Химия онлайн
ПЕРЕНОСА ПРОЦЕССЫ

ПЕРЕНОСА ПРОЦЕССЫ , необратимые процессы пространств. переноса массы, импульса, энергии или др. Причины этих процессов-пространств.неоднородности состава, скорости движения частиц системы, т-ры. Перенос происходит в направлении, обратном градиенту концентрации, т-ры или др., что приближает систему к равновесию.

П. п. в покоящейся среде осуществляются только в результате хаотич. движения молекул (мол. перенос). В текущих средах к этому механизму переноса добавляется конвектив-ный перенос, а при высоких числах Рейнольдса еще и турбулентный перенос, связанный с хаотич. перемещением вихрей. Общую феноменологич. теорию П. п., применимую к газообразной, жидкой или твердой системе, дает термодинамика необратимых процессов.

П. п. при турбулентном режиме движения жидкости в пространстве с учетом молекулярного, конвективного и турбулентного механизмов переноса описывают с помощью выражений (1)-(3) для вектора плотности потока массы jА, тензора плотности потока импульса несжимаемой ньютоновской жидкости Пik [жидкость считается несжимаемой, если число Маха не превышает величину 0,14; в противном случае необходимы поправки., приводящие к появлению дополнит. членов в ур-нии (2)] и вектора плотности потока теплоты Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-34.jpg:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-35.jpg

где Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-36.jpg плотн. жидкости; СА, v, T -мгновенные значения соотв. концентрации компонента А в смеси, вектора скорости и т-ры; С'А, v', T' их пульсац. составляющие; Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-37.jpg -объемная массовая концентрация компонента А; Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-38.jpg -компоненты мгновенного значения скорости в прямоугольных декартовых координатах; Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-39.jpg-компоненты пульсац. значений скорости; D, v и a-коэффициенты соотв. мол. диффузии, кинематич. вязкости и температуропроводности; p мгновенное значение давления; Ср теплоемкость при постоянном давлении; xi,·, xk-координаты прямоугольной декартовой системы координат; i, k = 1, 2, 3-индексы координат и компонент скорости; Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-40.jpg-оператор осреднения переменных величин по времени в рассматриваемой точке пространства; Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-41.jpg-оператор набла; i1, i2, i3 -направляющие орты прямоугольной декартовой системы координат (единичные векторы); дельта-символ Кронекера.Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-42.jpg

Составляющие плотностей потоков массы, импульса и теплоты в ур-ниях (1)-(3) описываются выражениями (4)-при молекулярном, (5)-при конвективном и (6)-при турбулентном механизмах переноса:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-43.jpg

При ламинарном режиме течения: C'A = v' = T' = 0 и в приведенных выше ур-ниях осредненные по времени значения переменных приобретают смысл мгновенных величин; поэтому в ур-ниях (1)-(3) следует принятьХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-44.jpg = СА, Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-45.jpg = v, Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-46.jpg — T и опустить составляющие (6).

В покоящейся среде конвективный механизм переноса отсутствует, поэтому при постоянном значении r получают ур-ния, дающие трехмерную формулировку закона Фика и ур-ния Фурье:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-47.jpg

Из ур-ний (7) видно, что перенос массы (диффузия) происходит при наличии в системе градиента концентрации, а перенос теплоты (теплопроводность) - вследствие градиента т-ры. Строго говоря, движущей силой диффузии является градиент хим. потенциала, к-рый лишь вблизи положения равновесия приводится к градиенту концентрации, фигурирующему в ур-нии закона Фика. Однако практич. необходимость выражать диффузионный поток через градиент хим. потенциала (что существенно усложняет задачу) возникает лишь в спец. случаях, напр. при расчете процесса вблизи критич. точки. Законы Фика и Фурье не учитывают взаимное влияние потоков при переносе массы и теплоты (перекрестные процессы).

При существ. градиентах т-ры и давления (последнее м. б. вызвано, напр., внеш. полем) необходим учет дополнит. потока массы вследствие градиентов т-ры (термодиффузия) и градиентов давления (бародиффузия), а также учет дополнит. потока теплоты, вызванного переносом массы. При определенных условиях для перекрестных потоков выполняется теорема Онсагера.

Составляющая тензора Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-48.jpg в ур-нии (4), для к-рой при ламинарном режиме течения принимают Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-49.jpg =Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-50.jpg, Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-51.jpg = Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-52.jpg, получила назв. вязкого тензора напряжений.

Особенно простой вид принимают ур-ния (4) для одномерных систем. Напр., плотность мол. потока импульса при течении с градиентом скорости ux = f(y), u y = uz = 0 выражают в виде закона вязкого течения Ньютона:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-53.jpg

Аналогичные соотношения имеют место для плотностей одномерных потоков массы и теплоты. В случаях двух- и трехмерных потоков Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-54.jpg представляет собой тензор с девятью компонентами, а Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-55.jpg, Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-56.jpg-векторы с тремя компонентами.

Для неньютоновских жидкостей перенос импульса нельзя описать в виде простого градиентного закона (8). Соотношение между плотностью вязкого потока импульса и градиентом скорости для неньютоновских жидкостей определяют по моделям Шведова-Бингама, Оствальда - Вейля, Эйринга и др.

В настоящее время турбулентные потоки [ур-ние (6)] не м. б. определены теоретич. путем. Согласно гипотезе Буссинеска, между вязким и турбулентным потоками импульса имеется аналогия:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-57.jpg

Величину vт обычно наз. турбулентным коэффициент кинематич. вязкости, или вихревой вязкостью. Существуют и др. способы (приближенные) выражения связи плотности турбулентного потока импульса с осредненными характеристиками течения-теория пути перемешивания Прандтля, гипотеза подобия Кармана и др.

Гипотезу Буссинеска используют также при описании процессов турбулентного переноса массы и теплоты; напр., плотность турбулентного потока массы по оси x выражают ур-нием:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-58.jpg

Ур-ния (9) и (10) являются, по существу, определениями коэффициент турбулентной диффузии Dти вязкости. Трудность описания П. п. с помощью коэффициент DT, vт и температуропроводности aтзаключается не только в их сложной зависимости от характеристик турбулентного потока, но и в том, что турбулентные потоки не всегда пропорциональны соответствующим градиентам. Достоинством же данного приближенного подхода является непосредств. учет осн. особенности турбулентных течений-аналогии между процессами турбулентного переноса массы, импульса и теплоты, что проявляется в приближенном равенстве DтХимическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-60.jpgvт = aт.

Турбулентный перенос вдали от пов-стей, ограничивающих область течения, во много раз превышает молекулярный. Так, напр., у газов D ~ 10-5 м2/с, а значения DT при течении в трубах находятся в пределах от 10-4 до 10-2 м2/с. Значение отношения D/DT остается небольшим и при течении жидкостей ~10-6-10-4.

Гипотезу, согласно к-рой перенос определяется градиентом параметра в рассматриваемой точке пространства в данный момент времени, используют для самых разл. процессов, напр. при описании диффузии в пористых материалах, продольного перемешивания в каналах, заполненных насадкой или зернистым слоем, и т.д. Из этой гипотезы, в частности, следует, что локальные концентрац. возмущения проявляются мгновенно во всех точках системы. Но скорость распространения концентрац. возмущений не м. б. больше средней скорости молекул. Учет конечной скорости переноса массы, импульса или теплоты приводит к релак-сац. ур-ниям. В простейшем случае одномерной диффузии в отсутствие хим. превращений связь между плотностью диффузионного потока и градиентом концентрации в системе координат, неподвижной относительно среды, имеет вид:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-61.jpg

где Dе-коэффициент эффективной диффузии (при рассмотрении молекулярных П. п. Dе следует заменить на коэффициент D); т-время релаксации диффузионного процесса, характеризующее "память среды"; t- время. По порядку величины т совпадает со временем своб. пробега диффундирующих частиц. Аналогичные ур-ния м. б. записаны для плотности потока импульса и теплоты.

Необходимым (но недостаточным) условием применимости законов Фика, Фурье и Ньютона является незначительность изменения соответствующей концентрации за время т или на расстояниях, проходимых движущейся жидкостью за время т. Для мол. процессов время релаксации чрезвычайно мало (~ 10-10 с), чем, в частности, оправдывается применимость простых градиентных законов. При этом физически несостоятельное допущение о бесконечной скорости распространения возмущений не играет большой роли, т. к. область заметного влияния концентрац. возмущений оказывается ограниченной и распределение концентрации внутри этой области м. б. удовлетворительно описано на основе ур-ний (7) и (8).

Обобщение законов переноса с учетом релаксац. явлений необходимо, напр., для массопереноса в капиллярнопорис-тых телах, турбулентной диффузии при малых временах рассеяния частиц примеси, при наличии быстрых хим. превращений. Особое значение имеет учет релаксац. эффектов при описании продольного перемешивания в хим. аппаратах, обусловленного гидродинамич. неоднородностями разл. масштаба.

дифференциальный ур-ния конвективной диффузии, движения жидкости (ур-ние Навье Стокса) и переноса тепла получают с помощью выражений (1)-(3) на основании законов сохранения массы и энергии:

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-62.jpg

Химическая энциклопедия Советская энциклопедия 3532-63.jpg

Получающиеся при этом дифференциальный ур-ния, дополненные ур-нием неразрывности и соответствующими начальными и граничными условиями, позволяют определять концентрац.. скоростные и температурные поля в гомог. системах. П. п. в гетерог системах рассматривают в механике многофазных сред. О П. п. в электрич. поле см. Электроперенос.

