Диффузионный пограничный слой

Рис. 22.1. Распределение концентраций пара и газа над поверхностью испарения

Понятие пограничного слоя применяется также при изучении процессов массообмена. Перенос массы какого-либо компонента смеси осуществляется под действием градиента концентрации этого компонента. В том случае, когда поперечная составляющая градиента концентрации много больше продольной составляющей (иначе, когда продольным переносом массы в продольном направлении можно пренебречь), область процесса переноса вещества называют диффузионным пограничным слоем. Обычно эта область наблюдается вблизи поверхности раздела фаз (случаи испарения, конденсации н др.). О диффузионном пограничном слое говорят также при рассмотрении процессов искусственно организованного вдува-отсоса инородного газа через пористую поверхность, омываемую потоком основного газа.

Аналогично тепловому и гидродинамическому пограничному слою существует понятие диффузионного пограничного слоя. В пределах этого слоя , а вне его .

Такой слой может образоваться в процессе испарения, конденсации, вдува через пористую стенку. Как и для случаев теплового и гидродинамического слоев здесь уравнения упрощаются. Например, для стационарного изотермического процесса в плоской задаче уравнение массобмена для ламинарного течения имеет вид

Теплообмен (без массообмена)	Массообмен (изотермический режим)
; ; (23.1)
; (23.2)	; (23.3)
; (23.4)
; (23.5)
(23.6)	(23.7)

Для массообмена полагаем, что стенка проницаема для активного компонента. Сравнивая формулировки задач для теплообмена и массообмена можно сказать, что они идентичны во всём, кроме составляющей скорости на стенке при y=0 – при теплообмене она равна нулю, а при массообмене – это w_yc. В общем случае w_yc может зависеть от х. Поперечный относительно основного течения поток массы активного компонента приводит к тому, что распределение температуры и величина коэффициента теплоотдачи могут быть иными, чем при теплообмене, не сопровождающемся массообменом.

Если положить, что w_yc  0, то с формальной точки зрения нет разницы, какую задачу решать – поля температур и относительных концентраций будут отличаться на постоянную величину.

Приближение диффузионного пограничного слоя аналогично приближению теплового и гидродинамического слоёв. Оно справедливо при идентичных условиях, что и для теплового и гидродинамического слоёв. Дополнительным условием к (22.1) – (22.2) является, что скорость , т.е. поперечный поток течёт намного медленнее, чем w_ж.

Если , можно пренебречь продольным потоком, вместо (22.1) – (22.2) имеем:

; (22.3)

. (22.4)

Несмотря на то, что уравнения теории пограничного слоя проще полных уравнений процессов тепломассообмена, их решение представляет собой сложную задачу. Оно возможно только с применением численных методов.