Презентация на тему ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОС В ЯДЕРНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ (10)

диффузией.

Если в среде имеется разница температур, то более легкие

молекулы, обладающие большей подвижностью стремятся перейти в теплые области, а тяжелые молекулы – в холодные – эффект Соре. Этот вид диффузии называется термодиффузией.
При постоянном градиенте температуры устанавливается стационарный градиент концентрации вещества. Одновременно с термодиффузией, вызывающей частичное разделение смеси, возникает противоположно направленная градиентная диффузия, стремящаяся выровнять концентрации.

Если в неподвижной среде имеет место градиент давления, то тяжелые молекулы переходят в область высокого давления, а легкие, в область пониженного давления. Этот вид диффузии называется бародиффузией.

04

что массоперенос происходит аналогично переносу тепла теплопроводностью или количества

движения (импульса).

В неподвижной среде при постоянных температуре и давлении плотность потока массы j, кг/(м2·с), какой-либо примеси (компонента) за счет молекулярной диффузии определяется законом Фика:




где с – концентрация рассматриваемого вещества, кг/м3; ρ –плотность среды, кг/м3; С=с/ρ – относительная концентрация; D – коэффициент молекулярной диффузии данного компонента в рассматриваемой среде, м2/с.

05

ту же размерность – м2/с.















Совокупность этих трёх выражений носит

название тройной аналогии.

06

диффузия:
а ‒ постоянный градиент концентрации;
б ‒ переменный градиент концентрации.
07

отношение коэффициента кинематической вязкости к коэффициенту диффузии.
Является мерой

подобия полей концентрации и скорости.





ν – коэффициент кинематической вязкости, м2/с;
D – коэффициент диффузии, м2/с.

08

конвективного и кондуктивного (т.е. молекулярного, обусловленного теплопроводностью) теплопереноса.




w –

скорость (аксиальная) теплоносителя, м/с;
L – характерный размер, м;
а – коэффициент температуропроводности, м2/с.

09

число Шмидта;
w – скорость (аксиальная) теплоносителя, м/с;
ν – коэффициент

кинематической вязкости, м2/с;
L – характерный размер, м;
D – коэффициент диффузии, м2/с.

10

безразмерный коэффициент массообмена.
Является мерой отношения характерного размера L и

толщины диффузионного пограничного слоя δС.









β – коэффициент массообмена, м/с;
L – характерный размер, м;
D – коэффициент диффузии, м2/с.

11

полагать, что поскольку существует зависимость: Nu=Nu(Re,Рr), будет существовать зависимость

NuD=NuD(Re,Sc).

Из тождественности форм дифференциальных уравнений следует, что функциональная зависимость в выражениях для Nu и NuD должна быть одинакова, во всяком случае в той мере, в которой справедливы дифференциальные уравнения и подобны граничные условия.
Это включает требования и геометрического подобия.

Так же, как и в случае теплообмена, при массообмене возникает задача учёта переменности свойств.
Изменения вязкости и плотности могут привести к искажению полей скорости, и уравнение движения не будет независимым от распределения температуры и концентрации.

12

(/8)Ре, где  – коэффициент сопротивления трения.

Для массообмена подобное

соотношение имеет вид: NuD = (/8)РеD.

Сопоставив эти два выражения и сопоставив определения диффузионных чисел Nu=(αL)/, Pe=(wL)/a, NuD=(βL)/D, PeD=(wL)/D можно получить














Итак, .

13

массообмена, оказывается возможным перенести закономерности одного физического явления на

другое.

Можно, изучив законы теплообмена, получить законы массообмена и наоборот.

Для полного подобия процессов при вынужденном течении необходимо геометрическое подобие, подбор граничных условий, равенство чисел Рейнольдса, Прандтля и Шмидта:
Reconv=Rediff ; Pr=Sc .

14

которую можно использовать для расчётов теплообмена.

Практическое неудобство заключается в

том, что величину Sc трудно измерить в опытах.
Для того, чтобы в опытах с диффузией получить ряд линий из семейства кривых Nu(Re) при Sc=const, необходимо каждый раз подбирать различные пары взаимно диффундирующих веществ.

