2. Массоотдача.

Основной закон массопередачи утверждает, что количество вещества, перенесённого от поверхности раздела фаз в воспринимающую среду, пропорционально разности концентрации у поверхности раздела фаз и в ядре потока, воспринимающей фазы, поверхности фазового контакта и времени.

(6.5)

где dm – количество, перенесённого вещества, кг;

β – коэффициент массопередачи, характеризующий перенос вещества конвективными и диффузионными потоками одновременно, м²/с. Определяется по таблицам [ ].

, – концентрация вещества воспринимающей фазы у поверхности раздела и в ядре потока соответственно, кг/м³ (или кг∙моль/м³)

Для установившегося процесса

(6.6)

а при F=const

м²/с. (6.7)

3.Массопроводность

Под массопроводностью понимают процесс перемещения вещества в твёрдой фазе.

Массопроводимость определяет скорость массообмена со средой. Она влияет на физико-технические свойства самих материалов, имеющих капиллярно-пористую структуру (кирпич, керамзит, пенобетон), массообмен которых с окружающей средой определяется не только массоотдачей с поверхности материала в окружающую среду, но и подводом влаги из внутренних слоёв материала к поверхности раздела фаз.

Иногда вместо массопроводности используют понятие «стеснённая диффузия», которая определяется по формуле Кади

где D_ст - коэффициент стеснённой диффузии;

а – коэффициент пропорциональности;

r – размер диффундирующих частиц;

R – размер пор твёрдого тела.

Следовательно, закон переноса вещества в твёрдом теле можно сформулировать так: количество вещества, переместившегося в твёрдой фазе вследствие массопроводности, пропорционально градиенту концентрации, площади

(6.9)

или для установившегося процесса при F=const

, (6.10)

где К – коэффициент массопроводности, имеющий размерность коэффициента диффузии, т.е. м²/с. Определяется по таблицам [ ].

В безразмерном виде уравнение массопроводимости для одномерного случая может быть представлено в виде

, (6.11)

где - параметрический критерий, представляющий собой концентрацию распределения вещества в твёрдой фазе.

с_р – концентрация газа окружающей среды;

с – концентрация в точке с координатой х в момент времени t;

с_n – начальная концентрация вещества в твердой фазе;

– определяющий размер тела;

- диффузионный критерий Био;

- диффузионный критерий Фурье.

Исследования, проведённые А.В. Лыковым, П.Д. Лебедевым [ ], показали, что

(6.12)

где a_m – коэффициент влагоотдачи, с/м;

- коэффициент влагосодержания;

- разность температуры;

- разность давления.

- плотность.

Влагоотдача от поверхности материала в окружающую среду при разности давления может быть определена уравнением

(6.13)

где р_ПМ – парциональное давление водяных паров над поверхностью материала;

р_в – парциональное давление водяных паров в окружающей среде.

Значение коэффициента влагоотдачи определяется по экспериментальной формуле

(6.14)

где – скорость движения теплоносителя, м/с.

6.4 Основные диффузионные критерии подобия тепло- и массообмена.

Строгое аналитическое решение дифференциальных уравнений (6.2) и (6.5) для коллоидных капиллярнопористых тел не всегда возможно. Однако наличие этих уравнений совместно с условиями однозначности позволяет воспользоваться теорией подобия для получения критериев подобия.

Такими диффузионными критериями являются [ ]

Тепловой и диффузионный критерий Фурье

,

характеризующий гомохронность полей переноса тепла и массы вещества.(здесь – характерный линейный размер, м)

Критерий Лыкова

,

характеризующий инерционность поля влажности по сравнению с инерционностью температурного поля.

Критерий Поснова

,

равный относительному перепаду удельного влагосодержания, вызванного перепадом температуры в стационарном состоянии. Он характеризует отношение потока тепла, подводимого к поверхности тела к потоку тепла, отводимого внутрь тела.

Критерий Кирпичева

.

Критерий Кирпичева характеризует соотношение между интенсивностями внешнего и внутреннего переноса массы.

Тепловой и диффузионный (для переноса вещества) критерий Прандтля

как мера отношения вязкостных и диффузионных свойств потока носителя.

Диффузионный критерий Нуссельта

,

где - коэффициент массоотдачи, отнесенный к разности концентраций диффундирующего вещества, м/с или [кмоль/(м²∙с)/кмоль/м³].

Этот коэффициент является аналогом коэффициента теплоотдачи.

Диффузионный критерий Nu характеризует соотношение между интенсивностью конвективного массообмена и диффузией в пограничном слое.

Критерий Гухмана

,

где t_С и t_М – температура парогазовой смеси по сухому и мокрому термометру.

Термодинамический критерий испарения Гухмана характеризует влияние массопереноса на теплообмен.

Диффузионный критерий Пекле (мера отношения интенсивностей конвективного и диффузионного переноса в основном потоке-носителе)

где – скорость потока-носителя, м/с.

При экспериментальном изучении чистого теплообмена искомой величиной является, как правило, коэффициент теплоотдачи a, а критерий N_u будет определяемым, критерии F₀, R_e, P_r, G_r, G_u – определяющими. Зависимость между критериями подобия определится соотношением

.

определяемым экспериментально применительно к конкретной задачею

Результаты обработки экспериментальных данных по массообмену обычно представляются в виде критериального уравнения

.

В применении к отдельным задачам критериальные уравнения могут быть упрощены. Например, при стационарном процессе выпадают критерии и ; при вынужденном турбулентном движении можно пренебречь влиянием свободного движения, вследствие чего выпадают критерии и .