– при постоянных ГУ (когда T
с
= const): ГУ-3; ГУ-2; при постоянных ГУ-1 задача становится триви-
альной;
– при переменных ГУ-3, ГУ-2, ГУ-1, когда T
с
= T
с
(τ).
Для взаимосвязанных задач переноса, рассматриваемых ниже, могут быть варианты задач:
– тепло-диффузионные, когда за основу берется теплоперенос;
– диффузионно-тепловые, когда за основу берется массоперенос.
Решения всех этих задач методически аналогичны. Поэтому рассмотрим их на наиболее общих
примерах задач взаимосвязанного теплопереноса в термически тонких материалах, например, при-
менительно к процессам сушки.
3.6 К решению задач взаимосвязанного тепломассопереноса
Разработаны методы и получены решения многочисленных линейных взаимосвязанных задач пе-
реноса (см., например, работы А.В. Лыкова, Ю.А. Михайлова, М.Д. Михайлова, Ю.Т. Глазунова). Од-
нако, как уже говорилось, для практических расчетов они оказываются малореальными, причем не из-за
математических трудностей, а из-за неизвестности, нестабильности и погрешностей многочисленных
входящих в исходные модели коэффициентов и характеристик. Эти коэффициенты и характеристики в
данном случае являются больше демонстрационно-показательными и не учитывают множества реаль-
ных явлений, происходящих при тепло- и массопереносе.
Поэтому в настоящем пособии излагается методология описания и расчета таких процессов с ис-
пользованием температурно-влажностных зависимостей (ТВЗ), разработанная В.И. Коноваловым и его
школой.
Для лучшего понимания этих методов рассмотрим вначале решения безградиентных взаимосвязан-
ных задач в ОДУ, а затем решения задач в ДУЧП для уравнений теплопроводности и диффузии в соче-
тании с ТВЗ.
3.6.1 Взаимосвязанный тепло- и массоперенос в термически тонких материалах
В этом разделе даются указания о двух методах решения уравнения теплового баланса. Он оказыва-
ется наиболее эффективным для материалов незначительной толщины или при малой интенсивности
процесса, когда можно пренебречь перепадом температур по сечению тела и принять температуру по-
верхности тела T
п
= T(R, τ) примерно равной его среднемассовой температуре )(τ= TT . Этот подход за-
ключается в непосредственном использовании для расчета процесса сушки уравнения теплового балан-
са
)(
)()(
тт
τ=
τ
τ
+
τ
τ
− Q
d
Td
cM
d
ud
rM . (3.6.1)
При комбинированном теплоподводе
∑
=
=
n
1i
i
QQ , где например:
)],([
сконвконв1
τ−
RTTFFqQQ , (3.6.2)
})],([{
44
излпр0излизл2
τ−ϕε=== RTTFcFqQQ . (3.6.3)
Замена в уравнениях (3.6.2) и (3.6.3) Т
п
на
резко упрощает задачи экспериментальных исследова-
ний, так как отпадает необходимость весьма сложного измерения температурных полей. Несколько уп-
рощается также интегрирование уравнений теплового баланса (3.6.1) – (3.6.3). Такие материалы будем
называть в дальнейшем термически тонкими.
В следующем разделе приводятся примеры расчетных моделей для конкретных случаев сушки.
3.6.1.1 Решение безградиентной задачи тепломассопереноса (3.6.1) при известной температур-
но-влажностной зависимости )(uT
Для конвективной сушки при )(),( τ≅τ TRT из (3.6.1), (3.6.3) имеем