- •Содержание
- •Тема 1. Основные понятия теплообмена 7
- •Тема 2. Теплопроводность 14
- •Тема 7. Теплообмен при фазовых превращениях 64
- •Тема 8. Теплообмен излучением 81
- •Тема 9. Основы теории массообмеНа 102
- •Введение
- •Тема 1. Основные понятия теплообмена
- •1.1 Температурное поле. Изотермическая поверхность.
- •1.2. Градиент температуры
- •1.3. Количество теплоты. Тепловой поток.Удельные тепловые потоки
- •1.4.Элементарные способы передачи теплоты (виды процессов теплообмена)
- •1.5. Сложный теплообмен. Теплоотдача и теплопередача
- •Тема 2. Теплопроводность
- •2.1. Основной закон теории теплопроводности. Закон (гипотеза) Фурье.
- •2.2. Энергетическая форма записи закона Фурье. Коэффициент температуропроводности
- •2.3. Дифференциальное уравнение теплопроводности (дифференциальное уравнение Фурье)
- •2.4. Условия однозначности, необходимые для решения уравнения Фурье
- •2.5. Начальные условия (ну)
- •2.6. Граничные условия (гу)
- •2.7. Методы решения краевой задачи в теории теплопроводности
- •Тема 3. Нестационарная теплопроводность в телах простейшей формы
- •3.1. Математическая формулировка задачи
- •Тема 4. Стационарная теплопроводность
- •4.1 Стационарная теплопроводность в плоской и цилиндрической стенках
- •Тема 5. Теплопередача
- •5.1. Теплопередача через плоскую стенку
- •5.2. Теплопередача через цилиндрическую стенку
- •5.3. Алгоритм расчета теплопередачи через непроницаемые стенки
- •5.4. Единая формула теплопередачи через стенки классической формы
- •5.5. Интенсификация теплопередачи
- •5.6.Тепловая изоляция
- •Тема 6. Конвективный теплообмен в однофазных средах
- •6.1. Основные понятия и определения
- •6.2. Дифференциальные уравнения конвективного теплообмена
- •6.3. Основные положения теории подобия
- •6.4. Основные критериальные уравнения
- •6.4.1. Конвективная теплоотдача при свободном движении текучей среды
- •6.4.2. Конвективная теплоотдача при вынужденном движении текучей среды в трубах и каналах
- •6.4.3. Конвективная теплоотдача при вынужденном внешнем обтекании тел
- •6.5. Алгоритм расчета коэффициента теплоотдачипо критериальным уравнениям
- •Тема 7. Теплообмен при фазовых превращениях
- •7.1. Теплоотдача при конденсации паров
- •7.2. Теплоотдача при кипении жидкостей
- •Тема 8. Теплообмен излучением
- •8.1. Основные понятия и определения
- •8.2. Тепловое излучение твердых тел
- •8.3. Основные законы излучения абсолютно черного тела (ачт)
- •8.4. Излучение реальных тел. Закон Кирхгофа.
- •8.4. Особенности излучения газов
- •8.5. Расчет результирующего лучистого потока тепла между телами. Экраны
- •Тема 9. Основы теории массообмеНа
- •9.1. Диффузионный пограничный слой
- •9.2. Массопроводность, массоотдача, массопередача
- •9.3 Критериальные уравнения массоотдачи
- •10. Теплообменные аппараты
- •10.1 Общие сведения о теплообменных аппаратах
- •10.1.1. Рекуперативные теплообменники
- •10.1.2. Регенеративные теплообменные аппараты
- •10.1.3. Аппараты смешивающего типа
- •10.2 Расчет теплообменных аппаратов
- •10.2.1. Уравнение теплового баланса. Уравнение баланса массы.
- •10.2.2 Средний температурный напор.
- •10.2.3 Уравнение теплопередачи.
- •10.2.4 Проверочный расчет теплообменного аппарата. Сравнение прямотока с противотоком.
