Особливості процесів тепломасопереносу в полідисперсних пористих середовищах - Автореферат

Точне описування процесів тепломасопереносу будь - яких субстанцій (газів, рідин, продуктів хімічних реакцій тощо) в таких середовищах неможливе через надто складну структуру та не до кінця ясного механізму переносу в пористому тілі. Її особливость - наявність в обємі матеріала двох підсистем: пористих включень (зон) із примірно однаковими радіусами пор, і широких каналів (транспортних пор значно більшого діаметра), які розділяють ці зони між собою, тобто, тут припускається бідисперсний розподіл пор в тілі. Робота виконана в інституті технічної теплофізики НАН України в рамках науково-технічних программ 0.37.10.02 «Розробити високотемпературні енергоресурсозберігаючі технології при друку та заключному обробленню текстильних матеріалів» (Постанова ДКНТ №555 від 30.10.85, Президії АН УРСР №474 від 27.12.85 та №328 від 10.09.86, номер держреєстрації - 01870039786) і «Розробити наукові основи перспективних технологій сонячної теплохолодофікації, обробки матеріалів та очищення викидів на базі досліджень тепломасообміну в гетерогенних системах із врахуванням хвильового характеру переносу тепла та маси» (Постанова ДКНТ України №19 від 24.07.92, номер держреєстрації 019321008623). Метою дослідження є розвиток удосконаленої теорії тепломасопереносу різних субстанцій в полідисперсних (бідисперсних) пористих середовищах, на основі якої можуть бути розроблені нові технології і установки для обробки матеріалів, що мають таку структуру. Оскільки тепломасоперенос в цих середовищах - процес багатостадійний, то конкретні задачі, які при цьому виникають, стосуються наступного: а) встановити на основі теоретичних досліджень відносно прості кількісні критерії по розмежуванню граничних випадків (виявленню обмежної стадії) масопереносу в залежності від співвідношення характерних часів дифузії обох підсистем для довільних ізотерм адсорбції в ізотермічному режимі в умовах локальної рівноваги;У першому розділі проведено огляд літератури, що включає роботи по дослідженню тепломасопереносу, з питань визначення величин коефіцієнтів дифузії в мікропористих зонах в числових експериментах і дослідження локально-нерівноважних процесів переносу маси та енергії в гомогенних і гетерогенних середовищах. Існують дві моделі переносу в зонах: модель масопереносу в гомогенній зоні, в якій молекула утримується всім адсорбційним полем пори і дифузія має активований характер, і модель - в гетерогенній зоні, що припускає існування в ній адсорбційної фази, яка знаходиться в рівновазі з обємною. Методи, які розроблені для лінійної ізотерми і не враховують існування вхідного опору в зону, засновані на обчисленні моментів кінетичних кривих або їх похідних від характерного розміру в залежності від співвідношення характерних часів дифузії, не завжди досягають своєї мети, як внаслідок недостатньої точності, так і своєї трудомісткості, оскільки потребують проведення додаткових експериментів. Як зясувалось, більша відповідність експериментам спостерігається, якщо трактувати їх на основі рівнянь гіперболічного типу, а саме (принаймні, в першому наближенні), - рівняння Максвелла - Каттанео, яке припускає існування фронту концентрації (або температури) в системі. Наприклад, дифузія низкою, яка має місце в цеолітах з канальною структурою, або кільцеве забарвлення волокон в текстильних матеріалах, що спостерігається при їх фарбуванні, можуть відповідати фронтальному переносу маси.Вперше (як в лінійному, так і в нелінійному по концентрації наближеннях) визначені межі застосовності граничних випадків кінетики ізотермічної адсорбції, які описують ту чи іншу лімітуючу стадію масопереносу, для біпористих систем, в яких істотний вплив вхідного опору, що зазнає сорбат на поверхні микрозони. Встановлено, що скінченна величина вхідного опору не здійснює впливу на розподіли концентрації в підсистемах в першому наближенні в кожному з граничних випадків, але істотно змінює межі їх застосовності в порівнянні із такими в його відсутності: звужує область, в якій стадія масопереносу в транспортних порах найбільш повільна (), и істотньо розширює її, якщо процес контролюється дифузією () в зонах (і - характерні часи дифузії по мікрозоні і транспортних порах відповідно). В квазістаціонарному наближенні, коли тиск парів розчинника над поверхньою гранули близький до значення насичення, а швидкості дифузії сорбату в зоні и випаровування розчинника з гранули сумірні, встановлено розподіл концентрації в транспортних порах в двох граничних випадках кінетики: сильно и слабо сорбувальних зон. Встановлені межі застосовності граничних випадків кінетики неізотермічної адсорбції в наближенні, коли параметр, що характеризує величину вхідного опору, не залежить від температури, а зміна останньої визначається теплообміном на поверхні гранули. Вперше сформульована задача кінетики ізотермічної адсорбції в біпористих середовищах в умовах часової нелокальності, коли масоперенос в кожній з підсистем залежить від додаткового (нелокального) часового параметру, який характеризує ступінь відхилення підсист

Основний зміст роботи