Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Значение Равновесных потоков теплоты прелстазляет интерес для апалиаа устойчивости режимоа кипения. Г. Кризисы 1-го и 2-го рода Крнавсы шшешря, свнаанпые с реакнлг изменением теплоотдачи при переходе нузырькового кипения в пленочное и наоборот в пленочного в пузырьковое (рис.!34). нааывшотся кризис а пи пер ваго рода, Б этом случае при смене режимов кипеяия имеет место коренное изменение механизма теплообиена и его интенсивности.
Харащерллылли для ьрпаисае кипенна первого рода яеляготся критические плотности теплового потока. Кризисы второго р ада пмеют другую природу. Они характсрпауют ухудшение теплоотдачи, поаиикаюп!ее в момент высыхзпия кольцевой нлеаки жидкости на стенке канала в стержненам режплгс (рвс. 13-!4). Характерной величиной для этих кризисов является граничное расходное ааросодержание. Гр а аичпым и а рос адерлк а н не ы ьазывается расходное пзросадержапиц при котором возникает кризис еплообмева второго рода. Крнзвс второго рода может вознпкчуть при любом значении нак талька расходное паросодержапне достигнет некоторого граничного 327 значения, связанного с явлением высыхання жидкой пленки на стенке.
Прн больших скоростях лвнжения парожвдкостного потока в ядре предкризнсггмй период н наступление кризиса заююят от иптеясивностн массоабыева за счет механического уноса капель жидкости из пленки в ндра патака [Л. 39, 72, 129). Глава вегыряадяагая ТЕПЛО- И МАССООЕМЕН В ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ СРЕДАХ ы-ь основнын понятия и взломы В природе и технике многие процессы теплообмена сопровождаютсн переносон массы одного,компонента относительно массы другого'. Так, например, обстоит дело прн конденсации пара нз парогазовой смеси и испарения укидкости в парогазовый поток.
Испарившаяся жидкость путем днффуанн распространяется в парагазовом потоке; прн агом меняется течеаие, изменяется интЕнсивность теплоотдачи, что в свою очередь сказываетсн на прогтессе диффузии. Днффуапей называгот самопроизвольный процесс, стремящийся к установлению внутри фаз равновесного расдределеиин концентраций. В олнараднай по температурам н давлениям смеси процесс диффузии направлен к выравниванию концентраций н системе; при атом происходит перенос вашества из обтастя с большей в область с меныней концентрацией. В дальнейшем прежде всего будут рассматриваться процессы теплон массаобмена в газообразных двухкомпонентных (бинарных) оредеж Этн задачи имеют болыпой практический интерес. Индексы Ш» в «2» будут соответствовать первому п второму компонентам.
Аналогично теплообмепу диффузия (массообмеи) мотает происходить как молекулярным (микроскопическим), так и малярным (макраскопичеслим) путем. В газах молекулярная диффузия осуществляетси за счет теплового движении молекул. Двффузия характеризуется потоком массы компонента, т. е. количеатвам веп!ества, проходящим в единицу времени через данную поверхность в направлении нормалв к ней. Патауг массы обозначим через У; его единица измерения — килограмм в секунду. Плотностью потока массы 1 называют поток массы, проходящей через единИцу поверхности: (14-1) Отсюда нлн прн )=сопз1 ' Сагзвсяа К.
Гиббсу хаыаанвншыя называют ввювагвя, наименьшее число ватарых даст«тачая для абрввавзнвя всех фвв, т. е. гаыагеязых чвсгвй дазнай се«тены. Наприпер, в сь"ыые, саставгаей яз свая воды и сапряввсвюшвяся с няы смеси зад«нага пврв я азота, ььюювая двв хаыааяентв: вода (задавай авр) я азат. Будем аавзгвтьь чта гюыаанваты не вступают друг с другая ь хенн«в«хне рввхааа. Плотность гютока масси янлястся эектором. В однородной по чемпературе н данлению чакроскопичесюз неподапжной дпухкозшопентной смеси олотность потока массы одного из компонентов за счет молекулярной диффузии определяется э акоп ем Фика: (1 4-2) („,= — рО д ды, д (!4-о) ! Ойьйы 1"нз М дл ' дд, (14.4) где рт — местное парциальное давление данного коьшонента, Пь; ив направление нормали н поаерхности одинаковых парцпальных дзнлений данного компонента; Ор, ††О(НТ вЂ” коэффициент молекулярной диффузиа (единица нзмерения — с), отнесенный к градиенту парцпального даалення рассматриваемого компонента.
В отличие от Р коэффициент О„ различен для компонеигов данной бинарной спеси. Исходя иа раеенстпа О=Р К Г=О Дт, ' В обмен ыччне зз«он Фн н омен быть записан через трапе т .нчнчееного потеноно пн [л. 281. 329 здесь рт — местная концентрации данного вещестиа (компонента), раааая отношению массы компонента к обьему смеси, кг/мз; гп,=р,/р— относительная массовая концентрация з-го коппопента; р — плотность смеси; О в коэффициент молекулярной диффуапн одного коипочгнта отяосительно другого, мз(с (обычпо О кратко нааывают каэффнпнентом диффузии); и†напранлеиие нормали к поверхности одннакозой конпептрацпн данного вещества; дрт(дп, дю,/дл †-грапзгзты «апцентрапни (относительной концентрации); они всегда направлены в сторону яозрастания концентрации. Градиент концентрации является даюкущей силой, обусловливающей перенос вещества.
