Теплопередача (Исаченко В. П. Осипова В. А. А. Сукомел С.) (555295), страница 75
Текст из файла (страница 75)
В этом случае температура поверхности испарения мавгет быть подсчитана по уравнению (14-42): г!7» „ Из ранее приведенных уравнений следует, чта -.ге бр=-р,о — р о. 348 Г .ач лжн ЛЧ гох ТЕПЛО- И МАССООБМЕН ПРИ ХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ чх-ч. асиаеиые сведеиия О химических прееэллцеиивх 11роцессы теплообмепа, сопровождающиеся химическими реакпнями, имеют место в камерах сгорания разлачных двигателей (реахтпв. ных, газовых турбин н др.), в химическом производстве, в МГД установках, прн гиперзвукавых скоростях полета в плотной атмосфере и др)тнх с.ч учаях Химические реакции могут сопровождаться нылелением и.тх погло~лленнем энергии в различных формах — в форме теплоты, электр!лческай энергии нли света, механической энергии н др.
Нами будут рассмотревы только хнмнческне реакции, происходящие с поглощеянем теплоты (эпдотермнческие реакции) нлн с его выделением (экзотермн:юскне реакции). При эвам, как и в случае фазовых переходов первого рода, химические превращения неразрывно связаны с процессом тепло- обмена. Зачастую хнынческне реакции сопровождаются фазовыми изменениями. Химические реакции могут идти как на поверхности тела, так и а жидкой среле, омывающей это тело. В первом снучае реакшпл назывз. ~отан гете рогеп ям и н, ао втором — го ма ген н ы и и.
Вс.чн реакции происходят вдали от тела (вне пределаа пограничного слоя), то онн могут пе сказываться на теплоотдаче н теплаобмен в пограничном слое можно рассчитывать обычныки методами. В противном случае нужно учитывать выцеленне илн поглощение теплоты в пограничном слав нли непасредсгненна на стенке. В дальнейшем прежде всего будут рассмотрены процессы, происходящие в газовых смесях и на омываемых имн стенках.
Такой вь1бар объекта рассмотрения объясняется пе только лучшей его нэученностью, на н значительным практвческим интересам к подобным чадачач. Современная техника характеризуется рослом тепловых нагртзок, скоростей теплоносителей н других параметров. При высоких температурах рабочие процессы могут ншюбежно соправажлатьсн химическими превращениями.
Так, например, как уже упоминалось н Е !1-3, прн гнперзвуковых скоростнх полета вследствие аэролинамического нагаева воздух может иметь нысокую температуру, прн которой пожег происходить и сущестненнан ионичаяия воздуха'. На рис. !б-1 показаны области основных химических реакппй в высакотемпературпом воздухе в завнсиыосхн ат давления н температуры. В ряде случаев упомянутые эффекты метут нмагь место прн сравнительно ниэкнх температчрат. Нэоестна, па эффективная тепзопрозоднасть двуокиси азота НОа в интервале температур от О до !Тб С очень высока. Этот эффект является следствием обратимой реакции 2И(рлвмштОл. Раановеснан смесь арн температурах свыше 1йб'С содержит преимущественно ИО, а прп течпературах ченыпе б'С вЂ” преимугпестперша НзОл. Необычно высохни кажупгаяся тепзопроводность дчуокиси азота является следствием того, чта молекулы днффунднруют из аысояотемпературных в аизкатеьшературные области, где онн рекомбииируют, освобождая соответствующую теплоту реакции.
' Поскольку ванаэарлпааннэ аа авлнетса п!аволгахач элычрачестаз, аотллшхао поаэлеане залетных элеьтранашзтзмх патей н са . Рассчотриз! некоторыЕ положения тер мохи мин, представляюШие интерес для иаучаемых нами проиессов. Как следует гю первого закона термодинамики, если реакцвя идет при постояниых давлениях н теипературе, теплота химической нз и,! з,зз! з,им и 3 з и и и м и и Рис !Ец Области Зезмом диссецизизи и иониззиии зоздтхз з зззисзиости ат даю!е- ния и те иерзтуры реакции ЬН б1дет равна разноств энтальпий вачального и навечного состояний (при этом предполагается, что совершавши только работа расширения) и не зависнт от пути процесса! дз , м=Н -Н,=ЬН.
(!5-1) здесь Л„ В, — химические символы соответственно реагентов и продуктов реакции (например, С, Оз, СОт и т. п.); о, и Ь, — стетиометрнческне коэффициенты, представляющие собой соответственно число молей реагентов и продуктов реакции; Нз* и Нз.— молярные эятальпии реагентов и продуктов реакции.
