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

Вязкость газов при низких давлениях может быть определена .по уравнению [Л. 2-57]

где М — молекулярный вес; Тк — температура в крити­ ческой точке, °К; Ѵк — молекулярный объем в критиче­ ской точке, см3/(г • моль) ; k — постоянная Больцмана, эрг/град; е — максимальная энергия молекулярного при­ тяжения, эрг.

Если значение Ѵк неизвестно, предлагается следую­ щее уравнение:

4,23АГ».^°'Г)67

41

І-3. СТРУКТУРНО -МЕХАНИЧЕСКИЕ И ТЕПЛО ФИЗИЧЕС КИЕ СВОЙСТВА ВЛАЖНЫХ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ ТЕЛ

В ЗАМ ОРОЖ ЕННОМ СОСТОЯНИИ

Изучение структурно-механических и теплофизических свойств капиллярно-пористых материалов, подлежащих сублимации, имеет огромное значение для понимания всего процесса в целом. Математическое описание и ана­ литический расчет выбранной физической модели про­ цесса сублимации требуют знания не только коэффи­ циентов переноса тепла и массы, но и структурных характеристик материала, таких, как проницаемость, пористость, средний расчетный диаметр пор и т. и. Без знания этих характеристик невозможно моделирование процесса сублимации, что в настоящее время становит­ ся распространенным методом в исследовании, а также его аналитическое описание и анализ.

Структурно-механические свойства капиллярно-пори­ стых тел. В работе (Л. 2-39] в диапазоне давлений от 0,08 до 760 мм рт. ст. изучались структурные характеристики пищевых продуктов (говядины, персиков и яблок). При этом в предположении справедливости обычных уравне­ ний диффузии был 'определен эквивалентный диаметр пор пищевых продуктов для вакуума в 1 мм рт. ст. из соотношения

где uo — скорость в капиллярной трубке или скорость на

трубке или в пористом твердом теле; ро — исходное дав­ ление (1 атм)\ Ар — разность давлений, определяющая течение газа; d3— эквивалентный диаметр; До — средняя длина свободного пробега при ро', р — вязкость газа.

На рис. 2-14 представлены экспериментальные зна­ чения комплекса UopopL/Ap для исследованных про­ дуктов.

Рассчитанные значения диаметров пор сравнивались с результатами, полученными с помощью микроскопи­ ческого наблюдения (табл. 2-6).

42

Размеры диаметров, вычисленные рассмотренными методами, неодинаковы, так как вычисления были сде­ ланы по чрезвычайно упрощенной модели капиллярно-

дин

Рис. 2-14. Зависимость комплекса ИорДц/Др, характеризующего проницаемость, от дав­ ления.

О — говядина; Л — персик; □ — яблоко.

пористого тела. В табл. 2-6 также приведены результаты по диффузионной способности и пористости для трех образцов продуктов. Диаметр пор материалов, вычислен­ ный при обработке результатов рис. 2-14, значительно

43

зависит от величины давления [Л. 2-39]. Однако возмож­ ность образования потока со скольжением в этой обла­ сти маловероятна.

Одним из постулатов, на котором основано уравне­ ние потока со скольжением, является то, что капилляр­ ные диаметры значительно больше, чем средняя длина свободного пробега молекул. Средняя длина свободного пробега для молекул воздуха при нормальных атмо­ сферных условиях 0,065 мкм. При вакууме порядка 0,5—1 мм рт. ст., который соответствует области пони­ женного давления, средняя длина свободного пробега такой, же величины, что и вычисленные и измеренные диаметры пор, поэтому эти условия, очевидно, соответ­ ствуют области перехода от потока со скольжением к свободномолекулярному потоку. В [Л. 2-49] аналогич­ ные результаты были получены для рыбы, цветной капусты и других продуктов. В [Л. 2-58] делается пред­ положение, что на формирование капиллярно-пористой структуры материала, подвергаемого сушке сублима­ цией, оказывают одинаковое влияние как процесс сублимации, так и распределение льда при заморажи­ вании. Проведенные в [Л. 2-58] микроскопические иссле­ дования пищевых продуктов показали возможное суще­ ствование у них различных пористых структур. Так, например, для куриного белка характерна цилиндриче­ ская (капиллярная) структура, а картофельный крах­ мал имеет клеточную структуру. В сечении форма пор различная: в первом случае — близкая к шестигранной, во втором — подобная прямоугольной.

Остановимся на методике измерений структурных характеристик капиллярно-пористых материалов, высу­

в 1 см помещался в середине стеклянной трубки, сооб­

циальным манометром. Результаты по проницаемости коррелировались по измерению среднего давления в вы­ сушенном образце. Определение пористости проводилось путем обычных вычислений [Л. 2-58].

При измерении диффузионной способности выбира­

44