Теоретические основы теплотехники - 151 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

1
11
1
21
−
ε
+
ε
=ε
пр
.
поскольку принимается, что в реальных задачах мы встречаемся со случаем, когда можно считать, что
F
1
≈ F
2
.
2.5 МАССОБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
2.5.1 Основные понятия и законы
На все свой ход,
На все свои законы...
Е. А. Баратынский
П
роцессы переноса массы очень часто встречаются в природе и различных технических устройствах. В
первую очередь это молекулярная диффузия, возникающая в результате теплового движения молекул и
приводящая к установлению равновесного распределения концентраций. В однородных смесях при
этом происходит перенос массы вещества из области с большой концентрацией в те места, где концен-
трация данной компоненты меньше, в результате концентрации выравниваются.
Во многих случаях массообмен происходит одновременно с теплообменом, и именно такие процес-
сы применительно к двухкомпонентным смесям мы и будем в основном рассматривать. Подобно тепло-
обмену, массоперенос может протекать как на молекулярном уровне (молекулярная диффузия), так и
макроскопическим путем, в результате перемещения и перемешивания макрообъемов жидкости или га-
за (конвективный массоперенос).
Интенсивность массообмена принято характеризовать количеством вещества, проходящего в еди-
ницу времени через данную поверхность в направлении нормали к ней. Эту величину называют пото-
ком массы J данного компонента. Поток массы, проходящий через единицу поверхности, называют
плотностью потока массы j:
F
J
j =
. (2.70)
Точнее эти понятия определяются формулами
dF
dJ
j =
и
∫
=
F
dFjJ
0
, (2.71)
а при j = const как частный случай получаем J = j F и формулу (2.70). Величина j является вектором, на-
правленным в сторону уменьшения концентрации компонента.
Плотность потока массы в однородной неподвижной среде для одного из компонентов определяет-
ся законом Фика:
n
m
D
n
Dj
ii
i
∂
∂
ρ−=
∂
ρ∂
−=
см
, (2.72)
где D – коэффициент молекулярной диффузии одного компонента относительно другого; ρ
i
– местная
массовая концентрация компонента, равная отношению его массы к объему смеси; m
i
= ρ
i
/ ρ
см
– отно-
сительная массовая концентрация компонента; n – направление нормали к поверхности одинаковой
концентрации. Производная nm
i
∂
∂
представляет собой градиент концентрации, направленный в сторо-
ну ее увеличения. Градиент концентрации является движущей силой концентрационной диффузии, ве-
личина его определяет интенсивность этого процесса. Из кинетической теории газов известно (и опыты
это подтверждают), что величина D возрастает с увеличением температуры и уменьшается с ростом
давления газа. Ее значение зависит и от соотношения компонентов, но зависимость эта слабая, ее учи-

Страницы