Тепло и массоперенос термодинамика потока кратко
Обновлено: 04.07.2024
обменных аппаратов компрессорных установок . Учебное пособие .- Л .: ЛПИ , 1982.- 72 с .
28. Галин Н . М ., Кириллов Л . А . Тепломассообмен ( в ядерной эн ергетике ). - М :
29. К утепов А . М ., Ст ерман Л . С ., Стюши н Н . Г . Ги дродинамика и теплообмен п ри
30. Исаченко В . П . Теплообмен при конденсации .- М .: Энергия , 1977. - 239 с .
31. Лыков А . В . Теория теплоп роводности .- М .: Выс шая школа , 1967. - 600 с .
32. Крейт Ф ., Блэк У . Основы теплопередачи . - М .: Мир , 1983.-512 с .
33. Присняков В . Ф . Кипение .- Киев : Наукова думка , 1988 .- 238 с .
34. Лабунцов Д . А ., Ягов В . В . Механи ка двухфазных систем .- М .: Изд . МЭИ , 2007.-
35. Коровин Н . В . Топливные элементы и электрохимические установки .- М .: Изд . МЭИ ,
36. Морачевский А . Г ., Сладков И . Б , Термодинамические расчеты в металлургии .-
Учебные: Дать представление об основных закономерностях переноса массы одного вещества в массу другого вещества и применимости теории подобия к совместному описанию процессов тепло- и массообмена.
Воспитательные: Воспитывать стремление к углубленному изучению предмета; прививать убежденность в практической значимости получаемых в лекционном курсе знаний.
Развивающие:Развивать способность творчески воспринимать и конспектировать предоставляемый материал; развивать навыки самостоятельной аналитической работы, умение выделять главное, проводить сопоставление и обобщение.
Метод проведения: лекция
Время занятия: 160 минут
Место проведения: аудитория
Материальное обеспечение: раздаточный материал с представлением основных соотношений и графиков
ЛИТЕРАТУРА:
1. Теплотехника: Учебник для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; под ред. А.П. Баскакова. 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1991. 224 с.
2. Техническая термодинамика: Учебное пособие / В.Н.Королёв, Е.М.Толмачёв. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 180 с.
ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Введение. Основные сведения о тепло- и массопереносе.
2. Основные виды связи влаги с материалом.
3. Основные законы переноса теплоты и массы вещества.
4. Критерии подобия тепло- и массопереноса.
5. Коэффициенты переноса теплоты и вещества.
Введение. Основные сведения о тепло- и массопереносе.
Многие процессы теплообмена, протекающие в природе и технике, сопровождаются переносом массы одного вещества в массу другого вещества. Эти процессы имеют большое практическое значение при технологических обработках продуктов во многих областях техники.
Большинство материалов, применяемых в сельском хозяйстве и в промышленности, являются коллоидными капиллярно-пористыми телами, которые в технологических процессах подвергаются увлажнению, нагреванию и охлаждению. Наблюдается не только перемещение теплоты внутри обрабатываемого материала (теплоперенос), но и одновременно перемещение вещества одного компонента в другом (массоперенос) или диффузия.
Поэтому при расчетах процессов необходимо учитывать законы переноса теплоты и вещества, а оценка скорости переноса теплоты в материале должна сопровождаться одновременным изучением скорости перемещения вещества.
Диффузией называют процесс проникновения молекул вещества одной фазы в межмолекулярное пространство вещества другой фазы.
Когда наблюдается четкая граница раздела между фазами, что имеет место при их неподвижном состоянии или ламинарном режиме движения, вещество из одной фазы в другую переносится так называемой молекулярной диффузией. Причиной возникновения молекулярной диффузии является тепловое движение молекул.
В турбулентном режиме движения на границе фаз перенос вещества осуществляется не только вследствие молекулярной диффузии, но и вследствие интенсивного перемешивания отдельных фаз. Такую диффузию называют конвективной, или молярной.
Переход вещества из одной фазы в другую путем молекулярной и конвективной диффузий называют массообменом. Массообмен протекает вплоть до установления подвижного фазового равновесия, при котором из одной фазы в другую переходит столько же молекул, сколько из второй в первую.
Если смесь веществ по всем направлениям имеет различную концентрацию, то каждый компонент движется в направлении меньшей концентрации, в результате чего концентрация смеси выравнивается. Такую диффузию называют концентрационной.
При изотермических условиях интенсивность концентрационной диффузии характеризуется плотностью потока массы вещества, которая определяется по закону Фика: плотность диффузионного потока вещества (количество вещества, диффундирующего в единицу времени через единицу площади изоконцентрационной поверхности) прямо пропорциональна градиенту концентраций.
