5. Итак, мы поговорим о движущей силе переноса.

Всякий перенос вещества или энергии не совершается сам по себе.

Причиной переноса является наличие в системе неравновесия.

Обычно это неравновесие рассматривают, используя аналогии из понятия из курса физики (раздел «Электричество»).

Точечный источник теплоты образует тепловое температурное поле. Это справедливо для точечного источника любого вида энергии и массы.

Полем называется здесь совокупность значений какой-либо величины в каждой точке рассматриваемого пространства.

Когда речь идет об источнике теплоты, то говорят, что температура в пространстве вокруг него зависит от положения точки и от времени.

Формула (3.4)

Если изменений температуры во времени нет, то выражение упрощается и мы говорим о стационарном поле в отличие от нестационарного (первого)

Формула (3.5)

Каждая точка электрического поля характеризуется своим потенциалом. Ток возникает между двумя точками поля, если потенциалы в них различны.

Таким образом, движущая сила процесса – это разница потенциалов в двух точках данного пространства.

Разность потенциалов в 2-х точках поля – это разность температур.

Совершенно аналогично в качестве движущей силы других технологических процессов служит разность концентраций или разность химических потенциалов.

В ряде процессов – движущая сила – это механическая сила.

У точечного источника теплоты в плоском сечении пространства есть некие криволинейные поверхности, вдоль которых температура остается постоянной.

Если на поверхности А поддерживается постоянная температура Тконст, а на поверхности В – температура на  Т выше

Т+  Т = const.

Скорость изменения температуры от поверхности А к поверхности В характеризуется отношением  Т к отрезку, на котором это изменение достигнуто.

Наибольшая скорость достигается в направлении нормали к поверхности n.

И отсюда,

Отношение  Т/n характеризует максимальную скорость изменения температуры.

3.6

Градиент – величина векторная, он показывает, что температура увеличивается в направлении к источнику, т.е. навстречу потоку теплоты.

Для трехмерного пространства с осями x, y, z градиент записывается

3.7

Характеристика поля концентрации С для одного направления

3.8.

а для пространства

3.9

Понятие «градиент» является универсальным для характеристики любого поля.

6. Законы переноса массы и энергии

Экономическая эффективность любого производства в значительной степени зависит от скорости протекания технологических процессов. Эта скорость тем больше, чем больше движущая сила, и тем меньше, чем больше сопротивление осуществляемому действию.

Этот тезис выражается уравнением

L = (1/R)

Где L - скорость протекания процесса; R - сопротивление процессу переносу;  - движущая сила.

Величину 1/R можно заменить проводимостью К, и полученное выражение примет вид

L=K

Это выражение называется общим кинетическим уравнением процесса.

Зная движущуюся силу конкретного процесса при использовании общего кинетического уравнения, получаем: Основное уравнение любого процесса

q=kt

где q – скорость переноса теплоты, удельный тепловой поток, Дж/(м2Кс); к – коэффициент теплопередачи, Дж/(м2 К с) t – движущая сила, т.е. средняя разность температур, К (или ^оС)

Тепловой поток – это количество теплоты, переносимое через единицу поверхности,

q=Q/F

где Q – кол-во теплоты, Дж F- площадь поверхности, через которую передается теплота, м²,

 - - время , с

Для переноса массопередачи удельный поток массы [кг/(м² с)]

M = Km  C,

m = M/F

Где М – кол-во переносимого вещества, кг, F – площадь поверхности, через которую осуществляется перенос, м2.  - время, с

Для гидродинамических процессов, например для фильтрования, кинетическое уравнение примет вид

V/F = v = K p

Где V – объем получаемого фильтрата, м3, F – площадь, через которую идет фильтрование, м2,  - время, с.

Это уравнение иначе называется уравнением Дарси.

Все эти кинетические уравнения получены из основного кинетического уравнения, что демонстрирует единство материального мира.

Анализ общего кинетического уравнения показывает, что увеличить скорость процесса можно, увеличивая движущую силу или же уменьшая сопротивление. В этом - принцип интенсификации технологических процессов.