Коэффициенты переноса теплоты и вещества

Основными коэффициентами переноса являются: коэффициент теплопроводности, коэффициент диффузии, коэффициент температуропроводности, термоградиентный коэффициент, удельная теплоемкость.

В абсолютно сухом состоянии теплообмен не осложнен массообменом и коэффициенты теплопроводности, рассчитанные по аналитическим соотношениям, близки к действительным.

В абсолютно сухом капиллярнопористом теле передача теплоты может осуществляться теплопроводностью через твердый скелет тела, конвекцией и излучением между стенками пор. Все эти виды переноса теплоты обычно определяются эквивалентным коэффициентом теплопроводности:

,

где - эквивалентный коэффициент теплопроводности, который определяется как

где l_m - коэффициент молекулярной теплопроводности;

l_к – коэффициент конвективной теплопроводности, равный произведению коэффициента теплоотдачи a на характерный размер ;

l_л – коэффициент лучистой теплопроводности, определяемый соотношением .

Эквивалентный коэффициент l_э воздуха при температуре 237,15 К больше истинного в 1,95 раза.

Во влажных телах теплообмен всегда сопровождается массообменом. При этом возникает градиент переноса вещества, который зависит от температуры, и поэтому экспериментальные значения коэффициентов l соответствуют эквивалентным, а не истинным значениям коэффициентов теплопроводности.

Разница между эквивалентным коэффициентом l_э и истинным l будет равна дополнительному потоку теплоты, вызванному переносом пара и отнесенному к единичному градиенту температуры ( к/м). Следовательно, коэффициент l_э равен .

Коэффициент температуропроводности определится по формуле

,

где с_в – удельная теплоемкость влажного тела, рассчитанная на 1 кг абсолютно сухого тела: (где с₀ и с_ж – соответственно удельные теплоемкости абсолютно сухого тела и жидкости).

При этом различают удельные теплоемкости влажного тела, рассчитанные на единицу массы абсолютно сухого с и влажного с_в тела. Между с и с_в существует зависимость:

.

Удельные теплоемкости абсолютно сухих тел незначительно отличаются друг от друга, и температура практически не влияет на величины этих теплоемкостей.

Термоградиентный коэффициент, или коэффициент термовлагопроводности, d характеризует относительный термический массоперенос пара и жидкости. Для большинства материалов коэффициент d с повышением влагосодержния сначала увеличивается, достигая максимального значения, а затем уменьшается. Он зависит от капиллярнопористой структуры тела и вида переноса вещества.