[科普中国]-摩尔通量

组分i的摩尔通量为一矢量，它表示单位时间内通过单位面积的组分i的摩尔数。1

摩尔通量含义组分i的摩尔通量为一矢量，它表示单位时间内通过单位面积的组分i的摩尔数。混合物中组分的摩尔通量的单位为kmol/（m2·s），其同样因参考坐标的不同而有不同的表示方法。

相对于静止坐标，以绝对速度表示时，i组分的摩尔通量为Ni=ciui；

相对于质量平均速度，以相对速度或扩散速度表示的摩尔通量为Ji=ci（ui-u）；

相对于摩尔平均速度，以相对速度或扩散速度表示的摩尔通量为Ji=ci（ui-uM）。

混合物的总摩尔通量为N=∑ciuM=cuM。uM为平均摩尔运动速度，ci为组分i的物质的量浓度。2

传质过程的摩尔通量传质通常是指扩散起主要作用的传递过程。扩散是原子或分子通过热运动而自发进行的混合，主要涉及到某种物质而不是混合物的运动。如果没有别的梯度（如温度、电压或重力差），均相中某一物种的分子总是从高浓度区向低浓度区扩散。这种梯度沿着浓度梯度方向产生了，以A组分为例，摩尔通量记为WA[摩尔数/（面积·时间）]。A的摩尔通量WA与固定的坐标有关（如实验台），而且是一个具有单位[mol/（m2·s）]的向量，在直角坐标系中有：

A的摩尔通量WA分两部分：1.由浓度梯度产生的分子扩散，JA；2.由主体流动产生的主体通量，BA：

A的主体通量等于所有分子的主体通量乘以A的摩尔分率yA，即BA=yAΣWi。

BA的量也可以用A的浓度和摩尔平均流速V的乘积来表示：

其中，摩尔平均流速为：

Vi是物种i的质点速度，yi是其摩尔分率。质点速度是上百万个A分子在某一点上的矢量平均速率。对反应物A和B的二元混合体系来说，分别把VA和VB作为反应物A和B的质点速度。对于一个固定坐标系中（如实验台），A的通量WA是由A的浓度和其质点速度决定的

二元体系的分子平均速度为：

A的摩尔通量WA可以用A的浓度表示：

也可用A的摩尔分率表示：3

二元扩散中摩尔通量的计算等摩尔逆流扩散（EMCD）在等摩尔逆流扩散中，在给定方向上有1molA扩散，就有1molB朝反方向扩散。例如，A在稳态时从气流主体扩散到催化剂表面，在表面进行异构化生成B，然后B扩散回到主体，1mol的A扩散到表面，就有1mol的异构体B从表面扩散回主体，A和B的流量相等，方向相反，数学上表示为：

代入上一节中的计算公式中有，WA=JA。

稀浓度当扩散方向上的溶质和主体流动的摩尔分率较小时，上一节中右边计算公式第二项即yA（WA+WB）相对于第一项JA可忽略不计。这样，在总浓度恒定时，A的通量可用下式表示，即：

通过气相层流区的扩散当系统中存在两相时，会发生溶质A通过层流区气相B的扩散，这种扩散存在于蒸发和气体吸附这两个典型的过程中。如果气体B是静止的，那么在一个固定的坐标系中其净通量为零，即：

因为JA=cDAB▽yA，所以可得摩尔通量为：

强制对流在一个A的强制对流流动体系中，假设沿着流动方向（如z轴方向）A的通量为JAz，与这个方向的主体流动的通量BAz（Vz≡U）相比，JAz很小，即JAz≈0。

其中Ac是横截面面积，v是体积流量。虽然在流动方向上A的扩散通量JAz：可以忽略不计，但在垂直于流动方向的x轴方向上A的流量JAx不能忽略。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所