Conceptul de fenomene de transport
Interacțiunea de molecule, în special, o coliziune între moleculele de gaz joacă un rol important în crearea unui stat de echilibru.
Practic, în condiții de teren, din cauza forței de rezistență (forța de frecare) toate sistemele în care nu există nici un flux de energie din exterior, sunt disipativ. Dacă sistemul disipativ pentru a scoate de echilibru, și apoi să se furnizeze, se va muta treptat la starea de echilibru. Timpul în care sistemul ajunge la o stare de echilibru se numește timp de relaxare. Timpul de relaxare variază în raport cu diferiți parametri prin care sistemul poate devia de la starea de echilibru.
Interacțiunile de molecule, ciocnirile lor sunt mecanismul care conduce sistemul (gaz) în starea de echilibru. Într-o coliziunile ideală de gaz apar, mai ales între perechile de molecule de coliziune simultană a trei sau mai multe molecule pot fi neglijate.
Sistemul de ieșire este un gaz ideal, de la starea de echilibru poate fi, de exemplu, încălzirea unei porțiuni a gazului, adică tulbura echilibrul termic. Dacă gazul este apoi lăsată să se, apoi, după un timp ce temperatura va fi din nou aceeași în toate părțile gazului. Această aliniere se produce prin mișcarea termică continuă a moleculelor. Cu cât porțiunea încălzită rapidă a moleculelor cu energie termică mai mare decât în alte părți ale moleculelor de gaz se mișcă atât de repede pentru cazul în care acestea sunt mai puțin numărul lor devine egal peste tot.
Simultan mișcarea moleculelor în regiunea încălzită, din cauza coliziuni, astfel încât numărul de particule pe unitatea de volum nu se modifică în medie. transfer de energie are loc numai din acea parte a gazului, în cazul în care este, în cazul în care este mai puțin. Acest proces se numește conductivitate termică.
În cazul în care sistemul este pus în afara de echilibru prin adăugarea unui alt impuritate de gaz, astfel încât, în același tot volumul de presiune și temperatură, concentrația de impurități într-o parte a fost mai mare decât toate celelalte, apoi, după un anumit timp, sistemul va intra într-o stare de echilibru datorită mișcării moleculelor de impurități dintr-o zonă de concentrare mai mare la o concentrație mai mică. In acest proces, care se numește difuzia impurității transferului de masă are loc. Timpul de relaxare a sistemului în acest caz nu este egal cu timpul de relaxare a sistemului, care tinde spre echilibru termic.
gaz Equilibrium poate fi perturbată dacă una dintre părțile sale viteză diferită de părțile adiacente ale vitezei de curgere comunicat. În acest caz, după ceva timp, din cauza momentului de transfer de la mișcarea ordonat straturi mai repede la o rată de straturi aliniate mai puțin rapidă. Acest proces se numește viscozitate.
Toate aceste procese pot fi considerate ca fenomene de transport, venind la părțile lor de studiu formale în mod egal: alocarea o dimensiune portabil, subliniind motivul de transfer, prin introducerea ecuația de transport și de relaxare ori.
După cum sa menționat mai sus, mecanismul care conduce sistemul (gaz) în starea de echilibru, datorită ciocnirilor moleculelor. Principalele caracteristici ale mișcării moleculare au fost luate în considerare de către noi în sec. 11.4.
Diffuzieynazyvaetsya fenomen de întrepătrundere a două sau mai multe substanțe adiacente. Fiecare component al amestecului trece dintr-o regiune de concentrație mai mare la o concentrație mai mică. Când difuzie este deci pe materialul de transfer. Difuziunea gazelor are loc în cazul în care acestea sunt neuniforme în concentrație sau densitate (autodifuzie). Pentru a cuantifica acest fenomen folosind conceptul fluxului de difuzie. Fluxul de difuzie poate fi exprimat în termeni de masă transportată printr-o serie de substanțe sau molecule (sau alunițe) ale substanței transportate.
Fluxul de difuzie determinat prin greutatea de curgere a masei de material, transferat prin dS zonei. perpendicular pe direcția de transfer într-o unitate de timp. Adesea, ei folosesc conceptul densității fluxului de difuzie. Densitatea fluxului de difuzie este determinată prin cântărirea unei substanțe prin zona unității transferate perpendicular pe direcția de transfer de pe unitatea de timp. Densitatea fluxului de difuzie este:
unde dM - materialul elementului de masă transportată prin zona Ds infinitezimale. perpendicular pe direcția de transfer pentru un timp dt interval infinitezimal.
Difuziei fluxului ca un flux de particule este determinată de numărul de particule de materie, transferat prin zona dS perpendicular pe direcția de transfer de pe unitatea de timp. Densitatea fluxului de difuzie determinat de numărul de particule de materie, transferat printr-o unitate de suprafață perpendicular pe direcția de transfer de pe unitatea de timp. În acest caz, densitatea fluxului de difuzie este:
unde dN - numărul particulelor elementare de material transportat printr-o suprafață dS infinitezimale. perpendicular pe direcția de transfer pentru un timp dt interval infinitezimal.
