Массоперенос в капиллярно-пористых телахМногие массообменные процессы технологии строительных материалов происходят при взаимодействии среды (жидкости, газа) с капиллярно-пористыми телами. В таких системах массообмен через поверхность раздела фаз взаимосвязан с потоком распределяемого вещества в порах и капиллярах твердой фазы. Перемещение вещества в объеме твердой фазы называют массопроводностью. Массопроводность не только определяет скорость массообмена капиллярно-пористого тела с омывающей его средой, но и влияет на свойства получаемых материалов. Перенос вещества в капиллярно-пористом теле происходит в результате одновременного действия различных физических факторов. Ввиду сложности реальной структуры капиллярно-пористого тела при анализе механизмов переноса вещества пользуются модельными представлениями о капилляре, как о прямом цилиндрическом канале постоянного сечения. Количество диффундирующего вдоль цилиндрической поры вещества при разности концентраций Dc определяют по уравнению:
где L –длина капилляра. При наличии перепада давления на концах капилляра большого диаметра перенос вещества в нем происходит в результате вязкого, обычно ламинарного, течения. Количество перенесенной по капилляру таким способом жидкости определяют по уравнению:
где r – радиус капилляра; n - кинематическая вязкость жидкости; DP – перепад давления на концах капилляра. Если радиус капилляра меньше длины свободного пробега молекул, то вследствие частых соударений молекул переносимого вещества со стенкой капилляра, законы диффузии, справедливые только для сплошной среды, в данном случае не применимы. Перенос вещества таким течением, называемым кнудсеновским или эффузией, определяют для изотермического потока с помощью уравнения:
где M – молекулярная масса переносимого вещества. Ввиду того, что теоретический расчет массопроводности на основе анализа отдельных элементарных процессов невозможен, а также, учитывая их градиентный характер, массопроводность в капиллярно-пористых телах принято оценивать единым эквивалентным диффузионным переносом:
где Dэ – коэффициент эффективной диффузии, характеризующий суммарный массоперенос в реальном капиллярно-пористом теле. В отличие от обычного коэффициента диффузии в уравнении Фика коэффициент эффективной диффузии зависит не только от свойств переносимого вещества, температуры и общего давления, но и в значительной степени от вида капиллярно-пористой структуры и размера капилляров. В нестационарном процессе массообмена его величина зависит от интенсивности отдельных элементарных процессов.
|
, (23)
, (24)
, (25)
, (26)
