Главная -> Словарь

Конвективной диффузией

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости * от поверхности твердого тела или к поверхности его одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой случай распространения тепла называют также теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей.. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности твердого тела к жидкости через пограничный слой за счет теплопроводности и от пограничного слоя в массу жидкости преимущественно конвекцией. Очевидно, что на теплоотдачу существенное влияние оказывает характер движения жидкости.

В дальнейшем буквой а будем обозначать приведенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий распространение тепла конвективным теплообменом и тепловым излучением.

Теплообмен между жидкостью и твердым телом, происходящий в результате как теплопроводности, так и конвекции, называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. Теплоотдача зависит от разности температур, коэффи-циб! та теплопроводности и других физических свойств жидкости, характера ее движения, формы и размеров тела и т. д.

Теплообмен между жидкостью и твердым телом, происходящий в результате как теплопроводности, так и конвекции, называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. Теплоотдача зависит от разности температур, коэффициента теплопроводности и других физических свойств жидкости, характера ее движения, формы и размеров тела и т. д.

кипении сменяется конвективным теплообменом к газовой фазе.

Конвективный теплообмен — процесс переноса энергии в форме тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газообразной, жидкой или сыпучей среды. Конвективный перенос тепла возможен в условиях естественной конвекции или вынужденной . Если конвективный теплообмен сопровождается переходом среды из одного агрегатного состояния в другое , то его называют конвективным теплообменом при изменении агрегатного состояния.

Конвективный теплообмен в камерах горения большого объема при сравнительно малых скоростях движения газового потока составляет незначительную величину в общем теплообмене. В высоконапряжев-ных камерах горения относительно малого объема конвективным теплообменом пренебречь нельзя. По опытным данным Иванова , Делягина и Филимонова , конвективный теплообмен в ци-шндрических высоконапряжонных камерах горения составляет от 20 до 50°/0 от общего теплообмена. Интенсивность его определяется критерием Нуссельта Nu = ^-, где d — диаметр камеры, или же Nu^ —

Конвективным теплообменом называют процесс переноса тепла вследствие движения и перемешивания макроскопических объемов газа или жидкости.

Под конвективным теплообменом понимают процесс распространения тепла в жидкости от поверхности твердого тела или к поверхности его одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой случай распространения тепла называют также теплоотдачей соприкосновением или просто теплоотдачей. При теплоотдаче тепло распространяется от поверхности твердого тела к жидкости через пограничный слой за счет теплопроводности и от пограничного слоя в массу жидкости преимущественно конвекцией. Очевидно, что на теплоотдачу существенное влияние оказывает характер движения жидкости.

В дальнейшем буквой а будем обозначать приведенный коэффициент теплоотдачи, учитывающий распространение тепла конвективным теплообменом и тепловым излучением.

в современных ЖРД к охлаждающей жидкости поступает 5—10% тепла продуктов сгорания, которое передается от газов к стенке камеры сгорания конвекцией и лучеиспусканием. В ракетных двигателях '-^70% тепла передается в охлаждающее топливо конвективным теплообменом . Величина конвективного удельного теплового потока в двигателях составляет 1 • 10® ^28 • 10® ккал1м'^-ч , а путем лучистого теплообмена передается 1,5-10® — 2 -¦ 10® ккал/м^-ч .

Перенос вещества из одной фазы в другую может осуществляться посредством молекулярной или конвективной диффузии. Молекулярной диффузией называется перенос молекул вещества через неподвижный или ламинарный движущийся слой в направлении, перпендикулярном к направлению движения. Конвективной диффузией называется перенос вещества за счет конвективных токов, возникающих вследствие турбулентного движения среды.

где i — удельный поток пара; С — массовая концентрация пара; Dn — коэффициент диффузии пара. Закон Фика справедлив лишь для изотермических условий, в частности при испарении в неподвижной среде . В большинстве случаев основным видом массопереноса в двигателях является конвективная диффузия паров топлива при движении среды, причем в ламинарном потоке перенос вещества в основном осуществляется за счет молекулярной диффузии, а при турбулентном движении — за счет турбулентных пульсаций. Перенос массы вещества, обусловленный одновременной молекулярной и конвективной диффузией, называют конвективным массообменом. Когда этот массообмен происходит между движущейся средой и поверхностью другой среды, его называют массоотдачей.

