Исследование испарения в пограничный слой

ЦЕЛЬ. Рассмотреть стационарную диффузионную задачу при испарении чистой жидкости с плоской поверхности испарения в ламинарный пограничный слой вынужденного газового потока (в отсутствие заглубления поверхности испарения и волнообразования на ней) при числах. В классической модели диффузионной задачи поступления массы с плоской поверхности в ламинарный пограничный слой учитывается лишь возникающий при этом дополнительный подтормаживающий эффект. Однако получающееся решение не отвечает общему случаю испарения, поскольку при этом массоперенос может существенно зависеть от тепловой обстановки задачи, сопряжѐнной по фазам; в критериальной форме это обстоятел ьство выражается появлением дополнительного параметра. Отметим, что указанный параметр связан с величиной производной относительной концентрации по поперечной координате на поверхности испарения. В ходе предлагаемого решения температура поверхности испарения и соответственно величина этого параметра принима лись постоянными. МЕТОДЫ. При решении задачи использовались численные приближѐнные методы интегрирования уравнения диффузии (метод Эйлера, методинтегро-дифференциального уравнения, а также метод последовательных приближений). При этом подтормаживающее действие потока пара с поверхности фазового перехода полагали для нашего случая сравнительно незначительным (что соответствовало экспериментальным данным, использовавшимся в [1-3]). РЕЗУЛЬТАТЫ. В статье анализируется известное классическое решение уравнения диффузиипо модели Хартнетта - Эккертаи отмечается, что получаемый в этой модели результат не отвечает общему случаю испарения, когда массоотдача в газовой фазе зависит также от комплекса . На основе решения, полученного в нашей работе, приходим к выводу, что действие указанного параметра проявляется в увеличении толщины диффузионного пограничного слоя. Кроме того, этот эффект связан также со значением продольной координаты, являясь более заметным при еѐ малых значениях. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Указанную картину испарения физически можно объяснить относительно бóльшим количеством испаряемого вещества , нежели в ”стандартном” случае поскольку представленные значения в свою очередь связаны с более высокими значениями температуры поверхности испарения . Можно также полагать, что в области газового потока, непосредственно примыкающей к поверхности испарения, указанные факторы проявляют себя схожим образом и в случае турбулентных течений.

испарение, диффузия, пограничный слой, тепломассоперенос

1. Шпаковский Р.П., Пастухова Г.В. Массотеплоотдача при испарении в газовый поток // Теоретические основы химических технологий. 1998. Т.32, №3. С. 256-263.

2. Шпаковский Р.П. Задача Стефана и тепломассоперенос при испарении // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2012. №9-10. С. 57-67.

3. Шпаковский Р.П. Тепломассоперенос при испарении в газовый поток: монография // Н.Новгород: НГТУ им. Р.Е.Алексеева, 2013. 256 с.

4. Шпаковский Р.П. Аппроксимация профиля концентрации в газовой фазе при испарении // Теор. основы хим. технол. 2002.Т.36, №2. С. 135-140.

5. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. – М.: Наука, 1969. 742 с.

6. Гинзбург И.П. Теория сопротивления и теплопередачи. Л.: Изд-во Ленинградского университета. 1970. 376 с.

7. Шишкова И.Н., Крюков А.П. Приближѐнное решение сопряжѐнной задачи тепло- и массопереноса через межфазную поверхность // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 2. С. 483-488.

8. Кузнецов Г.В., Феоктистов Д.В., Орлова Е.Г. Испарение капель жидкостей с поверхности анодированного алюминия // Теплофизика и аэромеханика. 2016. №1. С. 17–22.

9. Яманаев Г.А. Особенности выбора методики для расчѐта испарения // Центральный научный вестник. 2018. Т.3. № 2. С. 47-48.

10. Елизаров Д.В., Елизаров В.В., Камалиев Т.С., и др. Математическое моделирование массопереноса при ламинарном движении капли в жидкой среде // Инженерно-физический журнал. 2016. Т. 89. № 2. С. 298-309.

11. Gu L.D., Min J.C., Tang Y.C. Effects of mass transfer on heat and mass transfer characteristics between water surface and airstream // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2018. V. 122. pp.1093-1102.

12. Pakhomov M.A., Terekhov V.I. Effect of evaporating droplets on flow structure and heat transfer in axisymmetrical separated turbulent flow // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 140. pp. 767-776.

13. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Модель тепло- и массоотдачи в шероховатых и орошаемых каналах // Теплофизика и аэромеханика. 2015. № 4. С. 453-458.

14. Высокоморная О.В., Пискунов М.В., Стрижак П.А. Условия интенсивного испарения неоднородной капли воды в высокотемпературной газовой среде // Известия ВУЗов. Проблемы энергетики. 2015. № 5-6. С. 53-59.

15. Feng Chen, Chandra Sanjeev. Evaporation of ethanol films wicking on structured porous coatings deposited on copper plates // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 136. pp. 821-831.

16. Гухман А.А. Применение теории подобия к исследованию процессов тепло-массообмена. М.: Высш. школа, 1974. 328 с.

17. Hartnett J.P., Eckert E.R.G. Mass-Transfer Cooling in a Laminar Boundary Layer with Constant Fluid Properties // Recent Advances in Heat and Mass Transfer, New York-Toronto-London, 1961. pp. 142-160.

18. Шпаковский Р.П., Якунин Ю.И. К решению уравнения диффузии пограничного слоя при нелинейном краевом условии Стефана // Матем. методы в технике и технол. ММТТ–17, Кострома, 2004. Т.1.С. 151-154.