类比在化工原理传热和传质教学中的应用

常 海 王雅琼

(扬州大学 化学化工学院，江苏 扬州 225002)

化工原理课程内容按过程共性归类分为以动量传递、热量传递及质量传递为基础的单元操作，其中以热量传递为基础的主要是传热单元操作，以质量传递为基础的典型单元操作是吸收，两者都不可忽略的典型单元操作是凉水塔和干燥[1]。我们在教学中发现，学生对传热的掌握相而言要好一点，对吸收的掌握就困难一点，而对凉水塔和干燥这种典型的热质同时传递的单元操作的理解和掌握就更加困难。由于传热和传质有很多的共性，所以可以将类比法引入教学过程中[2]，利用相对容易理解的传热的规律来促进学生对较难理解的传质规律的掌握[3]，进而促进热质同时传递过程的理解和掌握，提高教学效果。

本文从以下几个方面来讨论这类类比关系。

1 传热和传质基本原理的类比

描述热量传递的基本规律是傅立叶定律(q=-λdt/dz)，描述质量传递的基本规律是费克定律(NA=-DABdcA/dz)，这两个定律的表达形式完全类似，只是定律中的参数含义不同。同时，传热速率和传质速率都可以表示为速率=推动力/阻力=系数×推动力的形式，只是推动力和阻力的表达形式不同。

2 Nusselt数和Sherwood数计算的类比

传热中对流给热系数(α)和吸收中的对流传质系数(k)的求取都是使用因次分析法。根据因次分析结果，以Nusselt数(Nu数即αl/λ)表示对流给热系数的大小，以Sherwood数(Sh数即kd/D)表示对流传质系数的大小。在一定的条件下，通过实验得到的Nusselt数和Sherwood数的计算式分别是[1]：Sh=0.023Re0.83Sc0.33和Nu=0.023Re0.8Pr0.3-0.4。……