В. П. Исаченко, В.А. Осипова, А. С. Сукомел - Теплопередача (1013600), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Подобные задачи рассматривалигь в предыдущих главах. Конечно, во всех слу гаях в соответствующие уравнения вместо температур зводнтсп полные энтэльпив. Лля простоты и наглядности физические свойства газовой смеси приняты постояанымц. В действительности физические параметры, входящие в дифференниалькые уравнения, могут зависеть от протекания химических реакция, так как в результате последних меняется тостан смеси и, еле;ювательно, ее свойства. Прк химических реакциях топзоотдачу описывают преобразованным законом Ньютона †Рихма: (15-! О) д,=- — (й, — й,); вдеть Ц и й,-- знтальпии газовой смеси соответственно на удалияин от поверхности раздела фаэ и на ней; эптальпии йэ н й,.
вычисляются по уравнениям (15-2) и (15-3), т. е. с учетом теплоты образования; ср— удсльпаз пзобарпая тсплоемкость га;ювой смеси, опрсдсляема» согласно правилу адднтнввасти по соотношению ср=-дт,ср,. Выбор параметров, по которым полсчитывзется с„, уравнением (!5-10) не прелапредезен. Часто сэ расс щтывают по параметрам смесд на удалении от стенки. Заменя в законе Ныотона — Рихмана теьгператур зптальпнями позволяет учесть осяовиое влияние химических реакцнй на продесс теплоотдаш.
Прв использовании уравнения (!5-10] акзчения коэффипнентов теплоотдачи з первом приближении можно брать нз формул для течений без химических реакдий. Конечно. при наличии химических превращений могут измениться и значении коэффиииентов геплоотдачв, так как соответственно нзмениются поля температур, скорости п концентраций, однако влияние последних факторов не сточь значительно, как влияние тепловых эффектов реакпнй. Уравнение (15-10), по-вилнмому, дает наилучшие результаты, когда выполняются какие-либо из трек ранее отмеченных частных случаея. В настоящее время теплообмен прн обтекании тела потоком с химическими роакциями нахопится и стадии научения. Исследовались в основном равновесные течевия днссоцнируюшего газа при химически не активной (не каталнтнческой) понерхности стеякн.
Расчетно-теоретические последования показыяают, что коэффициенты теплоотдачи с учетом переменности физических свОйств могут отличаться от и прн постоянных свойствах в случае ламинарного пограничного слоя на пластане па величину до 30г(„ зурбулентного — до 50чй. В обоих случаях и вычисляется со уравнению (15-!О). Отмечаемая разница тем значительнее, чем болыпе отлвчакпся от едикнцы отношения знтальпий )зуй, илн пчотностей ! 7рь В отличае от и, определяемого по уравнению (15-!О), влияние дис. социации на г лотность теплового патока может быть значительно.
Переяос теплоты, учитываемый уравнением (16-!О), осуществляется теплопроводносгыо, копвекцией и молекулярной двффузией. В сложных случаях теплообмеиа уравнение (!5-!О), оставаясь пригодным, ие определяет полностью тепловой поток, поступаюцгий в степку. Подробнее об этом сказано в 5!5-3. Еглн химические реакции происходят при течении газовой счета с большов скоростью, то веобхпдимо учесть перенос теплоты дпссипа- 357 цви механической энергии.
В этом случае закая Ньютона — Рихмана за- писывается в следу юпгем внче: яр= — (й — (ь! « ср (1 5-! 1) где велвчппу й, атожно назвать полной энтальпией восстановления. Значение й, определнется по уравнению А„Л+г м' э (15-!з! и подсчитывается по собственной температуре. Судя по ряду данных, коэффщгиенты восстановления сраввнтельно мало отлнчатотся от таковых же для однородного газа (гл. 1!). Запись аэкона Ньютона — Рихмана в форме (15-11) является наиболее общей по сравнению с ранее использованными. тз.з. теппООвыен ыеждэ газовом смвсью и пОВеРхнОстью РАзйеиА ФАз В зависимости от сочетания тех или икых условий протекания реакций методика расчега результнруюпзего теплового потока между газовой смесью в поверхностью раздела фаз может несколько изменяться.
Расчет тсплообмена во многом зависит от места прохождения химическях реакций. Гомогеиньте реакции могут проходить в газовой смеси без наличия в ней компонентов стенки, материал стенки остается при этом кимическн нейтральным н является только проводником мпла. В других случаях в гомогенных ревкниях ыожет участвовать нспарнвшнйся материал стенки, причем ттспареняе может идти как нз твердой фазы (сублимация), так и из предварительно расплавленного твердого материала.
В химических реакциях мажет участвонать теплоносятель, вдуваемый в газ через пористую стенку. Реакцвя между газовой смесью и твердой фазой может идти н на поверхности последней (гетерогенная реакции). Зачастую идут одновременно несколько перечисленных ранее процессов химического н фазового превращений. Незааисимо от названных условий протехания реакций прн расчете задач тепло- н массообмена сохраняются некоторые общие приемы, заключающиеся в учете определенных факторов, влияющих на результирующий теплонай поток к стенке. Приведенный ниже пример поможет выяснить этв факторы.
