2002年前后所做的实验结果表明,其参数与他们所得的2和0.6有所出入,陈教授得出的参数是1.6和0.51。虽然与权威数据不一样,但陈教授进一步的实验数据和两者的对比,说明了差异存在的合理性,指出这是由于实验条件中蒸发速度不一样所导致,陈教授实验条件中蒸发速度要快得多,这也就导致了界面水分子在竖直方向上有一个向上的力,因此边界层厚度相对会大一些。
我现在所做的课题是纳米技术方向,因此,我对颗粒的传热传质很感兴趣。听了讲座之后,发现,虽然发现这些理论很难应用到我所做的体系中,但还是收获颇多。首先一个是三传一反、无量纲等工程概念的进一步认识,这些理论应用范围广泛,是作为一个化工出身的研究生所应该熟知的,即使纳米微观世界中也有传热传质。其次是在科研中,时不时会得到与文献或权威不一样的结果,在这个时候我们需要有严谨和求实的科学态度,也许在深入的研究中就会有新的发现。
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GMT+8, 2024-11-1 07:38
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