Тепломассообмен (физико-математические основы): Учебное пособие, страница 16

Примерно  так  же,  как  скорость,  меняется  по  сечению  потока  и  его  температура.  Но  резкое  её  изменение  происходит  в  области  так  а)                                                       б)                         

                     w_max            t_max                           w_max                    t_max

w =  0            t = t_ст                      w = 0                  t = t_ст

Рисунок 7. -  Схемы  полей  скорости  и  температуры  при  ламинарном  а)  и   турбулентном  б)  режимах  движения.

называемого  теплового  пограничного слоя,  толщина  которого,  в  зависимости  от  условий,  может  быть  равна,  больше  или  меньше  толщины   гидродинамического  слоя.  В  пределах  этого  слоя  перенос  тепла  происходит  теплопроводностью.  И  именно  в  пределах    этого  слоя  определяется  интенсивность  всего  конвективного  теплопереноса,  как  в  самом  «узком»  месте  процесса.  Именно  здесь  поперечная  составляющая  скорости  потока   затухает  до  нуля, тогда  как  в  ядре  потока  она  максимальна  и  обеспечивает  теплоперенос  за  счёт  перемещения  макрообъемов.

Толщины  гидродинамического  и  теплового  пограничных  слоёв  уменьшаются  с  ростом  числа  Рейнольдса,  и  это  приводит  к  интенсификации теплообмена. Таким образом, интенсивность  конвективного  теплообмена  зависит  от   большого  числа  термических,  физических  и  геометрических  факторов.

Как  и  при  теплопроводности,  перенос  энергии  конвекцией  происходит  сравнительно  медленно,  поэтому  необходимо  различать  стационарный и нестационарный режимы. Во  втором  случае  наклады-   ваются  дополнительные  сложности  в  связи  с  нестационарностью  гидродинамики  потока.

1.5.  Массоперенос

Процессы  массопереноса  весьма  разнообразны  как  по  результатам,  так  и  по  механизмам,  поэтому  с  ними  приходится  сталкиваться  в  самых  разных  технологических  процессах.  Виды  массообмена -   абсорбция,  адсорбция,  сублимация,  десублимация,  испарение, конден-  сация,  плавление,  растворение,  кристаллизация,  химические  реакции -  происходят  благодаря  молекулярной  или  конвективной  диффузии.

Перенос  вещества  внутри  фазы  может  происходить  как  первым,  так  и  вторым  путём.  Согласно  первому  закону  Фика  плотность потока  массы  при  концентрационной  молекулярной  диффузии                          

m =  - D _м (dC / dn) = - D_м g (dC_м / dn), а  при  конвективной  диффузии  

m = - D_м (dC/ dn) +  C.

Здесь   D_м  – коэффициент  молекулярной  диффузии, м²/с; 

             C, C_м  -  объёмная (кг/м³)  и  массовая (кг/кг)  концентрация  диф –

                           фундирующего  компонента;                                                      

-  плотность  смеси; 

 -  средняя  скорость  движения  среды;

n  -  нормаль  к  изоконцентрационной  поверхности .       

Коэффициент  молекулярной  диффузии  является  функцией  свойств  диффундирующего  вещества  и  среды,  в  которой  оно  распространяется,   а  также  температуры  и  давления.  Определяют  его  опытным  путем.   У    газов  он  обычно  увеличивается  с  ростом  температуры  и  падением    давления.

При  термо-  и  бародиффузии ,  соответственно,

m =  - D_т (g /Т)(dt/dn) ;         m =  -  D_р (g /P) (dP/dn).

По  аналогии  с  конвективным  теплообменом  плотность  потока  массы  можно  определять  по  формуле

m = b (C₂  -  C₁),   в  которой  С₁  и  С₂  -  концентрации  диффундирующего  вещества   на    двух  изоконцентрационных  поверхностях;            

b -  коэффициент  массоотдачи,  размерность  которого  зави –

сит  от  размерности  концентраций.