ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Описание некоторых процессов массопереноса из "Конвективный массоперенос " На рис. В-1 представлен схематический разрез океана между двумя континентами. Над его поверхностью постоянно дует ветер с запада на восток. Можно предположить, что воздух, движущийся с западного материка, потерял уже содержащуюся в нем в виде дождя и снега влагу, проходя над более высокой местностью, и стал сухим. Однако к тому времени, когда течение воздуха достигает восточного берега, воздух снова будет насыщен водяными парами, образующимися над поверхностью океана. [c.15] Метеорологов интересует количественная зависимость влагосодержа-ния воздушных масс, движущихся с океана, от температуры воды, площади ее поверхности и скорости ветра. Такой же интерес проявляют инженеры-гидротехники к скорости испарения из водоема или резервуара. Наука о переносе массы и есть та отрасль знаний, которая позволяет ответить на такие вопросы в каждом конкретном случае. Тот, кто занимается этой наукой и ее приложения1ми, должен довольно глубоко интересоваться процессами, происходящими вблизи границы раздела воды и воздуха. Замечено, например, что злагосодержание воздуха у самой поверхности океана больше, чем в вышележащих слоях. Происходит перенос паров воды от поверхности океана в направлении верхних слоев воздуха, вызванный турбулентным движением ветра. [c.15] Соответственно по мере удаления от поверхности океана в глубину концентрация соли в жидкой фазе будет уменьшаться. Причина заключается в том, что соль ие испаряется вместе с водой, а остается в океане. [c.15] Рисунок В-2 поясняет горение в воздушной атмосфере большого количества жидкого топлива. Образуется высокое пламя, отклоняемое в сторону движения ветра. Жидкое топливо постепенно улетучивается, и его пары сгорают в воздухе. Ясно, что здесь имеет место процесс переноса массы, сопровождающийся химической реакцией. При отсутствии ветра перемещение паров топлива можно целиком приписать подъемным силам, возникающим за счет неоднородности газа, образовавшегося в процессе массопереноса. В таких случаях говорят, что процессы подобного ряда включают в себя естественную (называемую иногда свободной) конвекцию. [c.16] В противоположность этому движение среды (например, ветра над океаном), обусловленное силами, не зависящими в основном от процессов массопереноса, определяют как вынужденную конвекцию. [c.16] Поведение систем, подобных изображенной на рис. В-2, представляет огромный интерес в пожарном деле. С какой скоростью горит жидкость Влияет ли ветер на эту скорость и в какой степени Какие свойства нового топлива необходимо исследовать в лаборатории, чтобы заранее рассчитать скорость горения этого топлива Наука о массопереносе дает нам возможность ответить на эти вопросы. [c.16] Облака над вершинами гор с правой стороны рис. В-1 напоминают о том, что при охлаждении влажного воздуха (в данном случае за счет адиабатического расширения) водяной пар способен к изменению фазы. В этих условиях происходит его конденсация на мельчайших частичках пыли или других ядрах, неизбежно присутствующих в атмосфере, и образуются капельки или кристаллы. Процесс конденсации протекает настолько быстро по сравнению с движением воздуха, что скорость ветра не представляет большого интереса для метеорологов. Однако в других условиях знание скорости перемещения среды приобретает важное значение для расчета роста капель. К примеру, при проектировании турбины, работающей на парах металла, необходимо знать размеры капель, образующихся в ступени низкого давления. Такие сведения требуются как для расчета термодинамических характеристик, так и для оценки опасности эрозии турбинных лопаток. Поскольку конденсация есть процесс переноса массы, ее скорость входит в круг объектов нашего исследования. [c.16] В тех случаях, когда конденсация желательна, устраивают специально охлаждаемые поверхности, на которых происходит осаждение и непрерывное удаление конденсата. Например, большинство паротепловых установок снабжается аппаратами, где пар конденсируется на наружной поверхности пучка горизонтальных труб, внутри которых циркулирует холодная вода. В некоторых установках вода разбрызгивается прямо в пар, и конденсат образуется вокруг капелек воды. [c.16] Превращение жидкого топлива в газообразное является не единственным фазовым переходом в процессе его горения, что показано на рис. В-2. В верхней части факела пламени появляется черный дым, состоящий из частиц, углерода и капелек конденсировавшейся смолы. Образование дыма сходно с рассматриваемым выще образованием облаков. Точно