42 Основні закономірності тепломасообміну.

Теплообмін не рідко супроводжується переносом маси речовини, тобто масообміном (випарювання, сушіння, конденсація пари з парогазової суміші і т.д.). Перенос речовини в суміші, обумовлений хаотичним тепловим рухом молекул, називається молекулярною дифузією. Густина потоку маси речовини , що переноситься шляхом дифузії через суміш, визначається законом Фіка, кг/ м²

де − коефіцієнт дифузії, м²/с; − масова концентрація даної речовини в суміші; − напрямок нормалі до поверхні масообміну (поверхні однакової концентрації).

При дотриманні рівності коефіцієнтів переносу, м²/с має місце потрійна аналогія між процесами переносу маси, кількості руху й теплоти, тобто спостерігається аналогія полів концентрацій, швидкостей і температур. При цьому виконуються наступне співвідношення:

,

де − дифузійний критерій Прандтля; − критерій Льюіса.

Аналогія процесів переносу використовується в розрахунках спільного тепломасообміну – як перше наближення.

В середовищі, що рухається, речовина переноситься не тільки дифузією, але й конвекцією. Якщо система складається з рідкої й газоподібної фази (наприклад, при випарі рідини в парогазовій потік (див. рис.)), у поверхні розділу фаз утвориться граничний шар, у якому концентрація пари рідини змінюється від значення на границі розділу до вдалині від поверхні.

рідина	Диференціальне рівняння масовіддачі на границі розділу фаз: . За методом аналогії процесів тепломасообміну, критеріальним рівнянням тепловіддачі при вимушеному русі газу уздовж поверхні розділу можна скористатися для розрахунку масовіддачі, замінивши числа подоби й на й , тобто , де − дифузійне число Нуссельта.
Рис. - . Схема тепломасообміну при випарюванні рідини в парогазовій потік

В розглянутому випадку випарювання рідини в парогазовий потік, що тече уздовж поверхні розділу, густина теплового потоку , переноситься диффундуючим пором. При сталому стаціонарному процесі вся передана рідини теплота витрачається на її випарювання:

.

43 Теплове випромінювання.

Теплове випромінювання (радіаційний або променистий теплообмін) – це поширення через газовий шар внутрішньої енергії випромінюючого тіла шляхом електромагнітних хвиль. Збудниками цих хвиль є електрично заряджені частки, що входять до складу тіла. Усяке тіло, що має температуру , відмінну від абсолютного нуля, здатне випромінювати променисту енергію, тобто поряд з потоком енергії від більш нагрітого тіл до менш нагрітого, завжди є й зворотний потік енергії від менш нагрітих тіл до більш нагрітих. Кінцевий результат цього обміну й представляє кількість теплоти, переданої випромінюванням. Найбільш наочним прикладом променистого теплообміну є випромінювання Землею теплоти від Сонця (сонячна радіація). Існують різні види електромагнітного випромінювання: - випромінювання, рентгенівське випромінювання, радіохвилі та ін. Однак, здатністю трансформуватися в теплоту (підвищувати внутрішню енергію тіла, що опромінює), володіє випромінювання світлового діапазону (довжина хвиль 0,8-400 мкм). Зі збільшенням температури тіла теплове випромінювання збільшується, тому що збільшується внутрішня енергія тіла.

Більшість твердих і рідких тіл випромінюють енергію всіх довжин хвиль в інтервалі від до , тобто мають безперервний спектр випромінювання. Гази, що випускають енергію тільки в певному інтервалі довжин хвиль (селективний спектр випромінювання). Променистий потік, випромінюваний з одиниці поверхні тіла в усіх напрямках напівсферичного простору, називається густиною випромінювання , Вт/м. якщо величина однакова для всіх елементів поверхні , то повний потік , Вт.

Якщо на тіло падає променистий потік , то частина цього потоку буде поглинатися тілом, частина - відбиватися, а частина - проходити крізь нього: . Поділивши цю рівність на величину , одержимо співвідношення коефіцієнтів поглинання , відбиття й прозорості :

.

Для абсолютно чорного тіла й ; для абсолютно білого тіла й ; для абсолютно прозорого тіла й .

Більшість твердих і рідких тіл для теплових променів практично не прозорі, тобто для них й .

Одно- і двохатомні гази практично прозорі для теплового випромінювання (). Трьох- і багатоатомні гази мають селективну здатність випромінювати й поглинати енергію.

Тіло, що бере участь у променистому теплообміні (наприклад, тверде), крім власного випромінювання відбиває падаючу на нього енергію в кількості . Сума енергії власного відбитого випромінювання становить ефективне випромінювання тіла:

.