Fenomene de transport (difuzie, conductivitate termică, vâscozitate) - studopediya

În echilibru sisteme au procese ireversibile speciale numite fenomene de transfer. care au ca rezultat transferul spațial de masă, energie, impuls.

Difuzia este cauzată de transferul de masă, conductivitate termică - transfer de energie, iar viscozitatea - transferul de impuls.

Pentru a caracteriza transferul ireversibil procese sunt parametri de intrare ale mișcării termice a moleculelor: numărul mediu de ciocniri între molecule în unitatea de timp și drumul liber al moleculelor.

Numărul mediu de coliziuni între molecule de 1 s. .

unde d - diametrul moleculelor eficace, adică distanța minimă la care punctele de coliziune convergente ale celor două molecule,

- secțiunea transversală efectivă a moleculelor, - concentrația moleculelor

- viteza medie aritmetică a moleculelor.

Calea medie liberă a moleculelor, adică, calea medie parcursă de o moleculă între două coliziuni succesive:

Atunci când se analizează transportul unidimensional fenomenele de referință cadru este ales astfel încât axa x a fost orientată în direcția de transport.

1. Diffusion. Difuzia este un fenomen care apare spontan întrepătrundere și agitarea particulelor de două gaze, lichide și contactarea chiar solide. Difuzia este redusă la are loc transferul de masă, și continuă atâta timp cât contactul pe frontiera cu gradient de densitate două medii diferite de zero.

gradient de densitate de-a lungul axei x selectată. perpendicular pe planul de contact a celor două medii, denumite și arată cât de repede valoarea densității variază de la un punct la altul de-a lungul axei x.

Cantitativ, fenomenul de difuzie se supune lui Fick:

în care: - densitatea de curgere în masă, adică valoarea determinată prin masa gazului printr-o suprafață difuzând unitate de S pe unitatea de timp,

- gradient de densitate a gazului în direcția x. perpendicular pe site-ul selectat S,

Semnul minus în această formulă indică faptul că transferul de masă are loc în direcția scăderii densității.

Conform teoriei cinetice-moleculară a gazelor ideale, coeficientul de difuzie D.,

în care: - viteza medie a mișcării termice a moleculelor,

- calea medie liberă a moleculelor.

2. Conductivitatea termică. Dacă apare o singură zonă a temperaturii gazului înaintea celuilalt, cu trecerea timpului datorită coliziunii moleculare proces de aliniere permanentă energie cinetică medie a moleculelor, adică procesul de egalizare a temperaturii. Acest proces de transfer de energie, numit conductivitate termică. Ea apare și continuă atâta timp cât limită între cele două părți ale gradientul de temperatură a gazului este nenul.

Temperatura gazului Gradient T de-a lungul axei x selectată. perpendicular pe planul de contact dintre cele două porțiuni de gaze cu temperaturi diferite, desemnate ca prezentând cât mai repede temperatura gazului variază de la un punct la altul de-a lungul axei x.

Cantitativ, conductivitatea termică se supune legii lui Fourier:

în care - densitatea fluxului de căldură. determinată de energia transportată în formă de căldură printr-o unitate de suprafață S pe unitatea de timp,

- gradientul de temperatură în direcția x. perpendicular pe site-ul selectat S,

- coeficientul de conducție termică.

Semnul minus în această formulă indică faptul că energia este transferată atunci când o conductivitate termică în direcția de scăderea temperaturii.

Conform teoriei cinetice-moleculara a gazului ideal conductivitate termică :,

în care - căldura specifică a gazului la proces izocoră (cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea izocoră 1 kg de gaz per 1 K),

- densitatea gazului,

- viteza medie a mișcării termice a moleculelor,

- calea medie liberă a moleculelor.

3. Vâscozitate. Viscozitatea acestei proprietăți fluid sau gaz, datorită frecării interne între straturile paralele de contact lichid sau gaz, se deplasează cu viteze diferite. Ca rezultat, pulsul stratului în mișcare scade rapid, și se deplasează încet - crește, ceea ce duce la stratul de inhibare se deplasează accelerare mai rapidă și stratul se deplasează încet. Cu alte cuvinte, frecarea internă are ca rezultat transferul de impuls din stratul de fluid sau gaz se deplasează într-un alt strat în contact cu ele.

CuantificaŃi rezistența frecarea internă între două straturi adiacente de lichid sau de gaz se supune legii lui Newton:

în care h - coeficient de vâscozitate dinamică,

- gradientul vitezei, care arată viteza de schimbare a vitezei de curgere a fluidului sau a gazului de la strat la strat, în direcția x perpendiculară pe direcția de mișcare a straturilor,

S - suprafața de contact a straturilor de lichid sau de gaz, care acționează asupra forței de frecare internă F.

legea lui Newton de frecare internă poate fi scrisă ca:

în care - impuls densitate de flux - valoarea determinată pulsul realizată într-o unitate de timp, printr-o unitate de suprafață S de contact a straturilor de lichid sau de gaz în direcția x, perpendiculară pe direcția de mișcare a straturilor de lichid sau gaz.

Semnul minus în această formulă indică faptul că impulsul este transferată de la un strat la lichid (gaz) în direcția reducerii vitezei lor.

Conform teoriei cinetice moleculară a coeficientului de viscozitate dinamică a gazului ideal al unui gaz h ideală este definită după cum urmează:

unde - densitatea gazului,

- viteza medie a mișcării termice a moleculelor,

- calea medie liberă a moleculelor.