так же испарение жидкого топлива сходно с испарением воды из океана это аналогичные с физической точки зрения процессы, однако один из них осложнен наличием химических превращений. [c.17] Скорость образования частиц углерода представляет собой интерес для промышленности. Иногда дымообразование нежелательно. К примеру, в камере сгорания газовой турбины частицы углерода осаждаются на топливной форсунке и, усиливая излучение пламени, затрудняют охлаждение стенок жаровой трубы. В сталеплавильных печах, наоборот, желательна высокая концентрация дымовых частиц с целью усиления рационального теплообмена. Процесс дымообразования сравнительно мало исследован. Однако теория массопереноса неизбежно сыграет роль в изучении этого вопроса. [c.17] Аналогично тому, как из масс нагретого воздуха пар может конденсироваться на охлаждаемой стенке, возможно образование твердого углерода на холодной поверхности, омываемой горячими парами углеводорода. [c.17] Производство пиролитического графита, к примеру, осуществляется именно таким способом. Теория массопереноса объясняет характер зависимости скорости конденсации от формы и температуры поверхности, а также от состава, давления и скорости течения газовой фазы. [c.17] Жидкость, подаваемая тонкой пленкой сверху камеры на вращающийся диск, срывается затем с края диска в виде струй, состоящих из капелек. [c.17] В камеру вблизи распылителя вводится горячий газ, например продукты сгорания жидкого нефтяного топлива. В результате теплообмена между газами и капельками жидкость испаряется. Остающийся мелкий порошок оседает на дне камеры. Такое испарение представляет собой перенос массы. [c.17] Сведения о температурном режиме нагрева частиц в процессе сушки представляют иногда особый интерес и значение, например, в случае разложения материала в результате длительного воздействия высоких температур. Такие сведевии получают на основе теории массопереноса. [c.17] На современных электростанциях, работающих на каменном угле, топливо перед подачей в топку обычно распыляется (рис. В-4). Частицы угля воспламеняются от излучения пламени. Выделяющиеся из них летучие вещества сгорают в газовой фазе. Оставшийся кокс затем подвергается воздействию молекул кислорода, бомбардирующих его поверхность, и превращается в газообразные двуокись и окись углерода. До сих пор топки, работающие на распыленном угле, рассчитывались в основном методом проб и ошибок. Для удешевления их конструкции необходимо понимание процесса переноса массы. [c.18] Одновременно в котлах тепловых электростанций происходит другое весьма нежелательное явление массо-обмена. Оно заключается в том, что некоторые компоненты негорючей золы углей также улетучиваются и, конденсируясь затем на трубах пароперегревателя, вызывают их коррозию и ухудшение передачи тепла к пару. Аналогично, на другом конце котельного тракта, в воздухоподогревателе, имеющем низкую температуру, может происходить конденсация водяного пара из продуктов сгорания. Образование воды вызывает сильную коррозию теплообменных труб, особенно при наличии растворимых в воде окислов серы. [c.18] В ряде отраслей химической промышленности применяются твердые катализаторы, облегчающие химические превращения подаваемого газа в более ценный продукт. На рис. В-5 схематически показан способ осуществления контакта газа с катализатором, широко используемый в нефтепереработке при крекинге тяжелых нефтяных фракций в более легкие углеводороды. Исходный газ подается под давлением снизу камеры, наполненной порошкообразным катализатором. Расход газа подбирается таким, чтобы привести частицы катализатора в турбулентное движение без уноса их из камеры. Образование такой смеси газа и катализатора существенно интенсифицирует ход химической реакции. [c.18] Бугристая поверхность — результат оплавления и растекания наружной поверхности метеорита три его входе в земную атмосферу. [c.19] Метео зиты или спутники, возвращающиеся с орбиты, входят в земную атмосферу с большой скоростью. В результате действия весьма значительных сил сжатия и трения возникает интенсивный перенос тепла от газа к поверхности тела. На рис. Внб изображен метеорит. Его поверхность свидетельствует о большой величине тепловых потоков, приведших к тому, что наружные слои метеорита расплавились и растеклись по его поверхности. Изучение этого явления показывает, что часть метеорита, подвергшегося оплавлению, испаряется и сгорает. Теория массопереноса позволяет определить унос вещества в таких процессах. Поэтому она совершенно необходима для расчетов тепловой защиты космического корабля. [c.19] Вернуться к основной статье