йбб В дальнейшеч будем иолагатгч что рассматриваемые реакции идтт при постаянноы давлении смеси (что обычно выполняется длн пропессоз тепло- н чассообчепз) и при постоянной температуре (что выполняется для локальных значений при стационарном режиме) Тогда для любой химической реакции, описываемой стеюзометричсским ураннеиием вада ~,' «,Л, = ~,.' Ь,Вм =! —... ! зеплота,ниической реакции, равная по абсолютной величине выделенному количеству теплоть! ЬН, Дж/хмель, кэитому с обратным знаком, ыожет быть выражена уравнением — ЬН-.= ~!ШН, —,"у Ь.На! =! .=! Если реакция является эндотермической, то теплотагреакции счтггвется положительной; при выделении теплоты — отрицательной. Такая система знаков теплот реащтнй называется термодинамической; иногда используется обратная система знаков (илн записей реакций), называемая термохимической.
Теплота химической реакции зависит от температуры, прн которой протекает процесс, олнако длн большей части химических реакций эта завнсиность слаба. В тех случаях, когда в результате реакция число и тнп молекул не меняются, изменение теплоты реаюпги особенно ча.то. Обычно в сирано шиках приводяпя стандартные значения теплот реакций (прн 0,09806 /бПа и 298,15 К). Буден в дальнейшем полагать, что теплота химической реакция постоянна, т. е.
не Нчменяетпя в конкрегьом процессе теплообнена лля конкретных реакднй. В тернохимических расчетах используется понятие те п лоты образования. Теплота образованна прсдсгавляет собой теплоту химической реакпии при образовании данного вещества (какого-то ьомпояента сыски) из исходных простых веществ. Для значительного количества компонентов реакция образовании из простых веществ на арактике не может быть осуществлена и теплоту образованна рассчатривают в общем случае как вспомогательную величину, нграющ)ю ван,- н)ю роль при расчетах теплот хиьтческнх реакций.
Теплоты образоиаяпя болыного количества химических веществ приводятся в сирано ь никах. В задачах с хямическвмн превращениями используется зптазьпия, ь которую включается теплота образования данного компонента ит исходных веществ. Полная удельная энтальпия /-го компонента й,= ~ск/Т+й о где йз, — удельная теплота обрааоваиня 1-го компонента, Дж/кг /. Величипа йз„тзк же как и теплота химической реакции ййй может быть как положительной, так в отрицательной. Если прв образовании г-го компонента тепловая энергии подводится, то /й, мб; если отвалится, то йа,(0. В тех случаях, когда наряду с химическими реакциямн происходят н фазовые превращевия, энтазьпия должна учитывать и теплоту фазовых переходов. Для смеси газов энтальпия Ь определяется по правилу ахзнтявносгн: (15-3) й=- ~лцйь где ш=р./р — относительная массовая конпентрзция того нампонента смеси; рг — массовая кояпентрацня 1-го компонента смеси, кг/мз; р— плотность смеси, кг/ид Отвесам теплоту химической реаыщи, определяемую уравнением (15-1), к единице массы реагентов нли продуктов реакшоь?1а определению На й л, М Нз з,= И!„ где Мз и Мз — молекулярные массы веществ Лг и Вб й измеряется в Дж/кг Яп а й — в Дж/ьг Вг.
Тогда нз уравнения (15-1) следует, что величина удельного тепловыделения определяетсв следующими уравнениями! у !=. ! я'ч !=-2 =! «=! !=з (15-4) (15-5) Тепле- и массообмен зависят ие толька ат теплоты хнззическнх превращений, ва и от скорости прохождения последних. Скоростью химической реакции вазываетсв количество молелул данного сорта, реагирующих в еднввцу времени.
Чтобы нажив было сравнгпь скорости различных реакннй, кх обычно определяют как числа молекул ялв молей данного вещества, реагирующих в единицу времени в единице объема фазы в случае гомогенной реакции итш па единице повсрхности раздела фзз в сл)чае гетерогенной реакции. Рассмотрим кратко некоторые полоз!ения химической кинетикин.
Под кинетикой реакции понимают зависимость скорости реакции от коннентрацян реагентов, температуры а некоторых других факторов. Реакции мог) т быть как простыми, так н сложяыми. Сложные реакции осуществляются в результате одповремы!ного протекания несколькит простых.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
