Файл: Жуков Д.В. Основы теории и техника сушки теплоизоляционных изделий.pdf

станты берут из приложения 1 (см. стр. 236). Обычно оп­ ределяющей считают температуру газового потока. При значительных скоростях потока газов одинаковой атом­ ности критерий Прандтля становится постоянной вели­ чиной, поэтому при обработке экспериментальных дан­ ных уравнение (11) используют в виде

Установлено, что хотя теплообмен, осложненный влагообменом, и имеет некоторые особенности по сравне­ нию с чистым теплообменом, в ряде случаев можно счи­ тать интенсивность испарения влаги по интенсивности чистого теплообмена. В критериальной форме процесс влагбобмена между газовой средой и материалом в ус­ ловиях вынужденного движения выражают соотноше­ нием

В ряде работ указано, что для периода постоянной скорости с достаточной для инженерных расчетов точ­ ностью можно допустить равенство: N u=N u'. Тогда за­ висимость между коэффициентом влагообмена р и коэф­ фициентом теплообмена а выражается так;

Разделив почленно уравнение (18) и (19), имеем

Выражение (20) представляет собой так называемый

23

закон Лыоиса. При высоком влагосодержании газовой среды в формулу (20) вводят поправку в виде

РР

где р — общее давление; ра — парциальное давление паров воды.

При /?п—0 отношение — равно отношению коэффи­

циентов теплопроводности и диффузии:

а_ %

Т~ 1 > '

Так, при атмосферных условиях и сру=0,31 отиоше-

Я, ние — при испарении воды в воздух составляет 0,244.

При атмосферных условиях и температуре до 100° С ср=

где Х0 — коэффициент теплопроводности сухого газа.

В работах П. Д. Лебедева и А. А. Нестеренко уста­ новлено, что в процессе сушки материалов теплообмен интенсифицируется за счет испарения влаги не только внутри материала, но и в объеме пограничного слоя, в результате чего коэффициент теплообмена при сушке выше, чем при сухом теплообмене. Для определения ко­ эффициента теплообмена в этом случае предлагается критериальная зависимость типа

где Gu — критерий Гухмана, имеющий значение

здесь Го — температура среды в °К; 7'м— температура мокрого тер­

мометра в °1<.

Однако, как отмечает А. В. Лыков, строгого физичес­ кого обоснования введения критерия Gu в формулу для расчета Nu и Nu' до сих пор нет.

24

ll. Д. Лебедевым предложено уравнение теплообме­ на для всего процесса сушки, имеющее вид

внутри материала может перемещаться в виде жидкос­ ти или пара, если внутри материала происходят фазо­ вые изменения.

При постоянной температуре материала закон влагопроводности выражается уравнением

А. В. Лыков установил, что при неизотермических ус­ ловиях перемещение влаги во время сушки происходит не только из-за градиента влажности, но и за счет гра­ диента температуры. П. Д. Лебедев экспериментально доказал, что при температуре материала выше 100° С фактором влагопереноса внутри материала становится также и градиент нерелаксируемого давления. Благодаря этому фактору значительно интенсифицируется процесс сушки.

Таким образом, уравнение переноса влаги с учетом всех факторов имеет вид

где ДО1— градиент температуры по толщине; б — термоградиентный коэффициент; k — коэффициент молярного переноса пара; Ар — гра­ диент давления по толщине.

Для случая p = const А. В. Лыков вывел систему диф­ ференциальных уравнений переноса тепла и влаги во влажном теле. Решение этой системы уравнений сопря­ жено со значительными трудностями из-за отсутствия данных о константах. тепло- и влагообмена и их нели­

25

нейной зависимости от температуры и влажности. Одна­ ко для тел классической формы с использованием кри­ териев подобия из дифференциальных уравнений, описы­ вающих внутренний влагообмен, получены частные ре­ шения. Для определения некоторых констант влагообмена разработаны методики, как правило, трудоемкие, тре­ бующие достаточно сложную аппаратуру.

При отсутствии градиентов температуры и давления внутри материала, что свойственно первому периоду при обычных режимах сушки, основным коэффициентом пе­ реноса влаги внутри материала является коэффициент влагопроводности (коэффициент диффузии пара и жид­ кости). Исследованиями установлено, что этот коэффи­ циент возрастает с повышением влажности и температу­ ры материала. В частном случае для поверхности мате­ риала формула (25) примет вид

Следовательно, если опытом установлена скорость сушки т и распределение влажности в материале в про­ цессе сушки, то, используя формулы (27) —(29), можно подсчитать коэффициент влагопроводности а.

Из основных критериев влагообмена внутри тела при­ водим следующие. Влагообменный критерий Кирпичева

26

Ki, характеризующий интенсивность внешнего влагообмена по сравнению с интенсивностью внутреннего влагообмена,

где R — половина толщины пластины.

В первом периоде при параболическом распределе­

< K i< 2 , при этом чем меньше Ki, тем меньше сопротив­ ление внутреннему влагообмену. Критерий Кирпичева можно использовать как критерий трещинообразования из соотношения

где и, и и «о — среднее, локальное и начальное влагосодержание в

где а — коэффициент температуропроводности.

Критерий Ребиндера Rb, характеризующий отноше­ ние количества тепла, расходуемого на нагрев материа­ ла, к количеству тепла, расходуемого на испарение вла­ ги,

где с=Со+Сг,м — теплоемкость влажного материала, отнесенная к сухой массе, в ккал/кг-град-, г — теплота испарения влаги в ккал/кг\

dt

— температурный коэффициент сушки, принимаемый по экспери­

ментальным температурным кривым и кривым скорости сушки.

А. В. Лыков, используя критерий Rb, балансовые со­ отношения тепла и вещества в процессе сушки, устано­ вил взаимосвязь средних значений влагосодержания и

27