Высокая интенсивность массообмена
На практике часто теплообмен и массообмен идут одновременно и поперечный поток wyc ≠ 0 изменяет распределение скоростей, температур и концентраций и, в конечном счёте, влияет на интенсивность процессов тепло- и массообмена.
Аналогия имеет место при выполнении следующих условий:
1. Граничные условия для полей температур (энтальпий) и концентраций подобны.
2. Критерий Льюсиса - Семенова равен единице: Le=1, или теплоемкости компонентов смеси одинаковы:
.
(2.44)
Первая часть второго условия приближенно выполняется для ряда газовых смесей. В этом случае существует аналогия между полем относительных концентраций и полем относительных энтальпий смеси в системе.
Условие (2.44) характерно для ряда жидких смесей и растворов. Оно приближенно выполняется также для газовых смесей многоатомных молекул с близкими молекулярными массами. В этом случае существует аналогия между полем температурных напоров и полем относительных концентраций в системе.
При условии, что Le=l, уравнение подобия имеет вид:
.
(23.20)
Причем плотность потока вещества Jc принято задавать в условиях однозначности.
Из (23.19) получают частные аналогии:
– подобны скоростные и температурные
поля;
– подобны скоростные и концентрационные
поля;
– подобны температурные и концентрационные
поля.
сf – безразмерный коэффициент трения.
При малой интенсивности массообмена:
,
(23.20)
где с – касательные напряжения трения на стенке.
При высокой интенсивности массообмена коэффициент трения находится с учетом влияния поперечного потока вещества:
.
(23.20)
При тройной аналогии
,
(23.19)
Из последнего выражения получим зависимость между α и β:
;
(23.21)
;
(23.22)
;
(23.23)
.
(23.24)
Аналогия процессов тепломассообмена может нарушаться не только от влияния поперечного потока массы, но и потому, что физические параметры, существенные для процесса, могут описываться различными функциями, следовательно, учитывается зависимость тепло- и массообмена от дополнительных безразмерных переменных.
Практическую ценность представляет возможность использования большей информации о теплообмене в однокомпонентной среде с непроницаемой границей для расчёта процессов, осложненных сопутствующим массообменом.
Опытами установлено, что влияние поперечного потока массы на интенсивность тепло - и массообмена имеет одинаковый качественный и близкий в количественном отношении характер.
Для расчета тепло- и массообмена при испарении, конденсации, сублимации и десублимации используются также часто эмпирические обобщенные соотношения, которые в большинстве случаев дают результаты, близкие к тем, которые получаются на основе методов аналогии.