Ирд передаче тепла теплопроаодаостью такой движущей силой являеттм градиент температур '. йнак минус е уравнении (14-3) указывает, что согласно закону Фина переьзешыьтзе вещества происходит е сюрону уменьшения градиента концентрации. Дпффуаию, описываемую ааконои Фикм нааывают кондентр аппо пи ой диффуз и ей. Как следует из кинетической теории гааоз, коэффициент диффузии аозрасгает с увеличением температуры и уменьшается с ростом давления. Коэффгзщгинт днффуани пы:колько зависит п от пропорций сыеси; эта зависимость слаба, если коицентрадия рассматриваемого иомпо.
пента мала; в технических расчетах этой зависимостью большей частью гренебрегают. В случае определенной бпнарной смеси коэффициент лнффуапп будет одинаковым как для парного, так и для второго взаимно диффунлпруюших компонентов. Кояцентрация имеет размерность плотности. Воспользовавшись уравнением госгонпдя идеального гааа, фориулу (14-1) можно написать в следующеы виде: можно написать р(,(др *+ т р + ур)' (14 5) здесь 1),=й,Π— коэффициент теРмодиффУзин, мз(с; (Уа=йэΠ— коэффициент бародиффуаии, ьгз(сп р — давление смеси.
Первый член суммы в урзвяенни (14-5) учитывает концентрационную диффузию, второй — термодиффузию н третий — бзродиффуаию. Составляющие потока массы нормолыз. к соответсгвуюпш;а нм наопотенцяальпым поверхностям. т. е, поверхностям равных конпентра- 330 где М вЂ” молекулярная масса. Если температура смеси переменив, то возникает так называемая з ерническая диффузия (эффект Соре). Из кинетической теории газов [Л.
!95) слелует, что если массы молекул двух компонентов различны, то за счет термоднффузии более тяжелые молекулы большей частью стремятся перейти в холодяые области; если же массы молекул олинаковы, то в холодные области стремятся перейти более крупные молегсулы. При определенных условиях направление терьгоднффуаии может изменяться. Например, в ионизираванном газе более тяжелые молекулы (или ионы) будут стремиться перейти в более теплые области. Термодиффузггя приволит к образованию гоаднента концентрации. Этому препятствует процесс коноснтрацнонпой диффуанн, стремящейся выровнять состав. В результате с течением нременн может установиться стационарное состояние, при котором уравновесятся противоположные влияния термодиффузии и концентрационной диффувии.
Следствием чолекулярного диффуанпнного переноса тепла является так называемый днффувиониый термоэффект (эффект Дюфо), представляюпсий собой вочпиюювепне разности температур н результате Лнффузиопного перемещения двух газов. лграокачальйо илгевгппх одинаковую гелледотдру. Диффузионный термоэффект — явленгге, обратное термодиффуацв. Прн стационарном диффузионном смешении, например, водорода и азота воапикает равность температур порялка несколькик градусов. Возныкагоший прн диффуаиовиом термозффекге градиент температ)ры имеет такое направление, что термодиффузпя, которая являетсн его реэультатоя, противоположна диффузии, благодаря которой появился этот градиент. Если в слгаси имеет место градиент полного давления, то метнет возникнуть диффузия ва счет неоднородности давления.
Этот вид дифцзявн яазывают 6 ароди ффуаи ей. При бародиффуанн тяжелые молекулы стремятся перейтн в область повышенного, а легкие — в область ьовнжеппого давлеяня. Как и термодиффузия, бародиффузия сопровождается и обычным переносом массы, вызванным разностью кояцентрацин. Диффузия от неоднородности давления происходит, например, ь газе, нращаюшемся вокруг оса; з эюм случае тягкелые моленулы с ремятся перейти в области, наиболее улаленпые от центра. С учетом концентрационной диффузии, термоднффувии и бародифф)аии плотность потока массы (-го компонента аа счет молекулярного переноса описывается следующим уравнением: р,р, ы„†.н, М где Мь Мь М вЂ” молекулярные массы первого и второго кгшшонептон и меси. Баролиффузия должна проявляться прп значительных перепадах павлепия, что п процессах теплообмена встречается редко.
При раневстне молекулярных масс М, и Ме бародиффузня отсутствует. Как гледует ня термодинамики необратимых процессов, бародиффувни латжен сапу>отзевать и соотнетствующай термоэффект, предстанлкюшгг>1 собой возникновение разности температур. Так>ге> абрааом, суммарный перенос чассы какого-.тибо компонента путем молекулярной днффувии является следстввем концентрационной дпффуаип. термической лпффузии п барадпффузив'. В дальнейшеьг мы прежде всего будем учитывать эффекты, связанные с ковцептрацяаппой диффуаией.
В движущейся среде негцества переносится ие только молекулярной диффуаией, по н капвекцией. При перемещении какша..тибо обьеча сноса плотностью р со скоростью ю происходит перепас массы смеси, удЕлььая величина которого определяется уравнением ! =>ви (! 4-7) нлп для определеннога компонента смеси !м=р мь (!4-8) Сук>мирная плотность потока вещества аа счет молекулярного н конвективпого переноса будет определяться уравнением !!= у,же+!тю (14-9) Вместе с массой вещества переносится энтальпня ДВ, гле >;— удельная энтальпня г-го компгщеита, Дж/кг. В общем случае через неподвижную кошрольиую павирхиастгь выделенную в снеси,перепоситсч энтзльпня Х!Кг. Даже сквозь площадку, помещенную з смеси таким обравом, что через нее нет ревультнрующего патока массы, может иметь места реаультируюший поток знтальпнв.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
