Мухачёв Г.А. Щукин В.К. - Термодинамика и теплопередача (1013614), страница 79
Текст из файла (страница 79)
Одинаковая форма уравнений, описывающих процессы тепло- и массоотдачи, позволяет заключить, что эти процессы аналогичны. Следовательно, результаты исследования процессов теплоотдачи можно использовать для количественной оценки процессов массоотдачи. Уравнения (13.24) и (13.25) будут тождественны относительно 405 С и 7, если Рс=а, т.
е. при условии 1е=Рс!а=1 или Рг=Ргэ, где Ргэ=т(Рс. Предполагается, что тепло- и массообмен протекает в одной и той же системе, и потому определяющий размер 1 имеет одно и то же значение. Таким образом, системы уравнений, определяющие Инв и Ив, тождественны. Кроме того, определяющие их величины С и г на границах системы численно одинаковы: на поверхности тела С= =1=1, вдали от стенки 0=7=0.
Следовательно, г)пэ=Ын. Это равенство с учетом того, что Рг=Ргэ, позволяет получить из уравнения подобия для теплоотдачи в какой-либо системе Ив=с Ке'" Рг" (13.26) уравнение подобия для массоотдачи Мно — — с Ке Рг". (13.27) Коэффициенты с, т и и в этой формуле будут такими же, как н в (13.26) . Аналогичный анализ уравнений (2.31) н (2.19) позволяет заключить, что для турбулентных потоков аналогия процессов тепло- и массоотдачи имеет место при условии Бе'=1 и 1 е,=сгрРс~() =1 ((.е,— турбулентное число Льюиса — Семенова).
По данным ряда исследователей„, условие 1.е, ж1 выполняется всегда. В реальных процессах аналогия тепло- и массоотдачи нарушается по ряду причин. Уравнение (13.21), использованное для доказательства существования аналогии, справедливо только при отсутствии конвективных потоков пара.
Следовательно, наличие конвективных потоков нарушает аналогию. Аналогия нарушается так. же вследствие взаимного влияния одновременно протекающих процессов тепло- и массоотдачи. Все это приводит к тому, что расчет массоотдачи, выполненный на основе аналогии, может дать результаты, существенно отличающиеся от действительности. Анализ уравнения переноса пара с учетом и без учета конвективного потока показывает, что благодаря конвективному потоку соотношение Ипэ/ЫпФ1 и определяется формулой — — 1и ~ ' "г = ", (13.28) Рлю Рл/ Р Рпш Р Рюш где р — давление парогазовой смеси; р, и р,г — парциальные дав ления пара у поверхности испарения и в потоке.
Процессы массообмена исследуются также экспериментальным путем. Л. Д. Берман обобщил результаты исследования массооб. мена при адиабатном испарении воды, стекающей в виде пленки по внутренней поверхности трубы, в воздух следующим уравнением: Мпр — — 0,023Яе" Рг'„,'( (13.29) 1 — ~ ~ l Опыты проводились при Ке=2500 ...
9000 и рДр — рч„) = 1,25...6,65. Определяющий размер — диаметр трубопровода, определяющая температура — средняя температура парогазовой смеси. В число Ке входила скорость движения парогазовой смеси относительно пленки. При расчетной оценке потока пара необходимо знать температуру поверхности испарения. Значение этой температуры при равновесном состоянии системы находится только после выполнения всего теплового расчета.
Поэтому подсчет парового потока с после- П 4 дующим определением коэффици- 'а ента теплоотдачи а приходится вы- ь.х и полнять,для нескольких значений Рче температур 1„, меньших температуры насыщения при заданном давлении газа. При увеличении температуры поверхности поток пара воз- ов ~4 растает, а тепловой поток от горя- - 1)п чего газа к поверхности уменьшается. Количество поглощаемой в процессе фазового перехода тепло- Р ~ы ты пропорционально потоку пара. Условие теплового баланса на по- Рис.
13.6' верхности позволяет выявить равновесное состояние системы и отвечающие ему значения парового потока и температуры поверхности испарения. Графическое определение равновесного состояния системы по результатам расчета тепловых потоков при нескольких значениях температуры 1„показано на рис. 13.6. На рисунке обозначено: г)=а(Т,— Т,.)+д„,— плотность теплового потока, поступающего от внешней среды к Поверхности испарения; д„, — плотность теплового потока к поверхности испарения путем излучения; д=д„йй+й' — плотность теплового потока, расходуемого на испарение и отводящегося внутрь стенки; Ат, — плотность массового потока пара; 1 р и дпр— Равновесные значения'температуры испаряющейся поверхности и плотности массового потока пара.
