Конвективный перенос. Загальні положення. Вільна конвенція в обмеженому просторі.
Мова йде про тонкий повітряний прошарок, що розміщений між двома близько розташованими площинами (рис.1.8). Складний процес в обмеженому замкнутому просторі прийнято розглядати по аналогії з передачею тепла кондуктивним способом. Це дозволяє уникнути визначення коефіцієнтів конвективної тепловіддачі. У зв’язку з цим користуються ефективним коефіцієнтом тепловіддачі.
У випадку, коли
товщина прошарку набагато менша розмірів
l1
та l2
(δ<<{l1,
l2}),
ефективний коефіцієнт т
епловіддачі
визначається формулою:
.
Рис.1.8. Тонкий повітряний прошарок
Для повітряних прошарків добуток a2∙λ в широкому діапазоні температур залишається практично сталим і рівним 0,45. Тому:
.
(1.23)
У випадку, коли товщина прошарку δ співрозмірна з розмірами l1 та l2 (δ<{l1, l2}), ефективний коефіцієнт тепловіддачі прошарку визначається формулою
,
(1.24)
де
,
(1.25)
Значення В вибирається для середньої температури згідно таблиці 1.3.
Таблиця 1.3.
Значення коефіцієнта В
-
0
50
100
200
B
0,63
0,58
0,56
0,44
Конвективный перенос. Змушена конвекція. Поперечний рух охолодного потоку.
Двухфазные потоки представляют собой неоднородные системы с поверхностью раздела фаз, именуемой для систем газ–жидкость, пар–жидкость и жидкость–жидкость свободной поверхностью
Продольное направление соответствует движению потока. Именно в этом направлении осуществляется основной конвективный перенос. Однако в процессах массообмена вещество переходит из фазы в фазу в направлении, поперечном движению фаз. При этом турбулентное перемешивание выравнивает концентрации по поперечному сечению – в этом случае говорят о гораздо большей величине, чем молекулярная диффузия – турбулентной диффузии – Dтyp6, но дойти до стенки частица не может, так как около нее образуется тонкий пограничный слой. В пограничном слое перенос осуществляется преимущественно молекулярной диффузией. Поэтому в условиях пограничного слоя в уравнение входит коэффициент молекулярной диффузии D.
Резкое уменьшение коэффициента диффузии из-за перехода от конвективного переноса к молекулярному приводит к резкому возрастанию градиента концентрации. Профиль концентрации в турбулентном потоке в целом можно описать так: в ядре потока концентрация выровнена турбулентным перемешиванием; в пограничном слое она резко падает.
Таким образом, скорость массопередачи связана с механизмом переноса распределяемого вещества в фазах, между которыми происходит массобмен. Вещество в фазах может переноситься молекулярной диффузией либо путем конвекции и молекулярной диффузией одновременно. Кинетика переноса подчиняется в этом случае первому закону Фика, формулировка которого аналогична закону теплопроводности: количество продиффундировавшего вещества пропорционально градиенту концентраций, площади, перпендикулярной направлению диффузионного потока, и времени