Схема переноса вещества между фазами представлена на рис. ХП-1. Пусть в фазе G концентрация у рассматриваемого компонента больше равновесной, т. е. компонент переходит из фазы G в фазу L. Скорость переноса вещества равна М. Интересующий нас компонент должен быть перенесен к границе раздела фаз, чтобы был осуществлен процесс массообмена между фазами. Перенос вещества к границе раздела фаз осуществляется двояко: конвективной диффузией, т. е. в результате движения частиц данной фазы, и молекулярной диффузией, т. е. в результате движения молекул через слой данной фазы.

Поэтому в каждой фазе различают ядро, т. е. основную часть потока данной фазы, в котором перенос вещества обусловлен главным образом конвективной диффузией, и различают пограничные слои толщиной 6G и 6/,, примыкающие в границе раздела фаз. Здесь массоперенос вызывается главным образом молекулярной диффузией, роль которой увеличивается по мере приближения к границе раздела фаз. Толщина пограничного слоя зависит от скорости движения фаз.

Критериальное уравнение конвективной диффузии. Выведенное дифференциальное уравнение является математическим описанием процесса перемещения вещества в жидкой фазе конвективной диффузией. Для полного математического описания процесса это уравнение должно быть дополнено уравнением, характеризующим условия на границе рассматриваемой фазы. Количество вещества, перемещающегося из фазы в фазу у границы, можно определить исходя из основного закона конвективной диффузии:

Уравнение характеризует условия на границе рассматриваемой фазы и вместе с уравнением является математическим описанием процесса перемещения вещества конвективной диффузией.

При Сп Ср распределяемое вещество перемещается из твердой фазы в ядро омывающей фазы, причем от средней плоскости пластины к поверхности вещество перемещается массопроводностью, а от поверхности в ядро омывающей фазы конвективной диффузией.

процесса скорость сушки оказывается постоянной, не зависящей от влажности материала. В этот период постоянной скорости испарение влаги из материала происходит так же, как и со свободной поверхности жидкости. Скорость процесса лимитируется конвективной диффузией паров воды от поверхности раздела фаз в ядро газового потока.

Конвективная диффузия. Количество вещества, переносимого в пределах фазы вследствие конвективного переноса вместе с самой средой в направлении ее движения, пропорционально скорости движения среды. Суммарный перенос вещества в результате конвективного переноса и молекулярной диффузии по аналогии с теплообменом называют конвективным массообменом или конвективной диффузией.

те из конвективных вихрей WK, которые направлены в сторону поверхности раздела, помогают переносу вещества из ядра потока в пограничный слой; этот перенос называют конвективной диффузией. Пограничные слои, где действует только молекулярная диффузия, рассматриваются как главное сопротивление переходу вещества, так как за счет молекулярной диффузии в пограничном слое вещество переходит значительно медленнее, чем при конвективной диффузии в ядре потока.

Скорость гетерогенной реакции зависит от ряда физических факторов. Исследования кинетики гетерогенных реакций стараются проводить в таких условиях, чтобы по возможности исключить или ослабить до минимума влияние физических факторов — диффузии, пористости материала и др. При исследовании кинетики гетерогенных, реакций часто применяют метод непрерывного взвешивания реагирующей частицы с помощью чувствительных пружинных микровесов, устроенных в виде тонкой стальной иглы крутильных весов или из кварцевой спирали и т. п. Взвешиваемая частица находится в обтекающем ее реагирующем газе. Температура реагирования поддерживается с помощью электрической печи, в которой помещается реагирующая частица и контролируется термопарой. Частица обычно имеет сферическую или цилиндрическую форму для простоты определения ее внешней поверхности. Изменение веса позволяет судить о суммарной скорости реакции и дает только общее представление о кинетике, в частности, о суммарном порядке реакции. В некоторых исследованиях наряду с взвешиванием частицы производят анализ газообразных продуктов реакции. Как известно, гетерогенная реакция сопровождается молекулярной и конвективной диффузией. При достаточно большой скорости потока газа, обтекающего подвешенную в нем частицу, диффузия не влияет на общую скорость реакции. Поэтому, чтобы исключить диффузионное сопротивление, стремятся изучать кинетику реакции при достаточно большой скорости потока газа. Снижение температуры способствует уменьшению влияния диффузии. Чем ниже температура реагирования, тем быстрее происходит переход в этот так называемый внешний кинетический режим . С другой стороны, известно, что чем выше температура, тем больше процесс реагирования сосредоточивается на внешней поверхности. При низких температурах процесс осложняется внутриобъемным реагированием в норах и трещинах кусочка материала. Это обстоятельство следует учесть при определении видимой энергии активации и при изучении других сторон кинетики реакции. Как известно, видимая энергия активации в случае развитого процесса внутреннего реагирования составляет половину от энергии активации в чисто кинетическом режиме .