Оглавление:
Основные законы переноса теплоты и массы вещества в коллоидных капиллярно-пористых телах
- Основные закономерности тепломассопереноса в коллоидных капиллярно-пористых средах Если внутри влажного материала имеется градиент температуры, влага будет двигаться в направлении теплового потока. Это создает градиент влажности в материале. Если коллоидное капиллярно-пористое тело имеет градиент содержания влаги, влага переместится из места с высокой влажностью в место с
низкой влажностью. Влага движется в виде пара или жидкости. Плотность жидкости и пара в единицу времени, проходящих через поверхностный блок перпендикулярно направлению движения, пропорциональна градиенту влаги капиллярно-пористого тела. Cr = — £> роро (di / dn); Gn = -Dup0 (di / dn), Где Cr и Gn — плотность потока жидкости и пара, кг / (м2 • с) \ DH (, Dn — коэффициент
пропорциональности (коэффициент диффузии жидкости и пара), p0 — плотность полностью высушенного материала, д / dp — градиент содержания влаги. Когда влага перемещается одновременно в виде пара и жидкости, общий поток влаги Ga 0i = GiK + G0 — Оро (ди / дп), (31-1) Где D = Dl + Dn — коэффициент ((x () —
Знак минус в уравнении указывает, что влажность уменьшается в нормальном направлении. Людмила Фирмаль
коэффициент диффузии коллоидного капиллярно-пористого тела, м2 / с. Зависит от содержания влаги и температуры. ; Коэффициент диффузии О состоит из суммы четырех слагаемых, каждый из которых характеризует определенный тип движения влаги. Где D® — коэффициент диффузии, характеризующий движение осмотической
влаги. DH , коэффициент p-диффузии, характеристика, капиллярный влагоперенос в виде пара; ДК. Коэффициент диффузии, характеризующий движение капиллярной воды в г-пене Да У П Ор. Я ‘■ Жидкость. -Характеристический коэффициент диффузии; Адсорбционное движение влаги, ср — молекулярная масса пара. R — универсальная газовая постоянная. Т-абсолютная температура ra; ^ — принимает во внимание взаимосвязь между давлением паров и р-
коллоидом Тело и его содержание воды. «» Соотношение (31-1) является основным законом переноса влаги — при наличии градиента содержания влаги в коллоидных капиллярно-пористых телах как в парообразной, так и в жидкой форме. Если на коллоидном капиллярно-пористом теле есть капли, поток воды все еще остается из-за температуры, температурного градиента. Плотность этого
- потока «gt-prop ^». О градиенте температуры: G = -Dp05 (дтлдн), (31-2) Где D — коэффициент диффузии коллоидного капиллярно-пористого материала, мЕд. b-коэффициент градиента температуры, 1 / градус \ dt / dn-градиент температуры, град / м Уравнение (31-2) является аналитическим выражением закона теплопроводности. • •• Влага движется при наличии градиента влажности и температуры внутри
влажного материала. •• Если во влажном материале имеется градиент влажности и градиент температуры, влага будет двигаться из-за проводимости влаги и термической влаги. Содержание воды. Например, во время контактной сушки направление градиента влагосодержания и градиента температуры совпадают, поэтому явление теплопроводности увеличивает общую влагопроводность, и процесс сушки происходит более интенсивно ( 31-1). Фактически, из-
за передачи тепла в окружающую среду, поверхностный слой материала охлаждается, и его температура ниже, чем внутри материала. проводимость влаги. В этом случае общий поток влаги равен сумме этих потоков. G = GU + Gt = -Dp0 (ди / дп) — + + 1 — >> p06 (dt / dn) \ = -Dpo \ (du / dn) -f- (di / dn) T. (31-3) Уравнение (31-3) является аналитическим
Такое распределение температуры создает градиент температуры от поверхности к центру материала, улучшая общую Людмила Фирмаль
выражением обобщенного закона движения воды в коллоидных капиллярно-пористых телах. Если направление содержания воды и градиента температуры противоположное, направление общего потока влаги зависит от отношения проводимости влаги (di / dp) к теплопроводности влаги (6dt / dn). Например, во время конвекционной сушки за счет испарения влаги и нагревания материала с поверхности внутри материала (рис. 31-2), появляется
градиент содержания влаги (ди / дп) от поверхности к центру материала, а также теплопроводность. Градиент содержания влаги (бдт / дн) от центра материала к поверхности. Это приводит к двум потокам воды в противоположных направлениях. В зависимости от влагопроводности Ga — от центра материала к поверхности, а также от теплопроводности Gt — от поверхности к центру. выпускник «XCI Выпускники * ты Рис. 31 I г ч т gracFt выпускник ^ си Рисунок 31-2 0
Общий расход влаги определяется по формуле G = Gu + Gt = -Dpo (di / dn) -I-Dp0 6 (dtldn)] = == — Dp0 [(di / dn) -b (dtldn)]. (31-4) Если теплопроводность сильнее теплопроводности (поток влаги, создаваемый теплопроводностью, значительно превышает поток влаги, вызванный теплопроводностью), влажность изменится, что приведет к снижению влажности материала — материала От внутреннего слоя к поверхности, а теплопроводность и влажность препятствуют движению потока влаги. Если теплопроводность влаги
сильнее, чем теплопроводность, влага перемещается в направлении теплового потока, то есть в направлении увеличения содержания влаги, глубже от поверхности материала, и влагопроводность уменьшает поток влаги. Например, это явление наблюдается в первый момент сушки инфракрасным излучением или в процессе выпечки хлеба. Когда влага движется в направлении теплового потока, градиент влажности постепенно увеличивается, из-за чего
проводимость воды становится сильнее и, в конечном итоге, эти «движущие силы» равны — теплопроводность и теплопроводность идеальны Сбалансирует проводимость воды. С этого момента влажность в центральном слое поддерживается постоянной, а сушка происходит за счет углубления испарительного слоя, но в центральном слое нет движения влаги. Поток влаги, вызванный теплопроводностью и теплопроводностью, переносит дополнительное тепло в направлении основного теплового потока.
