Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf

сы, которая практически (в пределах погрешности экс­ перимента) оставалась постоянной.

Влияние толщины образца на динамику изменения температурного поля и скорость продвижения фронта

г/смг

г)

Рис. 4-12. Изменение поля температур и убыли массы при сублима­ ции льда при постоянной температуре излучателя и различном ва­ кууме в сублиматоре.

152

сублимации исследовалось на образцах льда цилиндри­

Рис. 4-13. Изменение поля температур и убыли массы при сублима­ ции образцов различной длины.

153

Результаты исследования представлены на рис. 4-13. Из кривых видно, что с точки зрения трансформации температурного поля с момента введения теплового по­ тока излучателя весь процесс может быть представлен

щаяся по моментам выхода термопар, аксиально распо­ ложенных в поликристаллическом льде, почти постоянна во времени для всех исследованных образцов.

На рис. 4-14 точкой А показана экспериментальная скорость продвижения фронта сублимации, полученная на основании весовых измерений и рассчитанная по

где Аl/Arz — скорость продвижения фронта сублимации; ѵт — массовая скорость сублимации; рл — плотность льда.

Зависимость скорости продвижения фронта сублима­ ции для различных длин поликристаллов льда, представ­ ленная на рис. 4-14, показывает, что с увеличением дли­ ны образца скорость продвижения фронта сублимации уменьшается. Полученные результаты следует учитывать при выборе режима сушки материалов методом субли-

154

мации. Как нам кажется, следует искать оптимальные геометрические размеры замороженного продукта, кото­ рые обеспечивали бы максимальную скорость сушки и сохраняли бы его необходимые качества:

Анализ некоторых экспериментальных факторов, влияющих на интенсивность процесса сублимации. Интен­ сивность сублимации льда в вакууме может зависеть не только от мощности лучистого потока, вакуума и тол­ щины сублимирующегося материала, но и от других факторов. Нами были исследованы влияние сублима­ ции льда с необлучаемой стороны образца льда; тепло­

155

8г — толщина зоны сублимации, обращенной к падаю­ щему потоку.

Как видно из рис. 4-15, интенсивность сублимации со стороны, обращенной к падающему потоку, для условий эксперимента при температурах излучателя ГИ>300°С становится настолько большой, что сублимацией с про­ тивоположной стороны можно пренебречь.

бт/м2

суммой двух тепловых потоков: теплового потока, обу­ словленного пропусканием льдом некоторой части энер­ гии инфракрасного излучения ддроп и теплового потока излучения от перегретого льда (относительно темпера­ туры насыщения) на радиометр и излучения внутренни­ ми стенками адиабатной рубашки qCT, т. е. 7н= <?Проп + +*7ст, где

*7ст — елерА>

Толщина образцов в момент измерения при устано­ вившемся температурном поле составляла 8—10 мм.

Результаты расчетов отдельных составляющих тепло­ вого потока приведены в табл. 4-2 и на рис. 4-16.

3. При значительных, потоках излучения и низком вакууме наблюдалось размораживание поверхности суб­ лимации льда и образование на ней тонкой жидкой плен­

= 500 °С и Дн = 0,5 мм рт. ст. для трех образцов, получен­ ных замораживанием бидистиллированной воды в моро-

156

зильном^нкафу (Тяам = — Ю°С) с помощью сухого льда (твердый С 02, Тзам ——78 °С) и жидкого азота (N2, Тзам = —192°С), были проведены эксперименты по опре­ делению интенсивности сублимации льда, которые пока­ зали, что температура предварительного замораживания образцов льда не влияет на интенсивность процесса суб­ лимации.

Тепловые и материальные балансы процесса субли­ мации. Расчетное выражение, учитывающее входящие в систему и выходящие из нее потоки энергии, имеет вид:

тепловых потоков.

Плотность поглощенного льдом теплового потока для

где qc — часть поглощенного теплового потока, опреде­ ляющая процесс сублимации (теплота сублимации); 9пр — часть теплового потока, прошедшая через образец льда.

Теплота сублимации

в момент времени т; гс \т — теплота фазового перехо-

да при средней температуре сублимирующегося слоя. При анализе экспериментальных данных и сведении

энергетических балансов, характеризующихся «мощны­ ми» тепловыми потоками от инфракрасного излучателя, членами qnр и qx в уравнении (4-8) можно пренебречь,

так как расчеты показали, что они незначительны по сравнению с падающим тепловым потоком ддад и пото­ ком qc, определяющим сублимацию (табл. 4-2).

Уравнение (4-7) может быть представлено в виде

157