Турбулентный механизм.

Турбулентный механизм переноса субстанций занимает промежуточное место между молекулярным и конвективным механизмами с точки зрения пространственно – временного масштаба. Турбулентный механизм переноса субстанции обусловлен развитием нерегулярного, хаотического движения отдельных объемов (макрочастиц) из-за вихревых пульсаций на удалении от границы раздела фаз или стенки. Размер вихрей определяет масштаб турбулентности. Турбулентный механизм переноса реализуется на фоне конвективного.

Для описания турбулентности используется временное осреднение физических величин (скорости, температуры, концентрации) на интервалах, значительно превышающих характерные периоды пульсаций (рис.2.2.).

t

t₁ t₂

рис.2.2.

, (2.2)

тогда скорость вихря: (2.3.)

Здесь скорость пульсации.

Интенсивность турбулентности определяется как:

(2.4.)

Турбулентные вихри осуществляют перенос субстанции. Отличие от молекулярного механизма заключается в масштабе вихрей и отсутствие столкновительного переноса субстанций, т.к. при столкновении вихрей происходит их смещение, а не упругое взаимодействие.

2.1.3. Условие проявления и направления процессов переноса.

Если система находится в равновесии, то макроскопического переноса субстанции не происходит. Тепловое движение молекул на всем направлении равновероятны.

Равновесию в однофазной (гомогенной) системе соответствует равенство значений макроскопических величин во всех ее точках:

(2.5.)

здесь химический потенциал i-го компонента.

Условием равновесия в двухфазной системе является равенство этих величин в фазах:

(2.6.)

Условия гидромеханического, теплового концентрационного равновесия:

гидромеханическое равновесие,

тепловое равновесие,

концентрационное равновесие.

Здесь дифференциальный оператор.

Условием проявления процессов переноса является неравновесность системы для отдельных видов субстанций. Направленность процесса переноса определяется самопроизвольным стремлением системы к состоянию равновесия, т.е. к выравниванию скорости, температуры и химических потенциалов компонентов системы. Причем, внутри фазы тепло переносится в направлении понижения Т, импульс – в направлении уменьшения , масса – в направлении уменьшения концентрации. Неоднородность указанных величин является необходимыми условиями протекания процессов переноса, их называют движущими силами.

Для того чтобы осуществить процесс, систему необходимо вывести из равновесия, оказывая внешнее воздействие.

2.1.4.Уравнения переноса субстанций.

Рассматриваются локальные уравнения переноса субстанции на макроскопическом уровне. Необходимо получить математическое выражение для потока субстанции (количество субстанции, переносимое за единицу времени, через единицу поверхности) за счет различных механизмов переноса.