389 气体质扩散系数

389 气体质扩散系数

背景

气体质扩散系数也称分子扩散系数，是表征一种气体在另一种气体（或气体混合物）中通过分子运动扩散快慢的参数，在气体混合物（如湿空气等）传质、冷凝或蒸发传热中均有广泛应用，通常用符号D_AB表示（A、B表示气体混合物的组分，如湿空气中的水蒸气和干空气），单位为m²/s。

气体质扩散系数估算式

气体质扩散系数可用下式估算：

D_AB=0.055T^1.5(1/m_A+1/m_B)^0.5/(p(v_A^0.333+v_B^0.333)²)

式中，D_AB为气体组分A与气体组分B之间的质扩散系数，m²/s；T为气体混合物温度，K；m_A、m_B为气体组合A和气体组分B的摩尔分子质量，g/mol；p为气体混合物的压力，Pa；v_A、v_B为气体组分A和气体组分B在标准沸点下饱和液的摩尔体积，cm³/mol。

部分气体的摩尔分子质量和标准沸点下饱和液摩尔体积如下:

氢气，H₂，摩尔质量2g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积14.3cm³/mol。

氮气，N₂，摩尔质量28g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积31.1cm³/mol。

氧气，O₂，摩尔质量32g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积25.6cm³/mol。

空气，摩尔质量29g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积29.9cm³/mol。

二氧化碳，CO₂，摩尔质量44g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积34.0cm³/mol。

二氧化硫，SO₂，摩尔质量64g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积44.8cm³/mol。

氨气，NH₃，摩尔质量17g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积25.8cm³/mol。

水蒸气，H₂O，摩尔质量18g/mol，标准沸点饱和液摩尔体积18.9cm³/mol。

估算示例

以标准大气压（101325Pa）下0℃（273K）时水蒸气在空气中的质扩散系数估算为例。

D_AB=0.055T^1.5(1/m_A+1/m_B)^0.5/(p(v_A^0.333+v_B^0.333)²)

=0.055*273^1.5(1/18+1/29)^0.5/(101325*(18.9^0.333+29.9^0.333)²)

=248.09*0.3001/(101325*33.19)

=0.221*10^-4m²/s

部分气体在空气中的质扩散系数

标准大气压（101325Pa）下，0℃（273K）时，部分气体在空气中的质扩散系数如下。

水蒸气-空气，0.22*10^-4m²/s

氢气-空气，0.511*10^-4m²/s

氮气-空气，0.132*10^-4m²/s

氧气-空气，0.178*10^-4m²/s

二氧化碳-空气，0.138*10^-4m²/s

二氧化硫-空气，0.103*10^-4m²/s

氨气-空气，0.20*10^-4m²/s

氯化氢气体-空气，0.13*10^-4m²/s