Идеята за транспортни явления

Взаимодействие на молекули, по-специално на сблъсък между газовите молекули играе важна роля в създаването на равновесно състояние.

На практика в условията на терена, тъй като на съпротива сила (сила на триене) на всички системи, в които няма поток на енергия от външната страна, са разсейване. Ако отвеждаща система, за да изведат от равновесие и след това предоставя на себе си, тя ще се премести постепенно да равновесното състояние. Времето, през което системата достига равновесно състояние се нарича време за релаксация. Времето за почивка варира по отношение на различни параметри, чрез които системата може да се отклоняват от равновесното състояние.

Взаимодействията на молекули, техните сблъсъци са механизъм, който задвижва система (газ) в състояние на равновесие. В един идеален газ сблъсъци се случват предимно между двойки молекули едновременно сблъсък на три или повече молекули могат да бъдат пренебрегвани.

Изходна система е идеален газ, от състоянието на равновесие може да бъде, например, загряване на част от газа, т.е. наруши термично равновесие. Ако газ се след това наляво към себе си, а след това след известно време температурата отново ще бъдат еднакви във всички части на газа. Тази схема се осъществява чрез непрекъснато топлинно движение на молекули. Колкото по-дълго бързо загрява част на молекулите, които имат по-голяма топлинна енергия, отколкото в други части на молекулите на газа се движи толкова бързо до мястото, където те са по-малко, така че техният брой става равна навсякъде.

Едновременно с движението на молекули в загрява регион, поради сблъсъци, така че броят на частици за единица обем не се променя в средната. Енергиен пренос се извършва само от тази част от газа, къде е, къде е по-малко. Този процес се нарича топлопроводимост.

Ако системата е изведен на баланс чрез добавяне на друг газ примес, така че при еднакви по целия обем на налягане и температура, концентрацията на примес в една част е по-висока, отколкото всички други, след това след известно време системата ще влезе в равновесно състояние поради движението на примеси молекули от област на висока концентрация на по-ниска концентрация. При този метод, който се нарича дифузията на онечистването настъпва масообмен. Времето за почивка на системата в този случай не е равно на времето за релаксация на системата, с тенденция към топлинно равновесие.

Равновесие газ може да бъде нарушен, ако един от неговите части съобщава скорост, различна от скоростта на потока съседни части. В този случай, след известно време, поради предаване на инерция от нареди движение по-бързо слоеве за по-изравнени по-малко бърз темп на слоеве. Този процес се нарича вискозитет.

Всички тези процеси могат да се разглеждат като транспортни явления, идващи към учебните си формални страни еднакво: разпределяне на преносим размер, подчертавайки Причината за трансфер, чрез въвеждане на транспорта уравнението и релаксиращи времена.

Както е отбелязано по-горе, механизъм, който задвижва система (газ) в състояние на равновесие поради сблъсъци на молекулите. Основните характеристики на молекулно движение са били разглеждани от нас в Sec. 11.4.

Diffuzieynazyvaetsya феномен на проникване на две или повече съседни вещества. Всеки компонент на сместа преминава от една област на по-висока концентрация на по-ниска концентрация. Когато дифузия по този начин е материал за прехвърляне. Дифузията на газове се случва в случай, че те не са еднакви по концентрация или плътност (самостоятелно дифузия). За да се определи количествено това явление посредством концепцията за потока на дифузия. поток на дифузия може да бъде изразена по отношение на масата транспортирани през редица вещества или молекули (или мола) на веществото се транспортират.

поток на дифузия, както е определено от теглото на масов поток от материал, като прехвърлят чрез площ DS. перпендикулярна на посоката на прехвърляне в единица време. Често те използват понятието плътността на дифузия поток. плътност Diffusion поток се определя чрез претегляне вещество чрез прехвърля единица площ, перпендикулярна на посоката на прехвърляне за единица време. Дифузия на индукция е:

където Dm - маса елемент материал се транспортира чрез безкрайно DS този район. перпендикулярна на посоката на прехвърляне за безкрайно DT интервал от време.

Дифузията поток като поток от частици се определя от броя на частиците на материята, на прехвърлят чрез площ DS, перпендикулярна на посоката на прехвърляне за единица време. плътност Diffusion поток определя от броя на частиците на материята, на прехвърлят през единица площ, перпендикулярна на посоката на прехвърляне за единица време. В този случай, плътността на дифузионен поток е:

където DN - броят на елементарните частици от материал предадена чрез безкрайно DS площ. перпендикулярна на посоката на прехвърляне за безкрайно DT интервал от време.

