ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Потенциалы и потоки субстанций из "Общий курс процессов и аппаратов химической технологии" Потенциалы и их поля. В разных точках рабочего объема технологического аппарата в общем случае значения интенсивных величин (потенциалов) и некоторых других параметров — различны. Точки с одинаковыми значениями параметров образуют (рис. 1.4) изоповерхности (например, одинаковой температуры). На рисунке эти поверхности представлены в виде изолиний — сечений изоповерхностей плоскостями, параллельными плоскости отсчета интенсивной величины (подобно тому, как это делается на географических картах при обозначении линий равной высоты над уровнем моря). Поскольку на изоповерхности значения свойства (потенциала, например температуры) не изменяются, то движущая сила, вызывающая перемещение субстанции (в рассматриваемом примере — теплоты) вдоль изолинии, изоповерхности, отсутствует, так что направленного перемещения субстанции вдоль этой линии, поверхности — не происходит. Однако значения потенциалов на разных изоповерхностях различны существующая (и, как правило, поддерживаемая внешними факторами) разность потенциалов является основой движущей силы переноса субстанции между изоповерхностями так, температурный напор — причина возникновения переноса теплоты. При этом по П закону термодинамики субстанция самопроизвольно переносится от большего ее потенциала к меньшему (для рассматриваемого примера поток теплоты — от горячих зон к холодным). [c.60] Изменение потенциала на единицу длины по нормали называется его градиентом. Согласно общепринятой гипотезе, интенсивность удельных (отнесенных к единице времени и единице поверхности, нормальных к изоповерхностям) потоков субстанции, выражающих скорость ее переноса, пропорциональна градиенту соответствующего потенциала. При этом градиент, согласно установлениям математики, принимается направленным в сторону повышения потенциала между тем субстанция переносится от большего потенциала к меньшему. Поэтому в соотноще-ниях, связывающих удельные потоки с) станции и градиенты, перед последними ставится знак минус . Очевидно, что полный поток субстанции в единицу времени получается как произведение удельного потока на величину поверхности, через которую переносится субстанция. [c.61] Удельные потоки субстанции. Рассмотрим удельные потоки (иногда используют термин плотность потока ) применительно к переносу различных субстанций. [c.61] что обоснованный выше знак минус относится не к коэффициенту пропорциональности ц, а к градиенту дw/дn. Иначе говоря, более строго надо бы записывать не Тт = — 1(0и /5и), а т = ц( дw/дn) это замечание относится также к удельным характеристикам переноса и других субстанций. [c.62] В ходе анализа и расчета процессов переноса субстанции необходимо располагать закономерностями изменения градиентов по объему технологического пространства (аппарата). Реально эти закономерности удается установить и использовать лищь в достаточно простых ситуациях чаще — при переносе субстанции в твердых телах или через них, реже — в случае жидкостных и газовых потоков. Нередко эти подходы не удается реализовать в силу недостаточного уровня знаний о механизме процесса. Кроме того, такой путь иногда затруднен из-за сложностей теоретического анализа, а также громоздкости получаемых соотнощений. В этих случаях прибегают к упрощенным представлениям о механизме переноса, что позволяет получить достаточно простые расчетные выражения. Чаще всего к упомянутым упрощениям обращаются в случае переноса теплоты и вещества. [c.64] Пусть имеется (рис. 1.6) холодная теплообменная поверхность, омываемая горячим потоком жидкости или газа (перпендикулярно плоскости рисунка). Около этой поверхности температура изменяется от 0 на самой поверхности до t на некотором удалении от нее (далее — изменением t можно пренебречь). Область (по нормали к поверхности), в которой наблюдается значимое изменение потенциала (при анализе теплоты — температуры), назьшается пограничным слоем (пленкой), в данном случае — тепловым. Это близкое к реальному представление удобно заменить упрощенным — модельным, согласно которому все изменение температуры от 9 до сосредоточено в достаточно тонком модельном тепловом пограничном слое толщиной 5т, так что за его пределами температура потока / по нормали к поверхности не изменяется. Согласно такому модельному представлению (dtldn) Q= А// Г, где дг г / - 0. Тогда удельный тепловой поток к стенке, соответственно вьфажению (1.10), равен q = ЦМ/Ъ ) = (V5x)Ai. [c.64] Значения 5т и 6д часто бывают достаточно близкими между собой (особенно для газов, когда налицо сходство в механизмах переноса теплоты и вещества), но они не обязательно совпадают по величине. [c.65] Аналогичные подходы могут быть реализованы и при переносе других субстанций. При необходимости расчета полных потоков субстанций в единицу времени значения аир следует умножить на величину поверхности Р и соответствующую движущую силу (А/, АС). [c.65] Вернуться к основной статье