- •10.2.5 Гидравлический расчет аппаратов.
- •10.2.6 Тепловой расчет регенеративных теплообменников
- •10.3 Методики расчет теплообменных аппаратов
- •10.3.1. Математическая модель рекуперативного теплообменного аппарата и алгоритм его поверочного расчета по методу n-e.
- •10.3.2. Основные закономерности процесса испарительного охлаждения воды в градирнях
- •10.3.3. Деаэрация воды
- •Основы процесса
- •Кинетика процесса деаэрации воды
- •Конструктивные особенности термических деаэраторов
- •Список основных обозначений
- •- Число Стантона. Литература
9.3 Критериальные уравнения массоотдачи
Поскольку аналитическое решение системы дифференциальных уравнений массообмена в общем виде невозможно, а при введении упрощающих предпосылок такие решения не гарантируют достоверности результатов, то большинство практических задач решается с использованием экспериментальных данных о процессе, обработанных с применением теории подобия.
Применяя метод масштабных преобразований к уравнению (9.5) и действуя так же, как при получении критерия Нуссельта, нетрудно получить следующий безразмерный комплекс, в обобщенном виде характеризующий интенсивность
процесса массоотдачи
который называют массообменным числом Нуссельта Nuм. Здесь l – определяющий размер, выбираемый в каждом конкретном случае из условий однозначности. В качестве его принимается такой линейный размер, который существенн
влияет на массоотдачу.
При таком же анализе других дифференциальных уравнений можно получить и другие массообменные критерии, а так же критерии теплового и гидромеханического подобия, такие как Re и Gr. Определенная комбинация из этих критериев характеризует в обобщенном виде особенности теплофизических свойств мигрирующего компонента и ее называют массообменным критерием Прандтля
При описании неустановившихся процессов и нестационарных полей используется массообменный критерий Фурье
отображающий в безразмерном виде текущее время. Равенство значений этого критерия у двух подобных явлений означает, что они рассматриваются в сходственных состояниях.
Критерий Nuм является определяемым, остальные – определяющими, и критериальное уравнение массоотдачи в общем виде представляется зависимостью
Исходя из отмеченной выше аналогии, можно доказать, что если для расчета теплоотдачи было получено ритериальное уравнение в виде
то массотдачу можно рассчитывать по аналогичной формуле с соответствующей заменой критериев
(9.6)
где A, a, b и с – одни и те же опытные константы. Например, теплоотдачу при турбулентном течении теплоносителя в трубах рассчитывают по критериальному уравнению
На основании аналогии для массоотдачи от слоя жидкости, равномерно покрывающего внутреннюю поверхность трубы, к турбулентному потоку парогазовой смеси можно записать следующее критериальное уравнение
Сопоставление результатов, рассчитанных по этой формуле, с результатами экспериментальных измерений коэффициента массоотдачи показывает их приемлемое совпадение (расхождение в ± 20 % считается допустимым).
Однако обычно значения A, a, b и с в формуле (9.6) определяют путем соответствующей обработки экспериментальных данных по массоотдаче. Так, для расчета массоотдачи при сушке гранул в продуваемом слое рекомендуется следующее критериальное уравнение
где Gu = (Tп – Tмт) / Tп – так называемый критерий Гухмана, отражающий влияние интенсивности испарения на массоотдачу, Tп – абсолютная температура поверхности гранул; Tмт – абсолютная температура мокрого термометра, установленного вне пограничного слоя. Определяющий размер здесь – диаметр гранулы d. Для расчетов массообмена при испарении с плоской поверхности жидкости при вынужденном движении влажного газа А. В. Нестеренко предложено следующее критериальное уравнение
где А = 0,83 и а = 0,53 при Re 120, А = 0,49 и а = 0,61 при Re = 3150 … 2200 и А = 0,0248 и а = 0,9 при Re = (0,22 … 3,15)105 . В качестве определяющего размера здесь принимается длина поверхности вдоль по потоку смеси.