Следовательно, уравнение Фурье q = -I (dtldn) = asr (dt / dn), Это основной закон теплопроводности, и, рассматривая случай нагрева влажных материалов, (31-5) g = -asr (dtjdn) -iG, Где Х — коэффициент теплопроводности. dtldn — градиент температуры. а — коэффициент термодиффузии, равный а = х / ср; s-удельная теплоемкость; p — плотность тела. я энтальпия жидкости. G’-плотность потока влаги.
Значение iG в уравнении (31-5) определяет количество тепла, переносимого влагой. Используя фундаментальный закон движения влаги (31-4) и закон Фурье, применяемый к влажным материалам (31-5), мы можем получить систему дифференциальных уравнений, которая описывает тепло и движение апага влажных материалов. Я могу Дифференциальное уравнение массообмена выводится из основного закона массообмена объекта, окруженного замкнутой поверхностью, с использованием закона сохранения массы вещества.
Коэффициент диффузии D, теплопроводность A и коэффициент градиента температуры b зависят от влажности и температуры. Учитывая это, система нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных может быть получена и ее решение очень сложно. Если эти коэффициенты предполагаются постоянными и используются закон движения жидкости и уравнение Остроградского-Гаусса, дифференциальное уравнение движения жидкости можно записать в виде di / dx = D ^ u + DitfimV9t + e (di / dt), Где е — коэффициент пропорциональности, который характеризует долю
воды, которая движется в форме водяного пара. Этот фактор называется критерием внутреннего испарения (конверсия фага). Если отсутствует внутреннее испарение (e = 0) и отсутствует внутренний источник тепла, связанный с испарением и конденсацией, влага переходит в жидкую форму. Когда критерий внутреннего испарения равен 1 (e = 1), изменения содержания воды в организме могут
происходить только из-за испарения жидкости и конденсации пара. Там нет движения жидкости. Поэтому стандарт внутреннего испарения варьируется от 0 до 1. Это функция влажности и температуры, но ее можно считать постоянной в определенном диапазоне температуры и влажности. (31-6) Когда критерий внутреннего испарения равен 1 (e = 1), дифференциальное уравнение
для переноса пара остается таким же, как и для жидкости, и только коэффициент переноса материала равен коэффициенту переноса пара. (31-7) (31-8) где di’d = DnV2 s + DrfinV2t. Когда расчеты выполняются для зон, где нестационарный теплообмен и массообмен разделены, коэффициенты bj и bj могут быть постоянными для каждой зоны, и в общем случае 4, e <1 Дифференциальное уравнение
(31-6) можно записать в виде: di / dx = DnV2u + ШЖГ2Л 1 день b = bj = bp * Для систем зон, которые рассчитывают процессы тепломассопереноса, дифференциальное уравнение переноса имеет следующий вид! d (/ dt = aV2 / + e (г / с) • (di / dt); (31-9) ди / дх = DV2a + D6V2 / ,, (31-10) Где t — температура тела А — удельная влажность материала; c — удельная теплоемкость влажного материала: c = c0 + coi \ c0 и cn — удельная теплоемкость сухого материала и влажности в нем соответственно. Удельная теплота г-испарения (фаза Переход); di / dx-
изменение влагосодержания основного объема в единицу времени из-за испарения или конденсации влаги внутри материала; V2 — оператор Лапласа. Дифференциальные уравнения тепломассопереноса (31-9) и (31-10) полностью описывают внутренний тепломассоперенос. Если мезообменные свойства постоянны, решение этих уравнений может теоретически рассчитать поля температуры и влажности влажного материала. Значения
массообменных характеристик D, b и c вещества при различных температурах и влагосодержании определяются экспериментально. В настоящее время известно несколько методов определения массообменных свойств, разработанных советскими и зарубежными исследователями.
Смотрите также:
Решение задач по термодинамике
| Средний температурный напор | Числа подобия тепло и массопереноса |
| Основные закономерности тепло и массопереноса | Внешний тепло и массолеренос |
