傳遞過程

對於物系的每一個具有強度性質的物理量（如速度、溫度、濃度）來說，都存在著相對平衡的狀態。當物系偏離平衡狀態時，就會發生某種物理量的這種轉移過程，使物系趨向平衡狀態，所傳遞的物理量可以是質量、能量、動量或電量等。例如物系內溫度不均勻，則熱量將由高溫區向低溫區傳遞。在化工生產中所處理的物料主要是流體，所涉及到的只是動量、熱量和質量。因此，在化工中傳遞過程常用作流體中的動量傳遞、熱量傳遞和質量傳遞三種傳遞過程的總稱。在化工設備中，因所發生的過程不同，三種傳遞過程可能分別單獨存在；也可能是其中任意兩種或三種過程同時存在。對這三種傳遞現象的物理化學原理和計算方法的研究，是單元操作和化學反應工程研究的基礎。所以，傳遞過程是化學工程的一個分支。

傳遞過程的研究通常按三種不同的尺度進行，即分子尺度、微團尺度和設備尺度。

1,分子尺度上的研究　考察分子運動引起的動量、熱量和質量的傳遞。以分子運動論的觀點，藉助統計方法，確立傳遞規律，如牛頓粘性定律(見粘性流體流動)，傅里葉定律（見熱傳導）和斐克定律(見分子擴散)。與分子運動有關的物質的宏觀傳遞特性表示為粘度、熱導率、分子擴散係數等。

2,微團尺度上的研究　考察流體微團（由眾多分子組成，尺寸遠小於運動空間，也稱流體質點）運動所造成的動量、熱量和質量的傳遞。常忽略流體由分子組成內部存在空隙這一事實，而將流體視為連續介質，從而使用連續函數的數學工具，從守恆原理出發，以微分方程的形式建立描述傳遞規律的連續性方程、運動方程、能量方程和對流擴散方程。當流體作湍流運動時，與流體微團運動有關的傳遞特性表示為渦流粘度、渦流熱擴散係數和渦流擴散係數，但這些傳遞特性與流動狀況、設備結構等有關，不是流體的物性。

3,設備尺度上的研究　考察流體在設備中的整體運動（如攪拌過程中，攪拌槳所造成的大尺度環流）所導致的動量、熱量和質量傳遞，以守恆原理為基礎，就一定範圍進行總體衡算，建立有關的代數方程。設備尺度上的傳遞特性表示為傳熱分係數和傳質分係數，以及有效（或當量）熱導率和有效擴散係數等。這些傳遞特性與流動條件直接有關，同樣也不是物系的物性。

化工中屬於流體動力過程的各種單元操作，如流體輸送、過濾、沉降等，都以動量傳遞為基礎；屬於傳熱過程的，如換熱、蒸發等，都以熱量傳遞為基礎；屬於傳質分離過程的，如吸收、蒸餾、萃取等，都以質量傳遞為基礎。化學反應工程要研究傳遞特性對化學反應的影響，也是以傳遞過程作為基礎的。從傳遞過程的研究，可以獲知化工設備的有關性能，這對於化工設備的設計、放大及其結構的改進和性能的優化等提供一定的理論依據。例如掌握熱量傳遞的規律，就能為換熱器的強化找到途徑。多年來，化學工程的迅速發展是與傳遞過程的研究進展分不開的。

三種傳遞過程的研究都已經有較長的發展歷史。其中動量傳遞的理論基礎是流體力學，歷史至少在300年以上；熱量傳遞的理論基礎是傳熱學，歷史有200年左右；質量傳遞的理論基礎是傳質學，也有100年以上歷史。然而，將三者結合在一起，組成傳遞過程學科，則是20世紀50年代的事，當時在世界上許多地區幾乎同時開始這一學科的研究。美國R.B.博德教授等的《傳遞現象》一書在1960年問世，對這一學科分支的建立有較大的影響。在此期間，蘇聯Β.Γ.列維奇著有《物理-化學流體動力學》一書。此書雖未運用傳遞現象這一名稱，但內容亦屬於同一領域。他們主張用統一的傳遞過程理論來研究這三種傳遞。理由是：①三種傳遞現象往往同時存在；②三種傳遞現象有類似的機理和類似的數學表達式，可相互類比，構成三傳類比，從一種傳遞的結果預測另一種傳遞的結果;③三種現象互有差別，予以並列考慮，對比研究，有利於深刻理解。

20多年來，對傳遞現象的研究深入發展，領域不斷擴大。隨著高分子化工和生物化學工程的發展，開展了高粘度、非牛頓型流體中傳遞過程的研究。從單相中的傳遞擴大到兩相流中的傳遞，特別是兩相界面及其附近區域中的傳遞。湍流狀態下的傳遞十分複雜，在以前的一段時間內，這一方面的研究曾經進展較慢，隨著湍流測試技術的改善，湍流理論取得了重要進展，湍流傳遞的研究正在深入。但是對於多相湍流和非牛頓型流體湍流下的傳遞過程，研究工作只能說是處於初始階段。