Основы теплопередачи - Крейт Ф.
Скачать (прямая ссылка):
«.-Ч^йг^/Т- <^>
где kv — коэффициент теплопроводности насыщенного пара, Вт/(м-град); D0 — наружный диаметр трубы, м; ^ — вязкость насыщенного пара, Н-с/м2; другие обозначения такие же, как
Конденсация, кипение и мадсообмен 457
и в уравнении (8.21), за исключением У. Величина Я' определяется по формуле
/ 0,4спг,АГу\
* = ы1+-1^)- <8-27>
где Cpv — удельная теплоемкость насыщенного пара, Дж/(кг-град).
Средний коэффициент теплоотдачи Нь в выражении (8.26) учитывает только количество тепла, переданное путем теплопроводности через пленку пара и путем конвекции от поверхности пленки к окружающей жидкости при кипении. При расчете суммарного переноса тепла дополнительно к этому потоку тепла необходимо учитывать вклад излучения. Поскольку радиационный теплообмен вызывает увеличение толщины пленки, коэффициент hb, учитывающий теплопроводность и конвекцию, при •наличии заметного вклада излучения меньше, чем в его отсутствие. Суммарный коэффициент удельной тепловой проводимости поверхности при существенном влиянии излучения можно определить из эмпирического отношения
h = hb(^yZ + hr (8.28)
в предположении, что излучательная способность жидкости равна единице. Для определения коэффициента теплоотдачи в случае, когда жидкость обтекает поверхность трубы, Бромли и др. [41] предложили формулу
^=W1SF (8-29)
при условии, что скорость Vоо больше 2<\/gD0. Тогда в этом случае суммарный коэффициент удельной тепловой проводимости поверхности с учетом излучения равен
h=hb + ^hr. (8.30)
При скоростях, меньших 2 VgD0, течение не является полностью развитым турбулентным и коэффициент H можно рассчитать на основе данных работы [41].
8.4. МАССООБМЕН
Массообмен — процесс переноса некоторой компоненты смеси из области с высокой концентрацией этой компоненты в область с меньшей концентрацией. Наше обсуждение проблемы массообмена будет проведено на относительно элементарном уровне. Для более глубокого изучения массообмена рекомендуется обратиться к работам [43, 47].
458 Глава 8
В двух последующих разделах будут рассмотрены две широкие категории массообмена. Этими категориями являются диффузионный массообмен и конвективный массообмен. Диффузионный массообмен в среде (также часто называемый молекулярным массообменом) происходит главным образом в результате молекулярного движения. Диффузия одного компонента в смеси, находящейся по существу в стационарном состоянии, в направлении уменьшения концентрации этого компонента аналогична переносу тепла теплопроводностью в направлении уменьшения температуры. Хорошо известным примером диффузионного массообмена является перенос распыляемого из баллончика аэрозоля в неподвижном воздухе комнаты. Аэрозоль из места распыления распространяется по всей комнате. Аналогично мокрая одежда, находящаяся в комнате, в конечном счете высыхает, поскольку водяной пар с высокой концентрацией, окружающий одежду, диффундирует в более сухой воздух. Существуют другие многочисленные примеры процесса диффузионного массообмена.
Конвективный массообмен включает перенос компонента вследствие движения всей массы жидкости. Процесс конвективного массообмена аналогичен процессу конвективного теплообмена. Конвективный массообмен может быть вынужденным и свободным. Если движение жидкости обусловлено разностью плотностей, процесс является свободным конвективным массообменом, а если движение жидкости вызывают внешние устройства, такие, как вентилятор или насос, процесс принято классифицировать как массообмен при вынужденной конвекции. Существуют многочисленные примеры процессов конвективного массообмена, такие, как увлажнение, дистилляция, экстракция жидкости, абсорбция газа, выщелачивание.
Наши представления о массообмене в большой степени основаны на аналогии с соответствующим процессом теплообмена. Мы обсудим уравнение для диффузионного потока массы, которое аналогично закону Фурье для переноса тепла теплопроводностью. Кроме того, поскольку уравнения сохранения для конвективного переноса тепла и массы подобны, найдем, что многие из безразмерных корреляционных соотношений для конвективного теплообмена дают приемлемые результаты и применительно к задачам конвективного массообмена.
Диффузионный массообмен
Скорость диффузии частиц типа А в смеси частиц А и В (такой процесс переноса часто называют бинарной диффузией, поскольку в смеси присутствуют только два типа частиц) определяется первым законом диффузии Фика. Этот закон можно записать на основе массовых представлений, когда поток массы
Конденсация, кипение и массообмен 459
измеряется в кг/с, или на основе молярных представлений, когда поток массы измеряется в моль/с.
При использовании массовых представлений первый закон Фика в одномерном виде имеет вид
rh'k = * a Wa + AS) - pd AB-J^. (8.31)
где т% т'в — плотность потока массы в направлении х частиц типа А и частиц типа В соответственно, кг/м2-с; сол — массовая долевая концентрация частиц типа Л, которая представляет собой безразмерную величину, определяемую как масса частиц типа Ay деленная на массу смеси частиц А и В\ р — плотность смеси частиц А и S, кг/м3; Dab — коэффициент диффузии частиц типа А в частицах типа ?, м2/с; х — направление, в котором измеряется поток массы, м.
