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(T_s-T₀)与m=h_mA(C_s-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h_m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, C_p, k, ν, d, T_s, T₀, C_s, 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≡Re^m·Prⁿ和Sh≡Re^m·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·C_A ^m·C_B 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·Re^m·Prⁿ和Sh≡c·Re^m·Scⁿ。进一步的实验表明两个关系式可表示为Nu≡a₁+b₁·Re^m·Prⁿ和Sh≡a₂+b₂·Re^m·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·Re^m·Prⁿ和Sh≡2+b₂·Re^m·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/k_f和Sh=2·D/D_f 。1952年，Ranz和Marshall通过实验数据和计算得出Nu≡2+0.6·Re^1/2·Pr^1/3和Sh≡2+0.6·Re^1/2·Sc^1/3。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。