УДК 664.1

 

КРИТЕРИАЛЬНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ ДЛЯ РАСЧЕТА ТЕПЛО И МАССООБМЕНА

 

Экспериментами, провоидившися ранее было обнаружено, что коэффициент теплооотдачи при наличии испарении жидкости определяется интенсивностью теплоотдачи под влиянием потока. Тепломассопереноса в ка­пиллярно-пористых телах является организация процесса удаления влаги с пе­ременной интенсивностью внешнего энергоподвода [1], в том числе режим че­редования сторон облучения теплом [2], преимущества которого заключаются в повышении плотности теплового потока при соблюдении предельных значений потенциалов внутреннего переноса и снижении тормозящего фактора термо­диффузии.

Трудности расчетно-аналитического исследования подобных процессов, связаны о большим разнообразием кинетических закономерностей, что предо­пределяет индивидуальный подход к постановке краевой задачи: наличие или отсутствие тепломассообменного равновесия на границах тела, использование различных гипотез для интенсивности внешнего и внутреннего массопереноса, задачи о подвижными границами, зональные метода расчета и т. д.

Универсальные краевые условия для задач такого рода в случае, когда температура пористого тела не превосходит температура насыщения, могут быть составлены на основе критерии поверхностного влагосодержания Dn, ко­торый характеризует соотношение действительной интенсивности массообмена тела с окружающей средой и интенсивности при равновесных параметрах на поверхности тела. Выражение для Dn можно получать на основе анализа урав­нения массообмена в поверхностном слое влажного тела [3]

 

                                                                   (1)

где FЖ, F - площади поверхностей жидкости и пористого тела, ,  - удель­ные парциальные давления соответственно у поверхности и в окружающей сре­де,  ζ - характерное заглубление мениска жидкости, β - коэффициент массооб­мена.

После преобразований, имеющих цель найти зависимость дейст­вительной концентрации на стенке от режимных факторов, получим

 

,                                                      (2)

 

где  - удельное парциальное давление насыщения.

Поверхностная концентрация жидкости Fж/F связана с влагосодержанием:  где -относительное влагосодержание поверхности тела;  ,  - плотности скелета и жидкости, П-пористость. С уче­том действительно поверхности испарения для критерия, представляющего со­бой отношение диффузионных сопротивлений пограничного слоя и устьев ка­пилляров, получим

 

                                                            (3)

 

где  - относительное гигроскопическое влагосодержание, С-показатель рас­пределения влаги.

Анализируя (1)-(3), легко убедиться, что при  и  равновесная концентрация пара у поверхности тела определяется только температурой и не зависит от интенсивности внешнего массообмена. Противоположная ситуация. Когда,  и  характеризует класс «высокоинтенсивных» процессов и является признаком условной границы между периодами постоянной и падаю­щей скорости сушки. Заметим, что использование Dn позволяет предложить метод определения коэффициента массопроводности, полностью исключаю­щий достаточно трудоемкий процесс регистрации локальных влагосодержаний. Из уравнения интенсивности испарения  с учетом (2) и (3), где плотность потока массы  находится по интегральной скорости убыли влаги, а  -по термограмме, можно вычислить влагосодержание поверхности пластины  . В этом случае коэффициент массопроводности рассчитывается по формуле

 

                                                                                           (4)

 

Для выяснения преимуществ и областей рационального использования различных способов внешнего нестационарного теплового воздействия была использована математическая модель внутреннего тепломассопереноса, со­держащая систему дифференциальных уравнений в частных производных с краевыми условиями, построенными на основе (2), (3).

Численное решение проводилось в соответствии расчетов при перемен­ных коэффициентах переноса, заданных известными аппроксимациями, и экс­периментальных данных ряда авторов для процессов различной интенсивности дает основание использовать полученную математическую модель для сравни­тельного анализа за нескольких вариантов внешнего энергопровода.

Расчеты показывают, что в условиях низкой и умеренной интенсивности, т.е. Lu>0,l; Pn, Bi, Ki<l, Dn= 1, имеют практически одинаковые выходные ха­рактеристики. В периоде прогрева градиенты температуры и влагосодержания превосходят соответствующие значения. Время достижения заданных предель­ных параметров больше, чем вариантах организации процесса и влияние пе­риода осциллирования в пределах =0,1-1,0 выражено слабо. С увеличени­ем интенсивности внешнего тепломассообмена (Lu>0,l: Pn = 1: Bi, Ki >1: Dn=l) начинают проявляться преимущества чередования относительной интенсивно­сти удаления влаги от скважности тепловых импульсов, на основании которой можно сделать заключение о целесообразности использования режима чередо­вания сторон облучения тепловым потоком с минимальной скважностью им­пульсов, /ill) В работе предпринимается объяснить наличие фазовых превращений в пограничном слое в образовании источников пара.

 

Условные обозначения

D- коэффициент диффузия, М - молекулярная масса пара, Р - абсолютное дав­ление парогазовой среда, U - влагосодержание тела, Т - абсолютная температу­ра, τ - время, X=x/R - безразмерная толщина пластины, FO - число Фурье, Lu -критерий Лыкова, Рn -критерий Постнова, Bi - критерий Био, Кі- критерий Кирпичева.

 

Литература

1 Гинзбург А.С. Современные методы интенсификации тепломассообмена в процессах сушки капиллярно-пористых материалов. В сб.: Тепломассообмен-VI. Тепломассоперенос в капиллярно-пористых телах. - Минск: ИТМО АН БССР, 1980, С. 130-145.

2 Данилов О.Л., Смагин В.В. Аналитическое решение внутренней задачи тепломассопереноса в условиях терморадиационной сушки при чередовании сто­рон облучения. - Тр. МЭИ, вып. 268.-М. 1975, С. 139-148.

З Луцик П.П. Кинетика поля фазового превращения в дисперсных пористых те­лах при сушке. - В сб.: Теплофизика и технология сушильно-термических про­цессов. - Минск: ИТМО АН БССР 1975, С. 55 - 64.