Legea fundamentală a difuziei - Legea lui Fick. Densitatea fluxului de difuzie a unei substanțe este direct proporțională cu gradientul concentrației componentei (densitate) a componentei cu semnul „minus“:
Aici - un vector pozitiv normal la suprafață, prin care se transferă materialul; direcția coincide cu direcția transferului de masă. Gradient plotnostigrad p - este un vector, care caracterizează viteza de schimbare a unei cantități scalare - densitate - în spațiu și îndreptat spre creșterea mai rapidă a densității. D - coeficientul de difuzie. „Minus“ semn indică faptul că direcția de curgere a substanței este opusă gradientului de densitate.
gradient de densitate poate fi scris ca:
în care - versorul dirijat de-a lungul axelor x, y, z. respectiv.
Pentru unidimensional caz și ecuația (14.3) pot fi scrise sub forma scalară, cu condiția ca vectorii direcționale coincid și:
În mod similar, putem scrie legea lui Fick și prin fluxul de particule:
Coeficientul de difuzie este numeric egală cu densitatea fluxului de difuzie într-un gradient de concentrație unică (densitate) și se măsoară în SI. În sistemul CGS este utilizat unitatea 1 = Stokes.
În cadrul mecanismului ideal de transfer de masă de gaz se datoreaza ciocnirilor moleculelor, deci mai mare temperatura gazului, cu atât mai mare fluxul și difuzarea coeficientului de difuzie. Difuzivitate, mai degrabă de sine (substanță de difuziune în sine datorită neuniformitatea de concentrare) pentru un gaz ideal poate fi exprimată ca:
în care - drumul liber de molecule ale unui gaz ideal, - media aritmetică a vitezei moleculelor. La o temperatură fixă este invers proporțională cu presiunea și viteza este constantă, astfel încât coeficientul de difuzie. invers proporțională cu presiunea. Dacă o presiune fixă este direct proporțională cu T, iar viteza medie aritmetică
. astfel încât coeficientul de difuzie este proporțională.
Difuzia este un non-staționare și staționare. Când difuzia nestaționară în timp datorită concentrației agentului de transfer aliniate inițial regiunile neomogene. Diferența de concentrație cu timpul scade exponențial:
Aici - timpul de relaxare, adică timpul în care concentrația fluxului difuziv scade cu un factor e; x - distanța la care diferența de concentrație este determinată; S - zona prin care are loc prin difuzie; - Suma de mai sus; V1 - regiunea de volum cu o concentrație de n1; V2 - regiunea de volum cu o concentrație n2. determinarea diferenței de concentrație
difuzie staționară se observă la menținerea constantă a gradientului de concentrație și, prin urmare, fluxul de difuzie.
Vâscozitatea gazelor - această proprietate, datorită cărora sunt aliniate straturi de gaze diferite de viteză mișcare ordonată. Puteți da o altă definiție. Vâscozitatea gazului - un fenomen de transfer în care pulsul transferul de straturi de mișcare comandate se deplasează cu o viteză mai mare a fibrelor, se deplasează cu o viteză mai mică. puls portabil poate fi cuantificată cu ajutorul fluxului de impulsuri. mișcare comandat straturi de impulsuri egale transportate prin Ds zonei. paralel cu straturile și perpendicular pe direcția de transfer într-o unitate de timp. Densitatea fluxului de impulsuri elementar poate fi scris ca:
Legea fundamentală a vâscozității: densitatea de impuls de flux este direct proporțională cu gradientul vitezei cu semnul „minus“.
„Minus“ semn indică faptul că direcția fluxului impuls în direcția opusă gradientul vitezei a mișcării ordonate.
Aici - vector pozitiv normal la suprafața S, prin care se transferă pulsul, direcția coincide cu direcția transferului de impuls, # 61472 - gradientul vitezei este îndreptată spre rata cea mai rapidă creștere, # 951 - coeficient de vâscozitate dinamică. Pentru cazul unidimensional, când direcția vectorilor și același:
Viscozitatea dinamică este numeric egală cu pulsul gradientului de flux la o singură viteză. În SI este măsurată sau în Pa. a.
Pentru gaz ideal viscozității dinamice poate fi exprimată după cum urmează:
coeficient de vâscozitate depinde în mod direct proporțională și independentă de presiune, ca în (5.23) sunt ambii factori înseamnă cale liberă este invers proporțională cu presiunea la o temperatură fixă, iar densitatea gazului este direct proporțională cu presiunea.
Puteți înregistra legea de bază a viscozității, prin forța de frecare vâscoasă, care este tangentă la fibrele (la fața locului S), folosind doua lege a lui Newton, potrivit căreia. Pentru cazul unidimensional obținem:
Fenomenul de viscozitate este staționar și nestaționar. vâscozitate staționară spune când gradientul vitezei este menținută constantă. schimbarea vâscozității tranzitorie are loc cu un gradient, având ca rezultat viteze egalizate interacționează straturi.
Pentru a măsura vâscozitatea utilizând dispozitive - viscozimetre. Pentru a măsura vâscozitatea necesară pentru debitul de gaz a fost laminară, adică lin, fără turbulențe. Acest lucru poate fi realizat într-o tuburi foarte înguste - capilare. Prin urmare, aceste viscozimetrelor, care folosesc capilare, numite viscozimetrelor capilare.