книги из ГПНТБ / Кавказов Ю.Л. Тепло- и массообмен в технологии кожи и обуви

Таким.образом, критерии Галилея, Архимеда и Грасгофа яв­ ляются разновидностями одного критерия. Следует заметить, что в том случае, когда разность плотностей зависит ие только от раз­

(W grad Т = ау^Т) выводится критерий Пекле Ре = - ^ - , показы­ вающий соотношение интенсивности переноса тепла конвекцией и теплопроводностью, т. е. путем молярного и молекулярного пере­ носа.

Критерий Пекле аналогичен критерию Рейнольдса, если первый характеризует перенос количества движения, то второй — перенос

который определяет свойство среды, не зависит от условий про­ цесса и выражает лишь соотношение между переносом количества Движения и теплопроводностью, характеризуя таким образом меха­ низм молекулярного переноса в жидкости.

В целом зависимость между основными критериями чистого теплообмена"выражается в виде Nu = / (Fo, Re, Gr, Рг). Явления массообмена характеризуются критериями, аналогичными крите­ риям теплообмена

Критерии Фурье для явлений массообмена, в котором коэффи­ циент теплопередачи заменен на коэффициент диффузии D, может быть приведен к теплообменному критерию с помощью критерия Льюиса Le = определяющего отношение коэффициента диф-

Ор

фузии к коэффициенту температуропроводности.

Зависимость между количеством теплоты, затраченным на испа­

ные по массообмену обрабатываются обычно в виде соотношения следующих критериев:

20

Между этими критериями существует связь, выраженная кри­

аналогия: критерий Льюиса характеризует интенсивность изменения поля химических потенциалов относительно поля температур в дви­ жущемся потоке газовой смеси, критерий Лыкова — интенсивность изменения поля потенциалов массопереноса 0 или Р относительно поля температур (потенциала теплопереноса). Таким образом, кри­

При переносе влаги массопроводностью применяется критерий Поснова Рн 0 = 5 ° А ^ , а при переносе фильтрацией критерий Пос-

нова — ' Н Р = = _ Д 0 _ - Этот критерии определяет перепад потенциала

массопереноса 0, вызванный разностью температур Рн 0 или раз­ ностью давления РНр.

ГЛАВА I I

В Н Е Ш Н И Й Т Е П Л О - И М А С С О О Б М Е Н

Явления, происходящие на границе раздела фаз, носят характер гетерогенных реакций. Они протекают в три стадии: подвод реа­ гента к поверхности.реакции, сама реакция и отвод прореагировав­ ших веществ. Длительность всего процесса определяется продолжи­ тельностью каждой стадии.

Фазовые и химические превращения могут происходить как на геометрической поверхности тела, так и внутри его. Закономерности

явлений, происходящих внутри тела, с условиями внешней среды определяется краевыми условиями. Эти условия могут быть раз-

21

личными, окружающая среда неподвижной или подвижной, что влияет на процессы обмена.

П е р е н ос тепла в неподвижной среде

Плотность конвективного потока тепла на поверхности тела4 прямо пропорциональна разнице температур между средой и по­

велика, к конвективному потоку тепла добавляется обычно другой вид теплопередачи — теплоизлучение * окружающих предметов и самой среды. В этом случае образуется общий поток тепла, в ко­

разной длины с различными свойствами. В зависимости от длины волн X они разделяются на группы:

Лучистый теплообмен зависит от свойств тел, излучающих энер­ гию и поглощающих ее, от температуры тел и от свойств разделяю­ щей среды. В вакууме, в воздушной среде и в газах, состоящих из однородных атомов, тепловая энергия не теряется, в других же средах она частично теряется или увеличивается. Часть А потока лучистой энергии, падающего на единицу поверхности облучаемого тела, поглощается, часть R отражается в окружающую среду, и часть D проходит тело насквозь. Полный поток лучистого тепла ра-

* Теплоизлучение — электромагнитное излучение, обусловленное возбуждением атомов или молекул вследствие их теплового движения.

22

тически все волны инфракрасного излучения, причем глубина про­

чательной способностью, или степенью черноты тела. Поглощательная способность непроводников электричества падает с повышением температуры, поглощательиая способность проводников электри­ чества, наоборот, повышается. Между проводниками и непровод­ никами существует и другое отличие: проводники отражают боль­ шую часть падающего излучения и сами мало излучают тепловой энергии, непроводники поглощают большую часть энергии и вы­ деляют много тепла. Это, однако, не относится к области очень ко­ ротких волн. Газы, состоящие из однородных атомов, не обладаю­ щих свободными зарядами электричества, не излучают тепловой энергии и являются поэтому «прозрачной» средой для тепловых лу­ чей, исходящих от других тел.

