Аналогия между диффузией и теплообменом. Критерии подобия.

При гетерогенных реакциях горения молекулярная диффузия и теплопроводимость осущ-ся внутри сравнительно тонкого пограничного слоя у поверхности, т.к. внешний поток обычно бывает турбулентным. Однако именно процессы переноса п.с. оказывают определяющее влияние на скорость горения, т.к. интенсивность переноса массы и энергии в турбулентном потоке во много раз больше интенсивности переноса пограничным слоем. Скорость тепло- и массообмена поверхности с потоком определяется интенсивностью молекулярного переноса в погран-м слое. Тепловой критерий подобия Нуссельта является критерием граничных условий:

Nu=a*d/λ Nu_Д=a_Д*d/Д a_Д-к-т диффузионного обмена.

При вынужденном движении среды, для тепловой задачи, определяющими являются критерии Re и Pr: Re=wd/ν; Pr= ν/a – хар-т физ-е свойства вещ-ва.

Pr_Д= ν/Д Pe=wd/a Pe_Д=wd/Д Pr=Pe/Re= ν/a Pr_Д=Re_Д/Pe_Д= ν/Д Le=Д/а

При тепловой свободной конвекции в кач-ве определяющего, используется критерий Gr:

Gr=gβ∆Td³/ ν² Хар-т соот-е между подъемными силами и силами вязкости.

Если в системе изменяется плотность, ввиду состава вещества, то в качестве определяющего используют Ar.

При совместном и сопостовимом влиянии вынужденной и свободной конвекции, определяющими будут критерии Gr и Re. При решении нестационарных задач, используется критерий Fo и Bl:

Fo=аτ/d² Fo_Д=Дτ/d² Bl=ad/λ_нат-ла кол-во теплоты, получ-е телом/кол-во теплоты переданное внутрь тела за счет тепловопроводности.

St=[1-Т’’/T_теор] / [1-Т_ст/T_теор]

Т’’ – средняя температура газов на выходе из топочного устройства.

T_теор – теоретическая температура горения

Т_ст – средняя температура охлажденной стенки.

Для учета зависимости физ св-в от темпераутры, к критериям подобия добавляется температурный фактор: ∆Т/Т (хар-ая разность температур/определяющая темпераутра).

Из сравнения уравнения т.обмена и диффузии очевидна их аналогия. Вследствие этого, в зависимости тепл и диф Nu от определённых критериев должно быть одинаковы при одинаковых пределах изменения последних.

Однако аналогия между диффузией и теплообменом является приближенной. И в первую очередь, она может нарушаться из-за появления стефановского потока.

Для учета влияния стефановского потока, в число опреде-ых критериев подобия включают:

Р_1пов/Р; Р_1пот/Р

Р_1пот - парциальное давление диффундируемого компонента в потоке

Р_1пов ­­- … у поверхности.

Стефановский поток так же оказывает влияние на толщину пограничного слоя. Аналогия между Т и Д не является полной и по ряду других второстепенных причин.

Однако она широко используется в тех случаях, когда её нарушение не оказывает существенного влияния. Для нестационарных условий следует различать тепломассобмен на поврехности частицы и на внешней поверхности погран слоя, поэтому вводят поверхностный и объемный к-ты обмена, и отвечающие этим к-там Nu_ПОВ и Nu_ОБ

Общие положения химической кинетики.

Хим. взаим-е молек. происх. при их соударении. Но первонач. связи в молек. будут разр только в том случ., если возникающие при соударен-ипотенциальная энергия превысит некоторое предельн. знач называемое энергией активации (Е).Скорость реакц. выр. числом актов хим. превращения в единице обьема за единицу времени мож. запис:

(1)

– пред экспоненц-й множ-ль пропорц-й числу столкновен. молек. и учит-й геом. фактор

– концентрации молек. А и В.

Константа скорости хим. реакц. нах. по ф-ле:

(2)

– постоянная для реакции величина

(1) и (2) выражают закон Аррениуса, сумма показателей степени при – порядок реакции

При р.горения Е находится в диап. E=(40–200)10³ кДж/кмоль, Т_П=2500–12500 К

Число Стентона

–темп. газов на вых из топочн устр.

–теор t горения

– t охлаждаемой стенки

Для учета зав-ти физ-х св-в от t, критерием подобия добавл температурн фактор:

–разность температур, – определяющая температура

Для учета влиян. Стефановского потока в число опред-х критериев включают

–парц. давлен в диф. потоке, –парц.давлен. диф-го к-та на поверхности

Стеф. поток оказ. влиян на толщину погр. слоя. Аналогия м.д. теплообменом и диф. не явл. полн. и по ряду другихвторостепенных прич. но она широко исп-ся в тех случ.,когда её наруш не оказ. сущ. влияния Для нестац. усл. след. различать тепломассообмен на пов-ти частицы и на внешней пов-ти погр. слоя, поэтому ввод. поверхностный и обьемный коэф. обмена и отвечающие этим коэф-м

Дата добавления: 2015-08-18