книги из ГПНТБ / Термодинамические основы интенсификации сушки строительных материалов и изделий [сборник]

Б. Н. БОБКОВА

ОСОБЕННОСТИ ВНУТРЕННЕГО МАССОПЕРЕНОСА ВО ВЛАЖНЫХ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ТЕЛАХ ПРИ СТАТИЧЕСКОМ И ИМПУЛЬСНОМ ИЗМЕНЕНИЯХ ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ*

В тех процессах, где давление среды на поверхности сушимого тела подвержено импульсным изменениям во времени (импульсно-вакуумная сушка [3]), возникает конвективно-молярный перенос жидкости.

Анализируя результаты экспериментального иссле­

ционными изменениями скорости переноса, возникнове­ нием ударных волн сжатия и поверхностей разрыва, а также с межфазными процессами обмена количеством движения, энергией и массой, которые не зависят от наличия в системе потенциальных полей и величин по­ тенциалов переноса.

В данной работе предпринята попытка выявить влия­ ние пульсаций давления на динамику и механизм внут­

ристое тело насыщено жидкостью с дискретно включен­ ной парогазовой фазой. Для обоснования выбора физи­ ческой модели проводились экспериментальные иссле­ дования на одиночных цилиндрических капиллярах и модельных образцах.

При исследованиях на капиллярах использовались сквозные (открытые с обеих концов) и тупиковые (от-

* Публикуется в порядке обсуждения. (Прим, ред.)

50

Импульсное приложение разрежения приводит не только к перемещению жидкости в капиллярах вместе с защем­ ленными пузырьками, но и к выдергиванию из них части или всей жидкости и разрушению паровоздушных пузырь­ ков в момент приложения импульса.

Статическое приложение разрежения той же глуби­ ны вызывает лишь незначительное перемещение эле­ ментов жидкости в этих капиллярах за счет увеличения объем пузырьков.

Повышение глубины разрежения и температуры спо­ собствует возрастанию скорости переноса. Величина потока является функцией этих параметров, т. е. jm =

-f (ЛРср, t).

Таким образом, на перенос жидкости в капиллярах

51

Выброс жидкости из капилляров может иметь место только в том случае, если в них дискретно защемлены

иметь место лишь при наличии защемленного воздуха. Аналогичные исследования проводились на образ­ цах из гипсового камня, имеющих начальное влагосо-

рез каждые 30 сек. фиксировалась убыль веса угп, для контрольного — изменение общего давления.

Установлено, что (в отличие от высокотемпературных процессов) градиент общего давления V P0 6 , возникаю­ щий в образцах при создании на их поверхности разре­ жения, является релаксируемой величиной. Последняя зависит от глубины и времени приложения разрежения,

ется с максимальной интенсивностью (рис. 2 ), значи­ тельно превышающей интенсивность переноса жидкости

52

сов переноса жидкости внутри капиллярно-пористых тел. Вследствие этого, конвективный поток жидкой фа­ зы, возникающий внутри влагонасыщенных капилляр­ но-пористых тел при создании разрежения на их по­

Попытаемся определить характер этой зависимости. Примем допущение о «поршневом» выдавливании жид-

чающей их взаимное проникновение |[4]. Примем так­ же, что в системе отсутствуют локальные источники (стоки), обусловленные фазовыми переходами. Объем пузырьков парогазовой смеси может быть увеличен лишь вследствие их расширения. Объем элементов жид­ кости между ними остается неизменным, поскольку она несжимаема и фазовые стоки отсутствуют. Для низко­

нии будем также считать, что перенос жидкости осуще­ ствляется адиабатически, а система изолирована от тепло-и массообмена. Поскольку моделируется капилляр­ но-пористое тело, следовательно, по А. В. Лыкову i[l], влиянием массовых сил и, в частности, силы тяжести можно пренебречь.

53

В соответствии с вышеизложенным, рассмотрим про­

временный импульс внешней силы. Согласно i[6 , 12] ее

54

движения центра масс под действием внешней силы. Подставим (4) в выражение (3) и, разделив обе час­

ти уравнения на vi, получим для рассматриваемой мо­ дели

m

(5)

В рассматриваемом нами случае, аналогично [9], можно записать

i = ” ^ р”‘'

Следовательно,

Выражение (6 ) — интегральная форма уравнения Эйлера, где левая часть может рассматриваться как по­ ток субстанции (массы), т. е.

