化工專業的《傳遞過程原理》到底在講什麼？

1樓：Vito

從化學工程學科分支看傳遞的作用和地位。

1. 單元操作（化工原理）：從不同工藝尋求相同操作。

研究物件：裝置尺度，平均量表徵效能；

基本方法：巨集觀衡算，代數方程或少數常微分方程。

2. 反應工程：各類工業反應遵循共同原理。

研究物件：裝置尺度（反應器）；

研究方法：模型法，一維常微分方程為主。

3. 傳遞原理：不同單元操作，不同反應，共同的傳遞原理。

研究物件：微元尺度；

研究方法：基於守恆原理建立的偏微分衡算方程，解析求解。

相比，傳遞學科最大的不同就是引進了場的概念，由常量轉為變數，平均值轉為點值，分布值。並且基於最本質的三大守恆原理建立偏微分恆算方程，將動量、熱量、質量三種傳遞在類似的基礎上統一起來（本學科的基礎）。

其先進性可見一斑，是最反映問題本質的定量分析手段。而且分子、微團、裝置三種不同尺度上的傳遞從屬於傳遞現象這一整體。

但是學生並沒有意識甚至忽視其作用，一是因為它是化學工程課程分支中最數學物理的學科，二是其應用的侷限性，由於解析方法只能限於簡單幾何。因而長期以來，「傳遞」學科備受責難，尤其在國內。

當今流體力學，數值方法，計算機技術三者結合催生計算流體力學亦已半個多世紀，從90年代起，快速滲入化學工程。數值模擬方法在「傳遞原理」和「單元操作」、「反應工程」之間架起了一座橋梁（幾何及現象複雜程度的協調），為長期困擾的難題提供了新的解決方法。

「傳遞現象」的歷史地位應俟重新評價。

2樓：根鳥

今晚（2019.1.3）剛考完傳遞II，趁東西還熱乎來答一發。

《傳遞過程原理》，顧名思義，講的就是傳遞過程的原理了。流動，傳熱，擴散，三種過程常常被和在一起稱為三傳，是因為這三種過程都可以看做傳遞過程。這門課就是講這三種過程的原理，也就是為什麼可以被稱為傳遞過程，以及部分經典問題的求解方法和這些經典解。

三種過程常常被合在一起是因為，它們都可以用這個通式來概括：

如果流體不可壓縮，廣義擴散係數是常數，方程會退化：

第一項表示隨時間的變化，第二項表示因為流體流入流出流體微元導致的變化，第三項表示因分布不均，擴散導致的變化，第四項表示其他作用（化學反應、力場）。

方程的意義可以理解為，流場中某個量（速度、溫度、濃度）的變化，由流體流動、量的擴散、外界作用共同決定。影響的結果剛好是三種作用的疊加。

使用化工中常用的全導數表示左側，就可以得到我們非常熟悉的拉格朗日形式：

方程的意義可以理解為，當觀察的流體微元隨流體移動時，量的變化由量的擴散和外界作用決定。

當取速度分量時，有和，代入得到牛頓型不可壓縮流體的運動方程：

當取溫度時，有和，代入得到傳熱微分方程：

當取組分濃度時，有和，代入得到傳質微分方程：

以上這三組方程，以及代入時得到的連續性方程，就是「傳遞過程的原理」，「三傳的類似性」，「為什麼稱之為三傳」。

從這些方程出發，可以得到一系列化工過程的經典解。雖然理論上有了方程可以解出所有牛頓型不可壓縮流體流場的速度、溫度、濃度分布，但是因為項的強非線性（本質是速度分布非線性），絕大部分流場沒有解析解，大部分流場現在還解不出精確數值解，只有極少非常特殊的簡單流場可以解出精確解或滿足工程需求的近似解。

非常幸運的是，化工中相當多過程是滿足要求的簡單過程。比如圓管、圓管邊界層、平板、平板邊界層、分子擴散、固體熱傳導、液膜傳熱。因此這門課會利用上述四組微分方程求解這些經典而常用的流場。

有幸經歷了天津大學2023年1月和2023年1月的傳遞考試，主要考了三種題：

1、給定流場，列出微分方程，化簡並求解。

2、仿照邊界層積分方程的經典解法，換一種假設形式求近似解。

3、將物性和位置代入經典解，求速度、溫度、阻力係數等值。