15

и того же числа имеем




Если линейные масштабы L совпадают,

то можем определить α, зная β, и наоборот:

16

из компонентов смеси (или выделение его) на поверхностях, подобно

тому, как тепло из протекающей среды отводится от поверхности нагрева.
Например, в опытах с воздухом поглощение аммиака на стенках достигается при помощи фосфорной кислоты, которой пропитывается бумага, образующая рабочие поверхности.

Вторым условием является соблюдение гидродинамического подобия и подобия граничных условий. Малая (практически нулевая) концентрация примеси у стенки (что аналогично постоянной температуре стенки) определяется тем обстоятельством, что скорость химической реакции на поверхности во много раз превосходит скорость диффузии газа через пограничный слой.

17

и возможность исследования каждого участка отдельно. Полная изотермичность системы

исключает влияние излучения и естественной конвекции. В опытах легко достигается идеальная "адиабатичность" системы ‒ организация массообмена только на нужных частях установки и исключение утечек.

18

в поперечном сечении потока можно выделить три области, различающиеся

распределениями скоростей: ламинарный пристенный слой, промежуточный (буферный) слой и турбулентное ядро.
В ламинарном слое процессы переноса в основном определяются молекулярными механизмами, хотя экспериментальные наблюдения показывают, что существуют выбросы жидкости из пристенного слоя и проникновение вихрей до поверхности. Это учитывается сильной зависимостью турбулентных характеристик от расстояния до стенки. В буферном слое эта зависимость более слабая.

19

и вихревых процессов. Последние определяют пульсации скорости и концентрации,

поэтому поток вещества


Здесь с=ρС – средняя концентрация; с’=ρС’ – пульсация концентрации, которую можно связать с масштабом турбулентности L:


В таком случае




и




где DT – турбулентный коэффициент диффузии (коэффициент турбулентного переноса массы), м2/с.

21

потоком массы в поперечном направлении, значительно меньше скорости течения

за пределами диффузионного пограничного слоя. Поэтому математическая формулировка задачи массообмена в пограничном слое оказывается совершенно идентичной формулировке тепловой задачи, и расчеты массопереноса могут проводиться по соотношениям, справедливым для законов теплообмена.

При больших скоростях массопереноса поперечный поток массы изменяет распределение скорости, температуры и концентрации в пограничном слое по сравнению с условиями, когда такого потока нет.

22

примесей в теплоносителе и образованием отложений на внутренних поверхностях

контура имеют большое значение при работе ЯЭУ.
Температуры в различных частях контура различны. Поскольку растворимость вещества в жидкости растёт с повышением температуры, в одних частях возможно растворение материалов (коррозия), в других – выпадение примесей из раствора, образование отложений.
Существенное значение в проблеме массопереноса имеет природа переносимых примесей. Например, продукты коррозии в теплоносителе (ионы Fe++, коллоидные частицы) подвержены влиянию поверхностных сил, рН среды. Последние факторы могут приводить к коагуляции частиц и появлению взвесей мелких частиц, способных осаждаться на поверхностях теплообмена.

Отложения на твэлах и других элементах установки ухудшают теплопередачу, увеличивают потери мощности на прокачку теплоносителя, приводят к более интенсивной коррозии поверхностей.

Кинетика поведения примесей в теплоносителе определяется двумя процессами:
 скоростью появления примесей (продуктов коррозии, загрязнения и т.п.);
 скоростью удаления их с помощью предназначенных для этой цели устройств (фильтров , различного вида ловушек и т.д.).

23

Шмидта.

2. Диффузия. Закон Фика (формулировка). Критериальное число Шмидта.

3. Диффузия.

Пограничный слой (диффузионный). Толщина пограничного слоя.
Критериальное число Шмидта.

4. Диффузия.
Пограничный слой (диффузионный). Критериальное число Шмидта.
Соотношение толщин динамического и диффузионного
изотермического пограничного слоя при различных числах Шмидта.

24