Глава 8. Расчет тепломассообменных процессов воздуха со свободной поверхностью жидкости

 

Тепломассообмен воздуха со свободной поверхностью жидкости определяется в зависимости от потенциала тепломассопереноса.

Для передачи явной теплоты потенциалом теплопереноса является перепад температуры и эта зависимость называется уравнением Ньютона-Рихмана:

q = α ∙ (t_пов – t_в).

По аналогии с ним массообмен рассчитывается по одной из следующих зависимостей.

1. Массообмен в случае, когда потенциалом является парциальное давление:

j_п = β_р ∙ (Р_пов – Р_в), (131)

где Р_пов, Р_в – парциальное давление водяных паров соответственно в пограничном слое у поверхности жидкости и в окружающем воздухе помещения, Па;

β_р – коэффициент влагообмена, кг/(м²∙ч∙Па).

2. Массообмен в случае, когда потенциалом является влагосодержание:

j_п = β_d ∙ (d_пов – d_в) ∙ 10^-3, (132)

где d_пов, d_в – влагосодержание воздуха соответственно в пограничном слое у поверхности жидкости и в окружающем воздухе помещения, г/кг сух. возд.;

β_d – коэффициент влагообмена, кг/(м²∙ч∙(кг/кг)).

3. Массообмен в случае, когда потенциалом является концентрация водяных паров:

j_п = β_с ∙ (с_пов – с_в), (133)

где с_пов, с_в – концентрация водяных паров соответственно в пограничном слое у поверхности жидкости и в окружающем воздухе помещения, кг/м³;

β_с – коэффициент влагообмена, кг/(м²∙ч∙(кг/м³)).

4. Массообмен в случае, когда потенциалом является влажность:

j_п = β_θ ∙ (θ_пов – θ_в), (133)

где θ_пов, θ_в – влажность воздуха соответственно в пограничном слое у поверхности жидкости и в окружающем воздухе помещения, ºВ;

β_θ – коэффициент влагообмена, кг/(м²∙ч∙ºВ).

Представление вышеприведенных зависимостей в безразмерном виде при применении теории подобия позволяет использовать их в широком диапазоне гидродинамических и тепловлажностных условий. Во многих исследованиях рассматривались два характерных гидродинамических режима: естественная конвекция как результат действия гравитационных сил и вынужденная конвекция как следствие воздействия вынужденного воздушного потока.

Для процессов тепло- и влагообмена в условиях естественной конвекции А.В. Нестеренко получил следующие зависимости:

при Ar Pr = 3 ∙ 10⁶…2 ∙ 10⁸

Nu = 5 (Ar Pr)^0,104; (134)

при Ar Pr' = 3 ∙ 10⁶…2 ∙ 10⁸

Nu' = 0,66 (Ar Pr')^0,26, (135)

где – термический (теплообменный) критерий Нуссельта (здесь L – определяющий (характерный) размер поверхности);

– диффузионный (массообменный) критерий Нуссельта;

D – коэффициент диффузии;

Ar – критерий Архимеда,

, (136)

ρ_в и ρ_пов – плотность соответственно окружающего воздуха и воздуха в пограничном слое над поверхностью жидкости, кг/м³;

– термический критерий Прандтля;

а – коэффициент температуропроводности,

; (137)

– диффузионный критерий Прандтля.

Для условий вынужденной конвекции критериальные зависимости имеют вид:

Nu = A Reⁿ Pr^0,33 Gu^0,175 Θ²; (138)

Nu' = B Reⁿ (Pr')^0,33 Gu^0,135 Θ², (139)

 

где А и В – коэффициенты;

Re – критерий Рейнольдса,

; (140)

Gu – критерий Гухмана,

, (141)

Т_с и Т_м – абсолютные температуры соответственно по сухому и мокрому термометрам, К;

Θ – температурный фактор,

, (142)

Т_пов – абсолютная температура поверхности, К.