Основният закон на дифузия - закон на Фик. дифузия индукция на вещество е пряко пропорционална на наклона на концентрацията на компонента (плътност) на компонента със знака "минус":

Тук - положително вектор перпендикулярна на повърхността, през който материалът се прехвърля; посока съвпада с посоката на масов трансфер. Градиент plotnostigrad р - е вектор, който характеризира степента на промяна на скаларна величина - плътност - в пространството и насочена към най-бързото нарастване на плътността. D - коефициент на дифузия. "Минус" знак показва, че посоката на потока вещество е противоположна на градиента на плътност.

градиент на плътността може да се изписва като:

при което - вектор единица насочена по осите X, Y, Z. съответно.

За едномерен случай и уравнение (14.3) може да бъде написана на скаларна форма, при условие че вектори съвпадат и:

По същия начин, можем да запишем право и Фик през потока от частици:

Коефициентът на дифузия е числено равна на плътността на потока на дифузия в един концентрационен градиент (плътност) и се измерва в SI. В системата CGS се използва устройството 1 = Stokes.

При идеални механизъм масопредаване газ се дължи на сблъсък на молекулите, толкова по-висока температурата на газа, толкова по-голям поток и дифузията на коефициента на дифузия. Коефициент на дифузия, а себе си (дифузия вещество в себе си поради нееднородното концентрация) за идеален газ може да се изрази като:

при което - средният свободен пътя на молекули на идеален газ, - средноаритметичната скорост на молекулите. При фиксирана температура е обратно пропорционална на налягането и скоростта е постоянна, така че коефициентът на дифузия. обратно пропорционално на налягането. Ако фиксирано налягане е право пропорционална на Т и аритметична средна скорост на

. така, че коефициентът на дифузия е пропорционална.

Diffusion е нестационарни и стационарни. Когато нестационарни дифузия с течение на времето поради концентрацията на трансфер агент първоначално в съответствие нехомогенни региони. Разликата в концентрация с времето намалява експоненциално:

Тук - време за релаксация, т.е. времето, през което концентрацията на дифузионно поток намалява с коефициент д; х - разстояние, при което разликата в концентрацията се определя; S - площ, през която настъпва дифузия; - Най-горе сума; V1 - обем област с концентрация п1; V2 - обем област с N2 концентрация. определяне на разликата в концентрацията

Стационарна дифузия се наблюдава при постоянно поддържане на градиента на концентрация и по този начин потокът дифузия.

Вискозитетът на газ - тази собственост, поради което са подравнени подреден скорост движение слоеве различни газове. Можете да дадете друга дефиниция. Вискозитетът на газа - явление трансфер в която пулса прехвърляне на слоя подредени движение се движи с по-висока скорост на влакната, движещи се в по-ниска скорост. Portable пулс може да бъде количествено с помощта на потока на импулса. наредено движение равен импулсни слоеве, транспортиран чрез DS на площ. паралелно на слоевете и перпендикулярна на посоката на прехвърляне в единица време. Плътността на елементарен импулс поток може да се запише като:

Основният закон на вискозитет: плътността на кинетична енергия е пряко пропорционална на градиента на скоростта с "минус" знак.

"Минус" знак показва, че импулс посоката на потока срещу посоката на градиента на скоростта на движение подредени.

Тук - положително вектор нормално да повърхност S на, чрез която се предава импулс, неговата посока съвпада с посоката на преместването на инерция, # 61472 - градиента на скоростта е насочено към най-бърз темп на увеличение, # 951 - динамичен коефициент на вискозитета. За едномерен случай, когато посоката на векторите и същ:

Динамичен вискозитет е числено равно на поток импулс градиент при единична скорост. В SI тя се измерва при или в Pa. а.

За идеален газ динамичен вискозитет може да се изрази по следния начин:

коефициент вискозитет зависи пряко пропорционална и независимо от налягане, както в (5,23) са двата фактора означава свободен път е обратно пропорционална на налягането при фиксирана температура, и плътността на газ е пряко пропорционална на налягането.

Може да записва основния закон на вискозитета, чрез вискозно триене сила, която е тангенциална към влакната (на място S), използвайки втория закон на Нютон, според която. За едномерен случай получаваме:

вискозитет явление е стационарен и извънболнична. Стационарни вискозитет каже, когато градиента на скоростта се поддържа постоянна. Преходна промяна на вискозитета се случва с градиент, в резултат на изравнени скорости взаимодействащи слоеве.

За измерване на вискозитета, използвайки устройства - вискозиметри. За измерване на вискозитета, необходима за газовия поток е ламинарен, т.е. гладко, без завихряне. Това може да се постигне в много тесни тръбички - капиляри. Следователно, тези вискозиметри, които използват капиляри, наречени капилярни вискозиметри.