Difuzia în gazele

REZUMAT. Considerăm ecuația de transfer generalizată de difuzie a gazelor și lichidelor. Este subliniat faptul că Fick drept în cineticii fizice moderne, este un caz special al ecuației.

Perspective generale pentru difuzarea

Ca sistem fizic imagineaza prezentat în figura porțiune a spațiului în cadrul sistemului, sub forma unui paralelipiped cu laturile dx, dy și dz. Această regiune este umplut cu o substanță se deplasează în direcția axei Ox. De asemenea, în mod arbitrar Presupunem că media vitezei particulelor component VZ = 0, și schimbul de materie între porțiunea și mediul său are loc numai prin suprafața și plane paralele YoZ xOz.

Să presupunem că secțiunea elementar are un volum suficient de mare pentru a putea folosi metode statistice, dar în același timp, cantitate suficient de mică pentru a citi distribuția densității unui fluid în interiorul unei porțiuni dintr-o uniform și omogen.

Să considerăm mai întâi fluxul potențial de așa-numitul. caracterizat prin aceea că, componenta medie a vitezei vx este aceeași pe întreaga secțiune transversală a fluxului, și, prin urmare, vy = 0. porțiune puls elementar de-a lungul axei Ox este (mv) x. unde m - masa porțiunii substanței, vx - valoarea medie pe aria secțiunii transversale a vitezei longitudinale. schimbarea pulsului poate avea loc fie datorită schimbărilor în porțiunea de masă, sau prin variația vitezei mișcării sale, sau de ambele. În toate cele trei cazuri, sistemul fizic, care deține site-ul, poate fi fie stagnante. și să fie difuzate. Pentru oricare dintre aceste cazuri, se poate construi un model de fenomene de transport, prin selectarea ca stat coordonate magnitudini diferite.

Prin urmare, fenomenele de transport pot combina fapt schimbări generalizate elementar porțiune de impuls (mv) x. fenomene de transport diferă unul de altul, care dintre cei doi factori ai pulsului este constantă, și care - alternativ, precum și cele în care un sistem de transfer al momentului: în stagnare sau curgătoare. formă specifică aceeași ecuație de transport pentru înregistrare va depinde de tipul unei mărimi fizice selectate ca coordonatele de stat. Pentru a ilustra acest transfer de masă compilate generalizate.

Difuzia gazelor într-un amestec multicomponent (legea lui Fick)

Dacă sistemul conține un amestec de fluide multifază sau gaze, iar componentele sale constitutive sunt distribuite neuniform, are loc difuzia multifazic. Pentru fiecare i lea component al amestecului peste o difuzie a acelei componente în cadrul sistemului, iar procesul de difuzie - restaurare distribuție tranzitorie a echilibrului în acest sistem component.

Fizico cinetica de transfer în timpul ecuației de difuzie are formă de două intrări. Aceasta este o consecință a stării de difuziune a coordona mișcările ia orice greutate moleculară formă sau numărul de molecule. Ambele tipuri de ecuații de transfer se numește legea lui Fick. Iată una dintre ele:

unde Mi - greutate i-lea flux component; Di - coeficientul de difuzie al i-lea component; # 961; i - densitatea parțială a moleculelor i th component. Coordonarea de stat pentru a forma o mișcare de difuzie poate fi considerată elementară de masă dmi secțiune în mișcare i -lea componentă. Și apoi se dovedește o valoare ca diferență de potențial, numit potențial de difuzie și egal cu # 916; pi / # 961; i. unde # 916; pi - variația presiunii parțiale a componentei i-lea. Sistemul de cantități ESVP primește o notație ecuație de transport:

în care kdif i poate fi numit coeficientul de transfer al componentei diffuziii i-lea. Ecuația (2) poate fi numit generalizat legea lui Fick. descrie un câmp de transfer de difuzie. În cinetică fizice moderne, se aplică numai ecuația (1) și factorul diffuziiDi a acestei ecuații. Coeficientul de difuzie Di și coeficientul de transfer de difuzie kdif i conectate prin ecuația

Ambele coeficienți diferite dimensiuni și unități. Coeficientul de difuzie Di măsurată în m 2 s -1. un coeficient de transfer de difuzie kdif i - în J m -2 s.

Ecuațiile de diferență (1) și (2) provine din faptul că în fizica modernă de difuziune în formă de mișcare, deoarece energia de impact acționează variația energiei specifice (energie per unitate de volum). Acest lucru vă permite să efectuați densitatea de gaz # 961; ca difuzia potențiale forme de mișcare. Aplicând ecuația (2) se poate înregistra ecuația de difuzie ca un caz special al ecuației de transfer generalizate și permite compara obiectiv cu alte ecuații fenomene de transport.

Simplificarea ecuației de difuzie în sistem monofazat

Sistemul faze stagnant la echilibru este perturbat de fluid sau presiunea gazului este rupt și, de asemenea, echilibrul densitate, ceea ce duce la o difuzie singură fază pentru a restabili densitatea de echilibru în întregul sistem. Monofazată de difuzie a gazului este doar considerată pentru compresie lentă (expansiune) a sistemului, din care mediul de lucru este de gaz, în cazul în care procesul este lent de compresie (expansiune) poate fi considerată ca reprezentând aproximativ izoterm. Cu compresie (expansiune) sistem rapid de gaz de proces are loc în două forme de mișcare: în mecanice și termice, și astfel ar trebui să fie luate în considerare două forme diferite de difuzie singură fază.

La comprimarea (expansiune) sistem de gaze schimbă poziția uneia dintre suprafețele sistemului de gaz (de exemplu, suprafața pistonului), ceea ce conduce la o modificare temporară a densității în apropierea suprafeței. Aceasta, la rândul său, duce la difuzia substanței în direcția de la suprafață la centrul sistemului. Există un proces de tranziție. și odată cu ea explozia de viteză se schimbă coordonatele statului. Natura acestei val este aceeași pe toată lungimea sistemului, dar fiecare valoare maximă locală scade odată cu creșterea distanței de la locațiile perturbațiilor din sistem.

Atunci când o singură fază de difuzie indicele inferior i poate fi omisă în ecuația (2). Mutat coordonate stare este deplasabil dm masa. și ca diferența de potențial este existent temporar în timpul diferența de potențial tranzitoriu # 916; (p / # 961;) la diferite puncte din sistem. Viteza de propagare a difuziei modificărilor potențiale în cadrul sistemului este viteza sunetului în mediul sistemului.