Разработка и исследование методов расчета процессов тепломассопереноса в пористых материалах промышленной теплоэнергетики

• Автор: Шелудченко, Людмила Яковлевна
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава I. Описание процессов диффузии и самодиффузии в твердых телах, жидкостях и газах.
§ 1. Процессы диффузии в веществе и их описание
§2. Диффузия и самодиффузия в газообразной фазе
§ 3. Диффузия и самодиффузия в жидкой фазе
§ 4. Диффузия и самодиффузия в твердой фазе
Глава II. Релаксационая модель переноса массы.
§1.0 гиперболических уравнениях переноса
§ 2. Релаксационная модель явлений переноса
§ 3. Релаксационная модель процессов самодиффузии. 94 § 4. Особенности применения релаксационной модели для
описания процессов переноса в пористых веществах. 110 Глава III. Процессы тепломассообмена в пористых материалах промышленной теплоэнергетики.
§ 1. Формы связи влаги с материалом
§ 2. Равновесие влажных материалов во влажном воздухе.
Сорбция и десорбция влаги
§ 3. Дифференциальное уравнение переноса влаги в
пористом теле
§ 4. Экспериментальное исследование коэффициента
диффузии влаги
§ 5. Расчет процессов увлажнения пористых материалов
промышленной теплоэнергетики
Выводы
Литература

Введение
Изучение процессов тепломассообмена в пористых материалах на полимерной и минеральной основе актуальна для многих областей техники.
В первую очередь речь идет о промышленной теплоэнергетике и строительной теплофизике, где указанные материалы широко используются в качестве тепловой изоляции энергетических установок, магистральных теплопроводов, жилых и производственных помещений и других объектов. Теплофизические характеристики пористых тел (прежде всего, теплопроводность и теплоемкость), как известно, во многом определяются их влажностью. Поэтому исследования кинетики увлажнения пористых веществ промышленной теплоэнергетики в условиях атмосферного воздуха представляет значительный практический интерес.
Следует отметить, что эти проблемы актуальны и для ряда других отраслей промышленности. Прежде всего, речь идет о текстильном производстве, отдельные технологические процессы которого предусматривают воздействие на ткани паровой или паровоздушной среды. Известно, что текстильные материалы используются при изготовлении одежды, воздушных фильтров и других устройств, эксплуатационные характеристики которых также зависят от степени увлажнения пористого материала.
Увлажнение пористых тел в области гигроскопических влагосодержаний определяется процессами сорбции и диффузии водяных паров. Физический механизм переноса влаги во влажном материале существенно зависит от его влагосодержания. При неполном насыщении пористого тела водой последняя может переноситься в виде пара в газовой фазе и сорбированной жидкостью. При невысоком влагосодержании с преобладанием осмотического

механизма удержания влаги его молекулы могут мигрировать по материалу за счет диффузии.
Отметим, что при совместном тепломассообмене влага может перемещаться благодаря наличию градиента температуры. Что касается переноса теплоты во влажном материале, то он может осуществляться теплопроводностью твердой матрицы, а также сорбированной жидкостью. Кроме того, теплота может переноситься с потоками массы, обусловленными молекулярной диффузией.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что процессы тепломассообмена в пористых материалах промышленной теплоэнергетики во многом определяется диффузионным механизмом. Однако, особенности этого механизма исследованы недостаточно, что затрудняет возможности расчета и математического моделирования процессов тепломассопереноса в пористых веществах
Цель и задачи работы.
Целью данной диссертации является изучение диффузионного механизма тепломассопереноса в пористых материалах промышленной теплоэнергетики и, в частности, исследование кинетики их увлажнения в гигроскопической области влагосодержаний.
Для реализации этой цели в работе предстояло решить следующие задачи:
1. Провести анализ механизмов диффузии в различных агрегатных состояниях вещества и разработать на его основе принципиально новую релаксационную модель переноса массы.
2. Получить с помощью этой модели универсальную температурную зависимость для коэффициентов диффузии. Рассчитать параметры

При условии, что взаимодействуют только соседние молекулы и что относительные концентрации их вокруг любой из них одинаковы, для раствора, состоящего из двух компонентов можно записать [96]:
8 о= Ср Вон + 2С]С2 Е()12 + 2 е022 (1-48)
S0jj - энергия связи между молекулами i -го и j -го сортов, С) и С2-молярные доли обоих компонентов в растворе. В зависимости от соотношения величин Son, So22, Eon, коэффициент диффузии С изменением концентрации будет изменяться или линейно или проходить через максимум, минимум или точку перегиба. Полагая, -2VyT = AS (1-49)
где AS - изменение энтропии при образовании связи на 1 моль, после некоторых допущений и несложных преобразований выражение для температурной зависимости коэффициента самодиффузии (1-45) можно записать следующим образом:
D= А ехр [(аТ1пТ-ео) / RT] (1 -50)
4f2yflRVUiTV2 [ е0 Л (в'
— +1 ехр
где А =

ехр|
J47tNq 4я а и (3- постоянные величины.
Если выражение (1-50) прологарифмировать, то получим:
1п Б = 1п А + а 1п Т / Я - 80 / КТ (1-51)
откуда видно, что в широком температурном интервале 1п О не линеен относительно переменной 1/Т. В узких температурных интервалах можно считать, что
г = а + вП (1-52)
где а и в постоянные коэффициенты, и, следовательно, за-