Прн рассмотренна задач теплообмена с химическими превращениями, как была показано, нужно в общем случае учитывать и процессы массообмена. Поэтому, в частности, нами будут использоваться многие положения гл. !4. Рассмотрим теплообмеп между реагирующим пограничным слоем и испаряющейся (сублнмнрующейся) поверхностью твердого тела.
За пределами пограничного слон параметры газа — плотность смеси рь ее тангенциальная скорость ю, ыр, концентрации компонентов смеси глэ — постоянны. Будем полагать для простоты, что число Прандтля гаЗового патока равно едннвце и соответственно равен едвннце коэффициент восстановления. Преяебрежем тепловым излучением. Примем. что молекулярный массообмен осуществлнется только конпентрапионной днффузией. Рассматриваемый процесс сгатщонареп.
358 Запуупуем ураввеиие теплового баланса для поверхности развела газ — степка (рис. !Бай) ". ймеу рыяу+ (репа)сймаус (ран)йм (13-13) здесь рему в влотнасть теплоного потока на границе раздела газ — стенка в твердом теле; розу †же, но н газе; (рша)а в уулотиость потока массы смеси на границе раздела фаз", йс — знтальпня газовой смсси па границе раздела; Ьищ — то же длн материала поверхности, находяшегося в твердой фазе.
Первый член правой части уравнения (13-13) представляет тепло- отдачу за счет конвективнога теплообмена (с учетом теплапроводности, коивекция и молекулярной диффузии) от реагирующего пограничного тс(т), (ЯУ' 'ТСЯ11)/ 1~//тсейдма моюедиел ее ЯЯ . ','г асллраюиспйся с лееерзеаилляяя ЖМ'' У" '';«юу у"у"ухж "у,' Рис. 15.2. Теплссаиен между реагирующим гаасамм слоем а теплом с испарением на понсранссп.. слои к границе раздела.
Второй член описывает обратный поток тепла, приходящий к границе раздела от твердой фазы и обусловлеяный плавлением, химическими реакпнями или испарением. Третий член прелстзвляет зптальпию, переносимую от границы разделе внутрь пограничного слоя за счет потока ыассы от поверхности стенки. Если бы рассматривался перенос массы через твердый непланящийся пористый материал, второй член представлял бы теплоту, переносимую к границе раздела жилностью, просачиваюшейся через поры.
Согласно (15-10) член дмеу может быть описан уравнением Г г +'ч — дише ' -чуж-и - =") (15-! 4) 333 4. В,у = — (й. — йс). са С учетом испарения (Ес,у Еш) йлсеу+г =йвуп, где га†удельная теплота испарения материала поверхности с химическим симгюлом Е. Учитывая последние соотношения, уравнение (15-13) можно записать в следуюшем виде: адесь 81=— !Гмзд гэ ' Уравнение (15-14) может быть записано н в другом виде, если учесть, что д=Хтгйг и, следовательно, Де — йе=Хтгейча — Хлцедгс=В(тмйю — лц Дм) = =Х (яиайя — йгс) + уйм(шм — епм), (15-15) Полагаем, что компонент Е присутствует только в пограничном слое. Тогда подстановка (15-15) в (15-14) дает: ьэз Р— '"е Таким образом, расчет теплового потока, уходящего в стенку, своцится к вычвслению параметров газовой смеси ва границе раздела фаз и вдали от иее.
Для определения рмм иногда используется уравнение вс( ) — (Де 5). (15-17) ср Значение вез должно подбираться так, чтобы, например, в рассматриваемом примере удовлетворять значениям д,п!, полученным из уравнения (1б-!6). практически йзэ определяется экспериментально. Величина эффективной полной знтальпня может существенно изменяться в зависнмостн от условий протекания процессов тепло- и массообмена.
Вычисление'эм,! только по уравнению (15-!О) в общем случае привело бы к сшибкам: необходимо учитывать полноту переноса к стенке теплоты химической реакции или степень преобразования химической энергии в тепловую. 1.1амн не рассматриваются задачи определения коэффициентов теплоотдачи при наличии химических реакций. Как отмечалось в 4 15-2, в первом приближении могут быль использованы коэффициенты тепло- отдачи, полученные для случаи отсутствия химических превращений.
С приемами определения коэффициентов теплоотдачи при наличии химических реакций можно ознакомиться в специальной литературе (Л 40 181 105) Эффекты выделения теплоты прн фазовых переходах рассматривались при нзучепян процессов конлепсапви и кипения чистых веществ. Процессы усложнялись при фазовых переходах в двухкомпонентных гетерогенных системах, однако то обстоятельство, что в последних случаях рассматривались фаэовые превращении, идущие только па границах фаз. несколько упрощало захачу. Тепло- и массообмен при химических и фазовых превращениях можно считать более общим случаем по сравнению с ранее рассмотренными, однако н эта задача, несмотря на свою сложность и общность, ве исчерпывает многообраэйя процессов тепло- и массообмепа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
