Analogie pomiędzy wymianą masy i ciepła

Wielkość wymiany masy składnika A w dwuskładnikowej mieszaninie jest wyrażona w sposób analogiczny do p. Newtona:

Tabela 1. Analogie pomiędzy wymianą masy i wymianą ciepła.

Przepływ ciepła	Przepływ masy
T	C,y,ρ,w
αkon	αmas

Gdzie:

D_AB - współczynnik dyfuzji składnika A w mieszaninie AB

C - stężenie składnika

Sc, Le - liczby podobieństwa

α_mass - współczynnik wymiany masy

C_s - stężenie składnika na powierzchni A_s

C_∞ - stężenie składnika w znacznej odległości od powierzchni brzegowej

ZADANIA:

1. Rurą o średnicy wewnętrznej d = 15 mm pokrytej warstwą wody jako wynik kondensacji, przepływa powietrze ze średnia prędkością 1.2 m/s w celu wysuszenia rury. Temp. przepływającego powietrza wynosi 27ºC, ciśnienie 1 atm. Stosując analogię pomiędzy przepływem masy i ciepła określ współczynnik przepływu masy wewnątrz rury dla w pełni rozwiniętego przepływu.

dla 280 K < T < 450 K

Dla przepływu laminarnego Nu = 3.66, dla przepływu burzliwego Nu = 0.021Re^0.8Pr^0.6

2. Nad ciałem pokrytym warstwą naftalenu przepływa z prędkością 2 m/s suche powietrze o temp. 25ºC i ciśnieniu 1 atm. Zaobserwowano, że 12 g naftalenu sublimuje w 15 min. Pole powierzchni rozpatrywanego ciała wynosi 0.3 m². Temperatura powierzchni wynosi 25ºC. Ciśnienie pary naftaliny w 25ºC wynosi 11 Pa, natomiast współczynnik dyfuzji masy naftaliny w 25ºC wynosi D_AB = 0,61⋅10^-5 m²/s. Określić współczynnik wymiany ciepła nad powierzchnią.

3. Podczas słonecznego dnia napój w puszcze jest owinięty materiałem tak, aby cały czas był wilgotny. Jeśli warunki otoczenia wynoszą: 1 atm., 30°C i 40 % wilgotności względniej określ temp. napoju.

Podręcznik:

1. B. Staniszewski: Wymiana ciepła: podstawy teoretyczne, wyd. 2, PWN Warszawa 1980.

Wymagane wiadomości:

1. Prawo dyfuzji Ficka.

2. Analogie pomiędzy wymianą masy i wymianą ciepła.

3. Dyfuzja w gazach.

4. Współczynnik wymiany masy.