Если в процессе переноса массы одного компонента в другом имеют место все виды диффузии, то плотность диффузионного потока, или плотность потока массы, определяют по уравнению
где Gкд = - — плотность потока массы, учитывающая концентрационную диффузию;
Gтд = - — плотность потока массы, учитывающая термическую диффузию;
r — плотность смеси, кг/м 3 ;
Т — местная температура смеси, К;
кт — термодиффузионное отношение: кт = ,где — коэффициент термодиффузии;
Gбд —плотность потока массы, учитывающая бародиффузию:
∂p/∂n — градиент полного давления; р — местное полное давление смеси (сумма местных парциальных давлений); — молекулярные массы компонентов:
r1, r2 — плотности компонентов; r - плотность смеси.
Бародиффузия возникает только при значительных перепадах давлений и в большинстве процессов тепломассообмена не учитывается.
В движущейся среде вещество переносится не только путем молекулярной диффузии, но и конвекцией. При перемещении какого-либо объёма смеси плотностью r со скоростью ω происходит перенос массы смеси:
Суммарная плотность потока вещества вследствие молекулярного и конвективного переносов определяется из выражения
Суммарнаяплотность потока массы и ее составляющие являются векторными величинами, поэтому важно знать не только абсолютное значение этих величин, но и направления потоков.
Основные виды связи влаги с материалом. При рассмотрении законов перемещения теплоты и влаги во влажных материалах необходимо учитывать формы связи влаги с твердым скелетом тела, так как с изменением характера этой связи меняются физические свойства вещества и энергия связи влаги с материалом, а это важно при выборе метода удаления влаги из материала.
В настоящее время принята классификация формы связи влаги в каллоидныхкапиллярнопористых телах, предложенная П.А. Ребиндером. По этой классификации приняты следующие влаги формы связи влаги: химическая, физико-химическая и физико-механическая.
Химически связанная влага наиболее прочно удерживается в веществе и может быть удалена из него путем интенсивного теплового воздействия (прокаливания), которое приводит к изменению структуры материала.
Физико-химическая связь влаги с материалом включает следующие формы: адсорбционную связь и осмотическую связь.
Абсорбционно связанная влага представляет собой жидкость, которая удерживается на поверхности частиц коллоидного тела. Поглощение адсорбционно связанной жидкости сопровождается выделением теплоты. Удаление прочно связанной с телом адсорбционной влаги связано с соответствующей затратой энергии. При удалении адсорбционно связанной влаги она сначала испаряется в материале, а затем перемещается в виде пара к его поверхности.
Осмотически связанная влага (влага набухания) находится в замкнутых ячейках структуры тела. Этой влаге соответствует весьма малая энергия связи. Осмотически поглощенная влага может диффундировать внутри тела в виде жидкости через стенки клеток благодаря разности концентраций внутри и вне клеток.
Влага, имеющая физико-механическую связь, удерживается в капиллярах. Капиллярная влага в зависимости от режима нагревания может перемещаться в теле как в виде жидкости, так и в виде пара.
Используя основные термодинамические соотношения, можно показать, что для расчета энергии связи влаги с материалом в качестве единственного критерия для классификации форм связи с материалом служит величина свободной энергии изотермического обезвоживания. Вследствие связывания воды с материалом, понижается давление пара воды над его поверхностью, что приводит к уменьшению свободной энергии системы.
Уменьшение свободной энергии DF при постоянной температуре Т (или энергию связи), выраженное работой L, которую необходимо затратить для отрыва 1 кмольводы от материала, можно определить по формуле
-DF = L = RT ln (рн /рп) = - RT ln j,
где R — универсальная газовая постоянная; рн— давление насыщенного пара свободной воды; рп— парциальное давление пара воды над материалом.
Чем прочнее связана вода с материалом, тем меньше величина рп и, наоборот, для свободной воды рпдостигает значения рн, j становится равным единице, а энергия связи L = 0. В зависимости от преобладающей формы связи влаги с материалом, все влажные материалы можно разделить на три группы. Если жидкость, содержащаяся в теле, в основном связана капиллярными силами, то тело называется капиллярнопористым (влажный кварцевый песок, древесный уголь, некоторые строительные материалы). Если в теле преобладает осмотическая форма связи жидкости, то тело называется коллоидным (желатин, прессованное тесто и др.). Если тело содержит осмотически связанную и капиллярную жидкость, то оно называется коллоидным капиллярнопористым телом (торф, глина, древесина, ткани, зерно, кожа и др.).
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ,
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ
СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ
Читайте также: