Топлопренос

Специалност „Инженерна химия и съвременни материали”, III и IV семестър,60 ч. лекции, 60 ч. упражненияЛектор: чл.-кор. проф. дфн Петър А. Кралчевски
Анотация: Целта на курса е студентите да получат основни теоретични и експериментални знания в следните области
: топлопренос в
н
еподвижна ср
е
да и в конв
екти
вен поток; свободна кон
в
ек
ци
я
;
е
ф
е
к
т от топл
и
нн
и източници
(в
искозен, елект
р
ически;
химически
, ядре
Тук, ( е масовата плътност; q е плътността на електричния заряд; v e скорост; r е радиус векрот; ( е енергия на един EMBED Equation.3 
 (енергия) (1.
5)
Тук, ( е масо
в
ата плътност
;
q е плътно
стта
на електричния заряд;
v
e
с
к
о
ро
с
т
;
r е ради
у
с
векрот; ( е
ен
ергия на едини
ц
а маса.
M, Q и E
са сТу
получаваме:
В тримерния случай, потокът j e векторна величина, която е равна на произведението от концентрацията по вектора на скоростта:
Toга
в
а ур. 1.8, в

общаВ триме
рния
случай, потокът j e ве
к
то
рн
а

ве
л
и
ч
ина, коят
о
е
равна на пр
ои
зведението от
к
онцентра
цията по
вектор
Величината
ще наричаме дифузионен поток. Потокът I(i) е пропорционален на относителната скорост на движение на i-тия компонентще наричаме дифузионен поток. Потокът I(i) е пропорционален на отн
осителната скоро
с
т на движени
е
на i-тия к
омпо
нент спрямо средната ма
с
ов
а
с
к
ор
о
с
т
,  EMBED

Eq
uation.3 

.
Експериментал
н
о е уста
новен сле
дният
където ( е вискозитетът на средата, а Ri e радиусът на частицата. Смисълът на ур. 1.24 е, че при равномерно и праволинейно движение действуващата сила е уравновесена от вискозната сила (силата на триене на частицата с флуида), която се изразява с дясната страна
на ур. 1.24. Сра
в
нението на у
р
. 1.23 и 1.
24 д
ава израз за коефициент
а
н
а
п
о
дв
и
ж
н
ост в слу
ч
ая
на сферична
ч
астица във вис
к
озен флу
ид:
ED Equ
(Siméon-Denis Poisson, 1781–1840, френски математик и физик). Тук ( е относителната диелектрична проницаемост на средата (например, ( = 80.08 за вода при температура 20 (С); (0 = 8.85418782 ( 10(12 F/m е диелекричната проницаемост на вакуума; един фарад е F = A.
s4/(m2.kg); сума
т
а в ур. 1.32

предствлява
плъ
тността на електричния
з
ар
яд
;

су
м
и
р
ането се
и
зв
ършва по вси
чк
и заредени (йо
н
ни) комп
оненти, к
оито с
където
Величината ( се нарича параметър на Дебай (Peter Debye, 1884–1966 – холандски физик и химик). Величината ((1 има размерност на дължина и х
арактеризира деб
е
лината на дв
о
йния електр
ичек
ъдето
.
3

E
M
B
E
D Equatio
n
.3


(1.38)
Величин
а
та ( се
нарича па
раметъ
където концентрацията на електролит (в средните скоби) е дадена в „М”, т.е. в молове на литър (1 където концентрацията на електролит (в средните скоби) е дадена в „М”, т.е. в молове на литър (1 М = 1 mol/dm3). За удобство се въве
жда величината й
о
нна сила на
р
азтвора, ко
ято
се дефинира както следв
а
:
E
M
BE
D

E
quation.3


1.
42)
Вижда се,
ч
е за 1:1
електрол
ит I =
За отбеляз960969.60.9969.60.99.60.96
За 0.96
За отбелязв

ЗЗа отбелязване е, че минималната йонна сила, I = 10(7 М, е тази на чистата вода и се дължи на равновесната дисоциация на водната молекула: H2O ↔ H+ + OH(. С други думи, във водни разтвори винаги ((1 ( 960 nm < 1 (m, т.е. характерната дебелина на двойния елек
тричен слой е су
б
микронна.
1
.7. Масопре
нос
при химична реакция; ос
н
ов
eн

п
ос
т
у
л
ат на хим
и
чн
ата кинетика
.
Основният пост
у
лат на х
имичната
кинети
При правата реакция, една молекула от реагента А се съединява с една молекула от реагента В и се образува една молекула от продукта на реакцията, C. Съгласно основния постулат на химичната кинетика, скоростта на тази реакция е:
(1.46)
където nA

и nB са числ
о
вите концен
трац
ии на молекулите от ком
п
он
ен
т
и
А

и

В, а k1 с
е
н
арича скорос
тн
а константа на

правата
реакция.
При о

Фигу

Фигура. 1.3. Скица на д

ФФигура. 1.3. Скица на двоен електричен слой и на разпределението на електричния потенциал зададено от ур. 1.40. Йоните, чиито заряди и
мат противополож
е
н знак на то
з
и на повърх
ност
ните заряди се наричат
п
ро
ти
в
о
йо
н
и
,
а тези,
к
ои
то имат същи
я
знак – койони.

Заредена
та повърх
ност п

ФФигура 1.2. Скица на елемент от тръбичката; S e нейното напречно сечение; j(x) и j(x+dx) са входящият и изходящият поток от молекули.

dx

Фигура 1.1. Скица на тънка тръбичка (капиляра), в която се извършва едномерно движение на молекули успоредно на оста
х.

ddx

Фигу
р
а
ФФигура 1.
1
. Скица на
тънк
а тръбичка (капиляра),
в
к
оя
т
о
с
е

и
звършва е
д
но
мерно движен
ие
на молекули у
с
поредно
на оста х
.