ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Тепловые явления из "Введение в моделирование химико технологических процессов Издание 2" Закономерности переноса отличаются сложностью, обусловленной наличием нескольких различных его механизмов. В то же время, анализ облегчается аналогией, существующей между переносом импульса, тепла и вещества. Поэтому перенос всех трех субстанций удобно рассматривать вместе. [c.177] Классифицировать механизмы переноса удобнее всего п о уровню, т. а. по масштабу, в котором осуществляется элементарный акт переноса. [c.177] Квантовый уровень переноса является наинизшим на нем перенос осуществляется путем излучения и поглощения элементарных частиц (квантов). Механизм переноса на квантовом уровне называют излучением. [c.177] Перенос импульса излучением связан с давлением света. Этот процесс важен в космическом масштабе, но в химической технологии пока практически не играет роли. [c.177] Перенос тепла излучением играет первостепенную роль во многих высокотемпературных процессах. В этой книге основное внимание уделяется процессам сравнительно низкотемпературным, в которых интенсивность излучения резко снижается. Поэтому и данный процесс переноса мы подробно разбирать не станем. [c.178] Молекулярный уровень переноса — второй, более высокий уровень, связанный с тепловым движением. На этом уровне перенос и импульса, и тепла, и вещества играет важнейшую роль в большинстве процессов химической технологии. [c.178] Молекулярный механизм переноса импульса называется вязким трением, или вязкостью. В химической технологии вязкость нечасто рассматривается как механизм переноса. Однако такое рассмотрение помогает при анализе многих случаев. Для выяснения механизма вязкости рассмотрим такую упрощенную модель переноса. [c.178] Человек, перепрыгивающий с движущейся платформы на неподвижную, участвует в двух движениях поперечном — с платформы на платформу, и продольном — вместе с платформой, с которой он прыгает. После приземления он передаст неподвижной платформе продольный компонент импульса она получит толчок вперед. Наоборот, человек, прыгающий с неподвижной платформы на подвижную, подтормаживает ее. Следовательно, после прыжков платформа Б будет двигаться медленнее, чем до этого, а платформа А придет в движение (рис. 15.1,6). Перепрыгивая, люди перенесли импульс с одной платформы на другую. [c.178] Обратимся теперь к такой, также упрощенной ситуации. Представим себе две касающиеся друг друга массы газа, одна из которых в начальный момент неподвижна, а другая движется вдоль плоскости раздела обеих масс. Если эта плоскость проницаема для молекул, то вследствие теплового движения молекулы начнут перелетать из движущейся массы в неподвижную, перенося в нее свою долю импульса, а навстречу будут перелетать молекулы, подтормаживающие движущуюся массу. [c.178] Поток импульса (импульс, переносимый в единицу времени через единицу площади) равен тангенциальному напряжению трения по величине и размерности. Равенство размерностей читатель может проверить самостоятельно. [c.179] Основные количественные закономерности вязкого трения аналогичны закономерностям молекулярного механизма переноса тепла— теплопроводности и молекулярного механизма переноса вещества — диффузии. Все три процесса описываются аналогичными законами (2.15) — (2.17). [c.179] Заметим, что исторически законы (2.15)—(2.17) получены как эмпирические соотношения. Как мы уже говорили в разделе 3, это характерно для фундаментальных закономерностей науки. Лишь в простейших частных слу--чаях (для идеальных газов) уравнения (2.15) —(2.17) можно вывести из молекулярно-кинетических соображений. В остальных задачах мы и сейчас принимаем их как эмпирические. В ряде случаев приходится считаться с приближенным характером этих соотношений, вносить в них поправки, но в химической технологии довольно редко возникает необходимость в таких поправках. Пожалуй, наиболее важный случай отклонения от формул (2.15)— (2.17) — течение неньютоновских жидкостей [52]. [c.179] Для газов все три критерия близки к 1, изменяясь в основном от 0,5 до 2. Интенсивности переноса — величины одного порядка. [c.179] В капельных жидкостях Рг обычно имеет порядок 10 —10 , а Ргд —от 103 до 10 . Здесь аналогия значительно менее глубока. [c.179] Разберем причину снижения глубины аналогии на примере переноса тепла и вещества. [c.180] В газах перенос в основном связан с перемещением молекул в пространстве перемещение быстрых молекул (молекул с большой энергией) ведет к переносу тепла перемещение молекул рассматриваемого вещества — к его переносу выше показано, что и перенос импульса основан на перемещении молекул. В соответствии с этим, в газах a D. [c.180] Наконец, в твердых телах тепло проводится хорошо, а диффузия протекает чрезвычайно медленно. Здесь 01а Ь или Ье— -оо. [c.180] Поэтому в ряде случаев диффузия и теплопроводность проходят очень по-разному. Рассмотрим, например, передачу тепла и вещества внутри пористого зерна катализатора. Небольшой участок зерна в крупном масштабе схематически изображен на рис. 15.2. Диффузия идет здесь по извилистым узким порам между твердыми частицами. Перенос же тепла происходит в основном по твердому . Путь диффузии из точки А в точку В оказывается гораздо длиннее пути теплопроводности, перенос тепла существенно интенсивнее, чем перенос вещества. [c.180] Вывод уравнения теплопроводности. Этот вывод проводится методом, вполне аналогичным методу элементарного объема, изложенному в конце раздела 14. Мы рассмотрим вывод для случая неподвижной среды вывод для случая переноса в потоке несущественно отличается от рассматриваемого, его можно найти, например, в книге [4]. [c.180] Выделим в среде, в которой осуществляется теплопроводность, элементарный объем в виде параллелепипеда со сторонами йх, йу и йг (рис. 15.3). Запищем для этого объема обобщенное уравнение теплового баланса. В балансе учтем приход и расход тепла с тепловым потоком т, выделение тепла реакции, происходящее внутри элементарного объема со скоростью (удельной тепловой мощностью) Лт, Дж/(м -с), и накопление тепла, выражающееся в росте температуры. Разумеется, вместо выделения тепла может быть поглощение, а вместо роста — убыль температуры это учтем знаками соответствующих величин. [c.181] Вернуться к основной статье