
- •Тема1. Теплообмінники.
- •Тема 2: масообмін Поняття масообміну, чим він викликається, аналогія до інших процесів переносу. Фазові стани в яких може відбуватись масообмін.
- •Аналогія між тепломасообміном
- •Дифузійний масообмін
- •Граничні умови
- •Аналогія з теплообміну
- •Дифузія газу у твердих тілах
- •Стаціонарний масообмін через плоску стіну
- •Конвективний масообмін
- •Критеріальні числа конвективного масообміну
- •Масоконвективні співвідношення
- •Теплові труби
- •Розрахунок теплової труби
- •Різниця тисків на викр. Поверхні
- •Залежність поверхневого натягу від температури
- •Ламінарна течія. Рівняння Пуазейля
- •Аксіальне число Re
- •Рівняння Нав’є Стокса
- •Перепад тиску в парофій фазі
Дифузія газу у твердих тілах
Процес
досить ускладнений, може бути незалежною
від структури твердого тіла або може
дуже чітко залежати від його пористості.
Розчинність видно у титані дуже схоже
на розчинність
у воді і також є оборотньо.
Наприклад
розчинність кисню у
процес
необоротний концентрації газової
компоненти у твердій речовині на
поверхні, пропорційна парціальному
тиску цієї компоненти в газі.
Розмірність
тиску бар і кмоль компонента
на
;
Добуток розчинності газу і коефіцієнту дифузії газу у твердій речовині називається «проникливість»
Стаціонарний масообмін через плоску стіну
Стаціонарна задача дифузійного масообміну компонента А є аналогічною до стаціонарної теплопровідності через плоску стінку без внутрішніх джерел теплоти. Внутрішні джерела були б аналогічними хімічними реакціями з генерацією компонента А.
Багато співвідношень з теплопровідності можуть використовуватись в масообміні шляхом заміни відповідних величин.
Теплопровідність |
Диф.масообмін |
Т |
|
|
|
q |
|
a |
|
Розглянемо тверду плоску стінку, площиною F, товщиною l, і з густиною .
Дана
задача є І стаціонарною (
.
Через стаціонарні задачі можна записати
закон збереження маси для компонента
А.
-
дифузійний опір;
;
;
;
Попередній аналіз може бути приведений для мольних величин.
Випадок циліндричної стінки
Дифузія газу через тверду поверхню
Конвективний масообмін
Дифузійний масообмін – масо передача під дією градієнта концентрації. Конвективний масообмін – масо передача під сукупною дією масо дифузії і об’ємною течією рідини. Рідинний потік значно підвищує теплопередачу і за аналогією масо передачу.
У граничному випадку за відсутності об’ємного руху рідини масова конвекція вироджується у масову дифузію, так само, як теплова конвекція вироджується у теплопровідність.
Аналогія між теплообміном і масообміном поширюється на:
Поняття вимушеної і вільної конвекції;
Ламінарний і турбулентний потік;
Зовнішнє обтікання і внутрішня течія. Конвективний масообмін ускладнюється рядом параметрів обємної течії:
Геометрія поверхні;
Швидкість течії;
Режим течії;
Зміна властивостей течії;
Склад рідини;
Масова конвекція розглядається переважно на масовій концентрації, а не на молярній;
Рідини, які можна віднести до бінарних сумішей.
Розглянемо течію повітря вздовж вільної поверхні води.
Якщо повітря не є вологим( насиченим) тоді концентрація водяної пари буде варіюватися від максимального біля поверхні води (повітря завжди насичене) до вільної водяної пари на відстань від поверхні.
За аналогією з температурним граничним шаром (область де існує градієнт температури) ми можемо визначити область течії, де існує градієнт концентрації - концентраційний граничний шар.
Для
зовнішнього обтікання товщина КГШ(
)
визначається як відстань від поверхні,
на якій справедливе співвідношення:
– густина
( масової концентрації) на поверхні;
-
на відстані від поверхні;
– поточна густина;
Для внутрішнього обтікання:
КГШ, у якому профіль концентрації буде супроводжуватись гідродинамічним і температурним граничним шаром.
Дистанція від входу труби до кінця концентраційної стабілізації позначається:
-
ділянка концентраційної стабілізації.
Для розвинутої області виконується інше співвідношення:
-
об’ємна
густина компонента А.
Т.ч. профіль безрозмірної різниці концентрацій так само, як і коефіцієнт масовіддачі залишається постійним в розвинутій області.
Відбувається
аналогія між коефіцієнтом тепловіддачі
.
У тепловій конвекції використовується безрозмірне число Pr, яке визначається за формулою:
За аналогією в масообміні вводиться число Шмідта Sc:
Pr – відношення кількості руху (імпульсу) до теплової дифузії у швидкості і термічному шарі; гідродинамічному граничному шарі.
Sc – відношення молекулярної кількості руху (імпульсу) і масової дифузії в ГДШ і КГШ.