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.

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.

Уравнения переноса субстанций. Перенос массы. Молекулярный механизм переноса массы.

Молекулярный перенос массы в гомогенной смеси называется молекулярной диффузией.

Направленное движение i-го компонента возникает лишь в том случае, если в среде имеется градиент концентрации его молекул .Тогда поток массы i-го компонента может быть выражен:

, (2.8)

Здесь D_i- коэффициент диффузии. Коэффициент диффузии D_i зависит от динамических характеристик молекул (масса, потенциал взаимодействия), а также о давления и температуры системы. Коэффициент диффузии определяется, в основном, экспериментально. Коэффициент диффузии увеличивается с ростом температуры и уменьшения давления.

Знак “-“ свидетельствует о противоположной направленности векторов потока и градиента концентрации. Градиент концентрации направлен в сторону увеличения, а поток вещества – в сторону ее уменьшения.

Для изотермической системы:

(2.9)

Для случая многокомпонентной системы i-го компонента:

(2.10)

Здесь матрица коэффициентов многокомпонентной диффузии.

Согласно формуле (2.10), макроскопический поток каждого компонента зависит от градиента концентраций всех компонентов, а определяется свойствами компонентов среды.

Для двух компонентной системы вырождается в единственный коэффициент бинарной (взаимной) диффузии. и тогда:

(2.11)

Это соотношение называется первым законом Фика.