Многоатомные молекулы испускают и поглощают тепловые лучи, теряя или приобретая энергию, содержащуюся внутри их. Эти коле­ бания вызываются вращательным движением молекул, вибрацией атомов внутри молекул, изменением орбит электронов и положением ядер. Многоатомные молекулы воспринимают излучения такой длины волн, частота которых находится в пределах частот колеба­ ний атомов внутри их.

Излучение определенного слоя газа зависит в основном от коли­ чества находящихся в нем молекул и-их взаимодействия между со­ бой, что может быть определено только опытным путем.

Если весь тепловой лучистый поток попадает на поверхность нагреваемого тела (это может быть, когда поверхности нагревателя и нагреваемого тела равны и параллельны между собой или когда нагреваемое тело помещается внутри нагревателя), то плотность такого потока, ккал/м2 -ч, равна

(П-З)

23

где индексы gw (tg) и gw (tw) показывают, что в первом случае значение Е берется при температуре газа tg, а' во втором случае—при температуре поверхности вещества tw.

Для практических целей удобнее пользоваться эквивалентным коэффициентом теплоотдачи за счет излучения, получаемого по общей формуле теплового потока

24

более характерен для твердого тела. Распространение тепла проис­ ходит путем перехода его непосредственно от одной молекулы к дру­ гой при их соприкосновении, вызываемом колебаниями кристалли­ ческих решеток. В металлах и других твердых проводниках электри­ чества, кроме того, тепло передается также свободными электро­ нами, поэтому эти вещества обладают большой теплопроводностью.

Перенос тепла теплопроводностью носит молекулярный характер. В жидкостях молекулы не занимают фиксированного положения, а постоянно меняют свои места, даже тогда, когда жидкость в целом находится в состоянии покоя, вместе с этим движением переносится и тепловая энергия. Такой перенос, однако, также относится к яв­ лениям теплопроводности.

Тепловой поток, ккал/ч, направленный по нормали к поверх­

где dS — длина потока, на которой происходит изменение темпера­ туры dt;

к — коэффициент теплопроводности, ккал/м • ч • °С.

Во всех технических расчетах коэффициент теплопроводности принимают за постоянную среднюю величину в рассматриваемом интервале температур, давления и влажности. Зависимость же этого коэффициента от температуры сухого воздуха и воды на линии

25

7, 9—11]. Коэффициенты К для различных обувных материалов, по данным И. Г. Манохина, приведены ниже.

Ввиду анизотропного строения кожи коэффициент теплопровод­

26

В зависимости от количества жира в юфти меняется и коэффи­ циент теплопроводности.

В работе И. Г. Манохина приведен также коэффициент темпера­ туропроводности, м2 /ч, различных материалов (табл. 11-4)

где F— площадь стенки; 5 — толщина стенки.

27

Если стенка состоит из слоев материала одинаковой толщины, но с разным коэффициентом теплопроводности, то тепловой поток

Насколько велико значение анизотропности для теплопроводности пористых материалов, видно из данных [8], приведенных ниже.

Аналогичное явление наблюдается в коже. Насколько велико значение пористости для теплопроводности материалов, видно из

Материалы, подвергающиеся высушиванию, обычно представляют собой пористые вещества, в порах которых находится влага, испа­ ряющаяся в процессе сушки. В связи с этим, теплопроводность таких материалов сильно изменяется и настолько зависит от характера диффузии пара, что рассмотрение ее возможно только с учетом пере­

28

Следует заметить, что теплопроводность влажных материалов настолько велика, что она не лимитирует скорость процесса сушки в этот период. Только когда материал близок к высушиванию, тепло­ проводность его начинает оказывать большое сопротивление тепло­ вому потоку. Это вызывает необходимость правильно определять коэффициент теплопроводности материалов в абсолютно сухом со­ стоянии.

Явление теплопередачи в газовых смесях зависит от толщины слоя газа. При толщине слоя воздуха более одного сантиметра на передачу тепла влияют конвекционные токи (свободная конвекция), в более тонких слоях воздуха тепло передается путем молекулярной теплопроводности и в результате обмена теплоизлучениеммежду

заметно влиять лишь при высокой температуре (—100° С), в более толстых слоях (5 > 1 см) доля лучистого теплообмена может пре­ вышать долю молекулярной теплопроводности. На теплопровод­ ность газов давление может влиять лишь в том случае, когда вели­ чина окружающего их'пространства соизмерима со средней длиной

и им передают свою энергию. Количество передаваемой энергии зависит от числа молекул, находящихся в объеме. В глубоком ва­ кууме никакого теплообмена путем теплопроводности не происхо­ дит. Теплообмен с внешней средой путем теплопроводности проис­ ходит и при контакте нагреваемого тела с нагревателем и при моле­ кулярном переносе тепла через пограничный слой движущейся среды.

П е р е н ос массы в неподвижной среде

Конвективный поток вещества может быть выражен аналогично

29