Из (7) следует, что один и тот же поток вещества может быть обусловлен действием большой силы в те­ чение малого промежутка времени (мгновенно дейст­ вующая сила), или— малой в течение большого проме­ жутка времени (статически действующая сила).

Поскольку, в данной работе анализ движения жид­ кости в капиллярно-пористых телах проводится приме­ нительно к процессам сушки, для которых необходимо добиться максимальной интенсивности переноса, рас­ смотрим влияние приложения мгновенно действующей внешней силы FK на движение элемента жидкости Vi в принятой нами модели. Для этого применим «уравнение сил» Навье-Стокса

55

( 8 )

где SFk — результирующая всех сил, действующих на элемент жидкости — статических и мгновенных. Соглас­

оо

где vx., — скорость перемещения центра масс жидкос­ ти под действием статически приложенной силы

исследованиям |[3], является быстро релаксируемой ве­ личиной, а уРобд в течение т — постоянной. Следова­ тельно, можно допустить, что величина приращения им-

Переходя от рассматриваемой упрощенной модели к капиллярно-пористым телам, имеющим влагосодержание при Тмат <С 373° К, можно допустить, что конвектив­ ный поток вещества, возникающий под действием мгно­ венного сброса давления, может быть определен как

56

структурных свойств, влагосодержания, термодинамиче­ ских параметров Т и 0, вязкости жидкости, структурообразования (в случае наличия этого процесса при суш­ ке); т — продолжительность импульса вакуумирования, при котором V Робд = const.

В i[3] показано, что пульсационная составляющая скорости, обусловленная мгновенным приложением си­

лы Fa = — уРсбд' —- приводит к возникновению по-

р

тока вещества jmdЕго величина значительно превосхо­ дит поток jm, имеющий место при статическом приложе­ нии внешней силы (в моменты создания разрежения). Показано также, что стационарная составляющая ско­

и величины потока от jm до jmd обусловлены пульсация­ ми внешнего давления среды.

Полученное соотношение (13) может быть использо­ вано при определении потоков массы и выборе режим­ ных параметров для импульсно-вакуумной сушки капил­ лярно-пористых тел {3].

О б о з н а ч е н и я

U — влагосодержание; UM.r — максимальное сорбци­ онное, U„.n — максимального насыщения; р — плотность; t — время; Рср— давление среды; уР°б — градиент об­ щего давления парогазовой смеси; jmd — конвективный поток вещества при мгновенном приложении разреже­ ния; jm — конвективный поток вещества при статическом приложении разрежения; уРобд— градиент общего дав­ ления парогазовой смеси, возникающий в материале при мгновенном сбросе давления на поверхности изде­ лия.

«Энергия», М., 1967.

57

Е. Л. ВЫСОЧАНСКИЙ

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ ВЛАГИ В КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ МАТЕРИАЛАХ В ИНТЕНСИВНЫХ ПРОЦЕССАХ МАССОПЕРЕНОСА

Коэффициенты диффузии влаги в капиллярно-порис­ тых телах, определенные при протекании процессов массопереноса вблизи равновесного состояния i[l], могут оказаться недействительными для интенсивных* процес­ сов. Последнее может быть объяснено отсутствием ло­ кального равновесия между паром и адсорбированной влагой ** ,[3] (или влагой материала и эталонного те­ ла), а, следовательно, недействительностью равновес­ ных изотерм сорбции-десорбции.

Учет кинетики неравновесной сорбции i[4] усложняет дифференциальное уравнение баланса массы и обычно не производится в теории массопереноса |[5]. Однако и в рамках последней формальной учет неравновесности можно осуществить, например , путем введения таких понятий как неравновесное влагосодержание UHep, не­ равновесная изотермическая массоемкость и соответст­ вующий им коэффициент диффузии:

Для определения зависимости аП] = f (U), естест­

венно, необходимо, чтобы процесс массопереноса был доап \

статочио интенсивным 1т. е .-— > > 0 . В этих условиях

пренебрежение непостоянством коэффициента диффузии приводит к большим ошибкам i[6 ], учет — к существсн-

* Из рассмотрения по известным [2] причинам исключены высоко

** Другой причиной, не исключающей первую, а скорее сопутст­ вующей, может явиться наличие конвективных потоков, обычно не учитываемых при расчете коэффициентов диффузии.

59