30. Испарение воды со свободной поверхности

Закономерности испарения воды со свободной поверхности определяются физическими условиями на границе раздела двух фаз: воздух — вода. Многочисленными исследованиями установлено, что скорость испарения воды в воздух пропорциональна разности давлений водяного пара у самой поверхности воды рн и в окружающем воздухе рп. Давление пара у поверхности воды соответствует его давлению в состоянии насыщения рн (см. табл. 3, графа справа) при температуре воды. Давление пара рп в воздухе удобно определять по Id-диаграмме; его предельное значение для расчета нормальных процессов сушки пиломатериалов до 60 кПа (0,6 бар).

Вакуумные сушильные шкафы для низкого вакуума

Интенсивность испарения И кг/(м2-ч) воды при небольших отклонениях давлений по сравнению с барометрическим можно вычислять по приближенной формуле Дальтона:

где с — коэффициент испарения, учитывающий скорость V (м/с) воздуха и его направление у поверхности испаряемой воды.

Разность рн—pп — потенциал испарения; его определение связано с трудностями. Удобнее представить его в виде потенциала сушки, т.е. психрометрической разности ∆t=t—tм, непосредственно отсчитываемой по показанию психрометра. С учетом (34) рн—pп=∆t(65—0,0006рп) Па [∆t (6,5—0,0006рп) мм вод. ст.] можно предложить метод определения и контроля (в частности, автоматического) интенсивности испарения воды, используя действительное в различных производственных условиях протекание этого процесса и применяя в качестве датчика непосредственно баллон мокрого термометра психрометра (в том числе термометров контактного, сопротивления и др.). При этом моделируется фактическое испарение влаги в реальном контролируемом состоянии воздуха. Подставив значение Рн—рп [Па (мм вод. ст.)] в формулу Дальтона, получим

В этой формуле определяющим параметром интенсивности испарения И воды является ∆t. При параллельном направлений воздушного потока к испаряемой водной поверхности и его тем пературе в диапазоне 60—250° С коэффициент с приближенно равен

При направлении потока воздуха перпендикулярном к поверхности воды интенсивность испарения удваивается. Более точные значения коэффициента с получить при учете тепло- и массообменных критериев подобия и скорости диффузии пара в воздухе.

Пример. Определить скорость адиабатного испарения воды, нагретой до 66° С воздухом с температурой 84° С и психрометрической разностью ∆t = 18°С при движении воздуха со скоростью v = 2 м/с параллельно поверхности воды; давление пара по Id-диаграмме pп=25 500 Па (2600 мм вод. ст.). Коэффициент с=0,0017+0,0013-2 =0,0043. Интенсивность испарения воды И=0,00043-18(65—0,0006-25 500) =[0,0775(6,5—0,0006-2600)]=0,365 кг/(м2-ч).