Материал: Теоретические основы теплотехники 2

тся многокомпонентные смеси газов. Если температура поверхности тепло-

обмена ниже температуры температури насыщения –го компонента смеси, то на поверхности теплообмена происходит конденсация этого компонента. В

этом случае передача теплоты от парогазовой смеси к поверхности теплооб-

мена осуществляется совместно протекающими процессами конвективного теплообмена и конвективного массообмена.

При конденсации пара из парогазовой смеси его концентрация у по-

верхности теплообмена становится меньше концентрации пара в ядре потока

Плотность потока массы пара, если считать что смесь подчиняется уравнению состояния идеального газа, определяется из соотношения

ность, массовая концентрация и парциальное давление пара в потоке парога-

зовой смеси; п.пов ,mп.пов , pп.пов – плотность, массовая концентрация и парци-

альное давление пара у поверхности конденсации; Rп – газовая постоянная пара, Дж/(кг К).

66

где m и п – молярные массы парогазовой смеси и пара, p – давление сме-

си, МПа.

Парциальное давление пара у поверхности конденсации pп.пов определя-

ется по таблицам термодинамических свойств пара на линии насыщения [ ].

Плотность теплового потока, передаваемого к поверхности теплообме-

на при совместном протекающих процессах тепло- и массообмена, без учета перегрева парогазовой смеси и переохлаждения конденсата, определяетс по уравнению

где qк и qм – плотности тепловых поток, передаваемых при конвективном теплообмене и массообмене, Вm/м2; к – конвективный коэффициент тепло-

отдачи от парогазовой смеси к поверхности теплообмена, Вm/(м2К); r – теп-

лота конденсации, Дж/кг; см – общий коэффициент теплоотдачи учитыва-

ющий конвективный теплообмен и массообмен, Вm/(м2К).

Общий коэффициент теплоотдачи см определяется:

при пленочной конденсации

при капельной конденсации

67

Для получения значения плотности теплового потока, передаваемого к поверхности теплообмена при совместном протекающих процессах тепло- и

массообмена, необходимо рассчитать конвективный коэффициент теплоот-

дачи и коэффициент массоотдачи (153), входящие в соотношения для опре-

деления общего коэффициент теплоотдачи (154), (155).

Для исследования совместно протекающих процессов тепло- и массо-

обмена при конденсации пара из парогазовой смеси рекомендуются исполь-

зования к аналогии между теплоотдачей и массоотдачей. Теоретическим обоснованием аналогии является сходство дифференциальных уравнений,

описывающих процессы теплообмена и массообмена.

На основании этого процесс массоотдачи может быть рассчитан по уравнениям подобия для конвективной теплоотдачи с заменой чисел подобия теплообмена на числа подобия массообмена.

Следовательно, уравнения подобия теплообмена и массообмена при условии существования аналогии между ними имеют вид:

Если характеристики процессов тепло- и массобмена не соответствуют условиям существования приближенной аналогии между ними, то в уравне-

ния подобия конвективного теплообмена и конвективного массообмена, для учета взаимное влияние этих процессов друг на друга, вводятся дополни-

тельные безразмерные величины g Pп - безразмерная разность парци-

P

68

альных давлений пара, учитывающая поперечный поток пара к поверхности

Уравнение подобия в этом случае принимает следующий вид:

Критериальные уравнения для различных условий конвективного теп-

лообмена - и массобменна приводятся в справочной литературе.

10. Лучистый теплообмен

Лучистым теплообменом называется форма распространения между телами в пространстве внутренней энергии. При этом, как отмечалось выше,

происходит двойное превращение внутренней энергии, внутренняя энергия тела превращается в лучистую и передается в пространстве путем электро-

магнитных волн (излучением), в свою очередь, поток энергии электромаг-

нитных волн (лучистая энергия) при поглощении их другим телом вновь пре-

вращается во внутреннюю энергию.

Возбудителями электромагнитных волн являются заряженные электро-

ны и ионы. Колебания ионов соответствуют излучению низкой частоты. Из-

лучение вызванное колебаниями электронов может имеет высокую частоту,

если электроны входят в состав атомов и молекул. Излучение веществ со свободными электронами имеет импульсный характер с волнами разной ча-

стоты, в том числе с волнами низкой частоты.

На волновой характер излучения влияют корпускулярные свойства, ко-

торые заключаются в том, что лучистая энергия излучается материальными телами не непрерывно, а отдельными дискретными порциями – квантами света, или фотонами.

Все виды электромагнитного излучения имеют одинаковую природу и отличаются только длиной волны.

69

Большая часть твердых и жидких тел имеет сплошной спектр излуче-

ния, т. е. излучает энергию во всем диапазоне длин волн. Некоторые тела

(чистые металлы, газы и др.) излучают энергию только в определенных ин-

тервалах длин волн. Такое излучение называется выборочным или селектив-

ным.

Количество излучаемой энергии увеличивается с ростом температуры тела, а в газах - с увеличением толщины слоя и давления газа. Для твердых и жидких тел характерно излучение и поглощение лучистой энергии тонким поверхностным слоем. В газах излучение и поглощение энергии происходит всем объемом.

Некоторые виды излучения обладают свойством превращаться в теп-

ловую энергию при поглощении телами, вызывая нагревание. Это свойство излучения определяется длиной волны и, зависит от температуры тела. В

наибольшей мере такими свойствами обладает видимое инфракрасное (теп-

ловое) излучение с длиной волны от 0,8 до 800 мк.

Количество энергии, излучаемое поверхностью тела во всем интервале длин волн (от λ=О до λ=∞) в единицу времени, называется полным (инте-

гральным) лучистым потоком Q (Вт). Излучение, соответствующее узкому интервалу длин волн, называется монохроматическим. Лучистый поток, ис-

ходящий с единицы поверхности излучающего тела по всем направлениям полупространства называется плотностью интегрального излучения E (Вт/м2)

Из уравнения (157) следует, что лучистый поток , исходящий со всей поверхности излучающего тела равен

70