- •Раздел 1 – Введение. Основные понятия и определения курса
- •Раздел 2 –Теоретические основы процессов химической технологии
- •Основы теории переноса. Основные понятия.
- •Конвективный механизм.
- •Турбулентный механизм.
- •Условие проявления и направления процессов переноса.
- •Уравнения переноса субстанций. Перенос массы. Молекулярный механизм переноса массы.
- •Конвективный механизм переноса массы.
- •Перенос энергии.
- •Конвективный механизм переноса энергии.
- •Турбулентный механизм переноса энергии.
- •Перенос импульса.
- •Молекулярный перенос импульса.
- •Закон сохранения массы
- •Интегральная форма зсм (материальный баланс)
- •Локальная форма зсм (уравнение неразрывности)
- •Закон сохранения энергии
- •Интегральная форма зсэ (первый закон термодинамики)
- •Локальная форма зсэ
- •Закон сохранения импульса (зси)
- •Интегральная форма зси
- •Локальная форма зси
- •Условия однозначности
- •Математическая формулировка условий однозначности
- •Поля скорости, давления, температуры, концентрации
- •Межфазный перенос субстанции.
- •Уравнения массо-, тепло-, импульсоотдачи. Локальная форма уравнений.
- •Моделирование химико-технологических процессов.
- •Математическое моделирование.
- •Физическое моделирование.
- •Теория подобия.
- •Подобие гидромеханических процессов.
- •Подобие тепловых процессов.
- •Подобие массообменных процессов.
- •Определение коэффициентов массо -, тепло -, импульсоотдачи.
- •Проблема масштабного перехода для промышленных аппаратов.
- •Гидродинамическая структура потоков.
- •Математическое моделирование структуры потоков.
- •2.4.2.1 Модель идеального вытеснения (мив).
- •Модель идеального смешения (мис).
- •Ячеечная модель (мя).
- •Диффузионная модель (мд).
- •Идентификация модели.
Подобие гидромеханических процессов.
– Критерий
Фруда
(2.97)
Этот критерий отображает влияние сил тяжести на движение жидкости, является отношением сил инерции и тяжести.
– Критерий
Эйлера
(2.98)
Критерий Эйлера – является мерой отношения сил поверхностного давления и инерции.
– Критерий
Рейнольдса
(2.99)
Критерий Рейнольдса – Является мерой отношения сил инерции и вязкого трения.
– Критерий
гомохронности
для неустановившегося движения
Все критерии, симплексы, константы, подобия безразмерные величины.
Решение уравнения Навье – Стокса может быть представлено критериальным давлением вида:
f ( Re, Ho, Eu, Fr ) = 0 (2.102)
Рассмотрим
подобие граничных условий.
Вязкий поток импульса через границу
раздела фаз
можно определить по закону Ньютона:
(2.111)
Здесь
–
коэффициент импульсоотдачи.
–
характерная линейная величина,
–
гидродинамический критерий Нуссельта.
Гидродинамический критерий Нуссельта является безразмерной формой коэффициента импульсоотдачи.
Подобие тепловых процессов.
– Критерий
Фурье
(2.114)
Критерий Фурье характеризует распространение теплоты теплопроводностью при изменении температуры во времени, является аналогом критерия гомохронности Ho.
– Критерий
Пекле
(2.115)
Критерий Пекле характеризует соотношение между интенсивностью переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью в движущемся потоке.
Рассмотрим подобие граничных условий.
– Критерий
Нуссельта (2.119)
Здесь
–
коэффициент теплоотдачи.
Критерий Нуссельта характеризует отношение суммарного переноса теплоты конвекцией и теплопроводностью (т.е. теплоотдачей) к теплоте, передаваемой теплопроводностью.
Тогда критериальное уравнение теплоотдачи имеет вид:
(2.120)
или
(2.121)
Критерий
Прандтля
– характеризует подобие физических
свойств теплоносителей. Для газов
,
жидкостей
÷
.
Подобие массообменных процессов.
(2.127)
– диффузионный
критерий Фурье,
характеризует подобие неустановившихся
процессов массообмена.
(2.128)
–
диффузионный
критерий Пекле,
характеризует отношение переноса
вещества конвекцией к молекулярному
переносу в сходственных точках.
(2.129)
– диффузионный
критерий Прандтля,
выражает постоянство отношения физических
свойств жидкости в сходственных точках
подобных систем. По существу
характеризует отношение профиля
скоростей (через
) к профилю концентраций (через
),
т.е. отношение толщины гидродинамического
и диффузионного пограничного слоёв.
Иногда
называют критерием
Шмидта Sc.
Рассмотрим подобие граничных условий.
(2.133)
–
диффузионный
критерий Нуссельта,
характеризует отношение
скорости переноса
вещества (конвективного + молекулярного)
к молекулярному переносу. Иногда
называют критерием
Шервуда Sh.
Кроме того для соблюдения подобия процессов массотдачи необходимо также соблюдение гидродинамического подобия. Тогда можно записать:
(2.134)
Подобия гидромеханических, тепловых и массообменных процессов были рассмотрены для случая ламинарного движения среды с постоянными теплофизическими свойствами. Турбулентный режим не приводит к появлению новых критериев подобия. При турбулентном режиме меняется лишь вид зависимости между критериями.