ГЛАВА !4 ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ Все тела при любых температурах излучают и поглощают энергию излучения, но количество теплоты, переносимое путем излучения, становится существенным только при высоких температурах пли в условиях, когда перенос теплоты другими способами затруднен (при свободной конвекции, особенно в разреженном газе). В этой главе теплообмен излучением рассматривается без уче- 407 та воэможности переноса теплоты другими способами и только в последнем параграфе главы рассмотрен радиационно-конвективный теплообмен.
5 14.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Количественные характеристики теплообмена излучением построены на представлении об энергии излучения как энергии электромагнитных колебаний, длина волны которых Л в общем случае может изменяться от нуля до бесконечности. Поток излучения, падающий на поверхность тела, поглощается не полностью; часть энергии отражается, часть — проходит сквозь тело (рис. 14.1). Таким образом, 0= Ял+11я+1х1о или А+гс+В= 1, (!4.1) где А =1гл/1г — поглои(ательная способность тела; 1х = сгиб — отражательная способность тела; 0= сгп/сг — пропускательная способность тела.
к Тело, поглощающее всю падающую на него из энергию, называется абсолютно черным. Для такого тела А=1 и 11=0=0. Абсолютно черных тел в природе нет и поэтому для реальных тел А (1. Тело, отражающее всю падающую на него энергию, называется абсолютно белым. В этом случае Я=1 и А=1)=0. Если отражение имеет правильный характер (угол падения равен углу ()л отражения), то такое тело называется зеркаль- ным. Для реальных тел 14(1. Рис.
14.1 Большинство твердых и жидких тел не пропускает энергию излучения и относится к категории непрозрачных. Поглощение энергии излучения в таких телах происходит в тонком поверхностном слое. Для металлов этот слой имеет толщинУ порядка 1 мкм, а для неметаллических материалов — около 1 мм Для этих тел А+17= 1. (14.2) В этом случае все факторы, увеличивающие поглощательную способность, одновременно уменьшают отражательную способность поверхности. Тела, пропускающие всю падающую на них энергию излучения, называются диатермичными.
Для них аз=1 и 14=А=О. Наи большей пропускательной способностью обладают газы. Так, слой воздуха до толщин значительного размера можно считать деатер мичным. 408 Поглощательная, а следовательно, и отражательная способности твердых тел зависят не только от природы тела, состояния поверхности и ее температуры, но и от распределения падающего излучения по длинам волн, т. е. от природы и температуры излучающего тела. При температурах, близких к нормальной, поглощательная способность большинства неметаллических материалов больше 0,8, но она может значительно уменьшаться с увеличением температуры. Чистые металлические поверхности поглощают значительно меньше энергии излучения, но с увеличением температуры их поглощательная способность увеличивается примерно пропорционально т~Т,Т, (Т, и Т, — температуры излучающей и поглощающей поверхностей)-- Окисление металлической поверхности увеличивает ее поглощательную способность А, при этом изменяется зависимость А от температуры: поглощательная способность окисленных поверхностей уменьшается с ростом температуры.
Полированные металлические поверхности обладают большой отражательной способностью. Следует заметить, что при умеренной температуре источника излучения цвет поверхности не определяет ее поглощательную способность. В этих условиях белые тела так же хорошо поглощают энергию излучения, как и темные. Так, например, у снега поглощательная способность А =0,985. Для спектрального (монохроматического) излучения (т. е. для излучения с определенной длиной волны) уравнение (14.4) имеет вид А~+Ях+йх=1.
Для одного и того же тела при различных длинах волн величины Ах, Я, и О, могут иметь существенно различные значения. Так, обычное стекло хорошо пропускает световые лучи (Х= (0,4 ... ... 0,8) мкм], но почти не пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. В полупрозрачных телах (средах) поглощение энергии излучения имеет объемный характер.
К полупрозрачным относятся газы, пары, дисперсные системы, состоящие из газообразной среды с распределенными в ней жидкими или твердыми частицами, а также Некоторые жидкие и твердые тела (например, стекло). Процессы излучения также могут иметь поверхностный или объемный характер. Для непрозрачных тел процесс превращения внутренней энергии в энергию излучения происходит во всем объеме такого тела, ио энергия излучения частиц, расположенных далеко от поверх- "ости, поглощается самим телом, а в окружающую среду попадает только энергия, испускаемая тонким поверхностным слоем. Поэтому излучение непрозрачных тел имеет поверхностный характер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
