ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные положения теплообмена при конденсации чистых паров из "Теплопередача " При рассмотрении процессов конвективного теплообмена мы исходили из предположения, что газ можно считать континуумом, т. е. пренебрегать его дискретным строением. Однако при малых абсолютных давлениях (или малых размерах тел, участвующих в теплообмене с газом) явление передачи тепла можно объяснить только в том случае, если принять во внимание молекулярное строение вещества. При этом представление газа в виде континуума оказывается непригодным. При течении разреженного газа изменяются и граничные условия. Газ, непосредственно прилегающий к поверхности омываемого тела, не имеет скорости и температуры поверхности тела, т. е. на границе раздела имеют место скольжение газа и скачок температур. [c.249] Как известно, газ можно представить в виде множества молекул, движущихся прямолинейно во всех направлениях. При своем движении молекулы неразреженного газа непрерывно сталкиваются друг с другом. При каждом столкновении скорости и направления движения молекул изменяются. По мере уменьшения давления соударения молекул происходят все реже и реже. [c.249] Эффективное сечение определяется расстоянием, на которое сближаются молекулы при столкновении, т. е. расстоянием, при котором сила взаимодействия между молекулами вызывает уже заметное изменение направления их движения. [c.250] Если представить соударяющиеся молекулы в виде жестких шариков, то эффективное сечение о будет равно тР, дце = 1 + 2, а п и Гг — радиусы сталкивающихся молекул. [c.250] Для обычных молекулярных газов при нормальных условиях (давление I бар и температура 273° К) средняя длина свободного пробега имеет величину порядка 10- м. Величина I, как следует из формулы (11-33), обратно пропорциональна числу молекул в единице объема и, следовательно, обратно пропорциональна давлению. При низких давлениях средняя длина свободного пробега достигает очень больших значений. Так, например, при / =10-з мм рт. ст. средняя длина свободного пробега имеет величину порядка 7 см, а при р=10 8 мм рт. ст. — порядка 7 км. [c.250] Таким образом, чем меньше давление газа, тем больше I и тем меньше вероятность соударения молекул. При низких давлениях молекулы могут пролетать расстояния от одной стенки канала к другой, не сталкиваясь друг с другом. [c.250] Согласно формуле (11-33) I обратно пропорциональна эффективному сечению молекулы о. Величина сг зависит от акорости молекул, так как при одной и той же силе взаимодействия быстрые молекулы испытывают меньшее отклонение от своего пути, чем медленные. Поэтому чем больше скорость молекул, тем больше должна быть сила, вызывающая их отклонения, тем меньше должно быть расстояние между ними при столкновении и, следовательно, тем меньше должно быть расчетное поперечное сечение молекулы. Так как кинетическая энергия молекул является мерой температуры газа, то величина а уменьшается с увеличением Т, а средняя длина свободного пробега увеличивается. [c.250] Таким образом, величина средней длины свободного пробега молекул увеличивается при понижении давления и увеличении температуры газа. [c.250] Характер взаимодействия молекул газа со стенкой имеет важное значение для оценки теплоотдачи. [c.250] Здесь Ей — средняя энергия молекулы, падающей на поверхность тела Ео — средняя энергия той же молекулы лосле ее контакта с телом ( отражения от тела) Ес — средняя энергия молекулы, соответствующая температуре поверхности стенки. [c.251] Таким образом, коэффициент аккомодации представляет собой отношение действительного обмена энергией к максимально возможному. [c.251] При мгновенном зеркальном отражении молекулы ее энергия не изменяется, т. е. п=- о и у = 0. При полном обмене энергией Ео = Ес и у=1. В промежуточных случаях Ео принимает значения между Е . и Ес и величина коэффициента аккомодации лежит тогда между О и 1. [c.251] В общем случае можно определять коэффициент аккомодации для различных категорий энергии молекул (энергии поступательного движения и энергии вращения и колебания). Так как для возбуждения колебательных степеней свободы требуется много соударений, то обычно коэффициент аккомодации колебательной энергии принимают равным нулю. [c.251] Понятие коэффициента аккомодации используют также для характеристики энергообмена совокупности молекул. В этом случае в уравнении (11-34) под Е , Ео и Ес подразумеваются не энергии одиночной молекулы, а соответствующие энергии совокупности молекул. [c.251] Переход от определения (11-34) к определению (11-35) является оправданным для одноатомного идеального газа для других газов этот переход следует считать приближенным приемом. [c.251] Как следует из определения коэффициента аккомодации, его величина зависит от температуры поверхности тела и разности температур газа и поверхности или, точнее говоря, от разности энергии падающих молекул и той энергии, которую имели бы молекулы газа при температуре поверхности. Коэффициент аккомодации зависит от природы газа и поверхности, на которой происходит аккомодация. Как показывают исследования, коэффициент аккомодации зависит от скорости потока газа относительно стенки, наличия на этой стенке адсорбированного газа (что во многом зависит от предыстории процесса) и давления в потоке газа. Все это создает большие трудности для теоретического определения коэффициентов аккомодации. В настоящее время у определяют экспериментальным путем. [c.251] Полученные значения у лежат в пределах примерно от 0,02 до 1. Современные исследования чаще приводят к результатам, согласно которым коэффициент аккомодации близок к единице. [c.251] Здесь Wxu — составляющая скорости падающей молекулы, направленная вдоль стенки w o—ra же составляющая, но после отражения молекулы стенка считается неподвижной т — масса молекулы. Практически / определяется только для большого числа молекул, рассматриваемых одновременно. [c.252] В случае зеркального отражения Wxn=-Wxo и /=0. В случае диффузной реэмиссии в среднем для молекул Шзео=0 и, следовательно в среднем /=1. При частично зеркальном и частично диффузном отражении коэффициент обмена количеством движения имеет значение между О и 1. [c.252] Вернуться к основной статье