Лит. Grоот С Мазур П Неравновесная термодинамика, пер с англ. , M 1964. Толубинский E В Теория процессов переноса. К., 1969; Лыков А.В. Тепломассообмен. Справочник, M., 1972, Берд P Стьюарт В , Лайтфут E Явления переноса, пер. с англ., M., 1974; Ландау Л Д , Лифшиц E. M. Теоретическая физика, т. 6. Гидродинамика. 4 изд.. M., 1988

В . В. Дильман

 

Полезные интернет ресурсы:

Health-News.ru Большая медицинская энциклопедия

Health-News.ru Лекарства Фармакологический справочник

Educationspb.ru рефераты справочная информация для учащихся учебники

Gendna.ru Генетика, методы генетики, медицинская генетика

Оptbazastroymat.ru Стройсловарь строительство ремонт полезные советы

YFermer.ru Фермерское хозяйство, сельское хозяйство

 

источник:  "Химическая энциклопедия", изд. "Советская энциклопедия", М., 1988


просмотров: 1533
Search All Amazon* UK* DE* FR* JP* CA* CN* IT* ES* IN* BR* MX
Search All Ebay* AU* AT* BE* CA* FR* DE* IN* IE* IT* MY* NL* PL* SG* ES* CH* UK*
Alumabright Aluminum Cleaner Brightener 128 ounces (1 Gallon)

$18.99
End Date: Monday Sep-16-2019 5:53:14 PDT
Buy It Now for only: $18.99
|
Schaeffer's Citrol Multi Purpose Degreaser (16oz Can) #266

$4.43
End Date: Sunday Sep-8-2019 20:05:19 PDT
Buy It Now for only: $4.43
|
Steel Wool 12 pad, Super Fine Grade #0000 Rhodes American Final Fini

$8.10
End Date: Sunday Sep-1-2019 7:20:51 PDT
Buy It Now for only: $8.10
|
Evapo-Rust ER004 Super Safe Rust Remover - 32oz.

$37.55
End Date: Sunday Sep-1-2019 9:39:34 PDT
Buy It Now for only: $37.55
|
Nu-Calgon 4291-08 Nu-Brite Condenser Coil Cleaner, 1-Gallon

$9.91
End Date: Thursday Aug-29-2019 13:54:23 PDT
Buy It Now for only: $9.91
|
Evapo-Rust, The Original Super Safe Rust Remover, Water-based, Non-Toxic, Bio...

$7.59
End Date: Sunday Sep-8-2019 3:27:35 PDT
Buy It Now for only: $7.59
|
Electric Contact Cleaner Spray WD 40 Specialist Electric Equipment Cleaning

$27.58
End Date: Friday Sep-20-2019 19:32:39 PDT
Buy It Now for only: $27.58
|
Evapo-Rust The Original Super Safe Rust Remover, Water-Based, 1 Gallon

$7.99
End Date: Tuesday Sep-3-2019 12:00:20 PDT
Buy It Now for only: $7.99
|
Search Results from AllSoft: новости

Сан-Франциско ждет! Вы — Маркус, блестящий хакер, объединяетесь с DedSec, чтобы противостоять ctOS 2.0, системе глобального контроля. Сокрушите ее, это будет взлом века!
Первым покупателям — скидка 250 рублей! Успей купить первым! 


подробнее»
181528

PrintStore Pro — программа для учета расходных материалов и оборудования. Просчитывает запас каждого картриджа в каждом принтере и помогает сформировать заказ на следующий период. Поддерживает учет перезаправок. Учитывает при всех операциях совместимость принтеров и картриджей. Хранит историю всех действий с картриджами и принтерами, позволяет создавать множество отчетов.


подробнее»
123795

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
139103

Fax Voip T38 Fax & Voice — факс и автоответчик для вашей SIP/H.323/ISDN сети. Виртуальные голосовые факс модемы. Поддержка T.38, Fax поверх G.711 и CAPI факс. Одновременные SIP регистрации, маршрутизация вызовов, цветные факсы. Совместимость со стандартными факс программами. Fax Voip принтер, Консоль Fax Voip для управления факсами. Сохранение входящих факсов в TIFF/PDF/SFF файлы. Маршрутизация входящих факсов: E-mail, Сохранить в папке, Печать. Факс по запросу. Отправка факса через e-mail (Почта-на-факс) и получение факсов на e-mail (Факс-на-почту).


подробнее»
141754

Retouch Pilot — программа для удаления изъянов с фотографий, таких как царапины, мелкие пятна и другие мелкие дефекты, существующие на фото или полученные при сканировании. Вы можете удалять целые объекты, попавшие случайно в кадр, а также инструментом пластика изменять форму и пропорции. Программа позволяет ретушировать изъяны кожи - пятнышки, морщинки и др..


подробнее»
26516

R-Studio — эффективное программное обеспечение, позволяющее восстанавливать данные с жестких дисков, CD, DVD, дискет, USB дисков, ZIP дисков и устройств флеш-памяти.


подробнее»
88115

Сборка электронных каталогов автозапчастей включает в себя грузовые автомобили Европы и Китая. В сборку включена программа Tecdoc, позволяющая подобрать не оригинальные запчасти.


подробнее»
183206

Sound Pilot озвучивает клавиатуру. Каждое прикосновение к клавиатуре рождает звук, который разнообразит процесс набора текста, развлекает и снижает утомляемость.


подробнее»
78205
Search Results from «Озон» Химия
2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования