ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Гркниигы поороеня моделей из "Введение в моделирование химико технологических процессов " Большую роль в химической технологии играют процессы переноса. Особенно важны случаи, когда перенос происходит в потоке. Наиболее существенны перенос тепла (теплопередача, теплообмен) н перенос вещества (массопередача, массообмен). Здесь мы рассмотрим также процесс переноса количества движения, играющий важную роль в гидравлике. [c.90] По ряду причин движение потока удобно характеризовать не кинетической энергией, а количеством движения. В частности, это связано с тем, что кинетическая энергия способна диссипироваться, переходя в тепло, в то время как количество движения подчиняется закону сохранения. [c.90] Анализ процессов переноса количества движения, тепла и вещества в потоке показывает, что между этими процессами существует аналогия. Закономерности переноса отличаются большой сложностью, в первую очередь обусловливаемой наличием нескольких различных его механизмов. [c.90] Классифицировать механизмы переноса удобнее всего по у р о в -Н ю, т. е. по масштабу, в котором осуществляется элементарный акт переноса.. [c.90] Наинизший уровень — квантовый элементарный акт переноса заключается в излучении и поглощении элементарной частицы (кванта). Механизм переноса на квантовом уровне называют излучением. [c.90] Перенос количества движения излучением связан с давлением света. Этот процесс важен в космологическом масштабе, но в технике давление света пока практически не играет роли. [c.90] Перенос вещества излучением обусловливает, например, все ядерные реакции, возникающие в результате поглощения тех или иных элементарных частиц. Эти процессы играют большую роль в атомной технологии, но в обычной химической технологии перенос вещества излучением, как правило, не применяется, и здесь мы его рассматривать не будем. [c.90] Второй, более высокий уровень переноса связан с тепловым движением молекул. Эго молекулярный уровень. Перенос количества движения, тепла и вещества на молекулярном уровне играет важнейшею роль практически во всех процессах химической технологии. [c.91] Начнем рассмотрение с более хорошо известных случаев — переноса тепла и вещества. [c.91] Механизм переноса тепла на молекулярном уровне — теплопроводность. Это перенос тепловой энергии за счет теплового движения молек л (в случае металла—электронов). [c.91] Механизм переноса вещества на молекулярном уровне — диффузия. Эго перемещение вещества также за счет теплового движения молекул. [c.91] Именно аналогия между переносом тепла и переносом вещества породила в свое время теорию флогистона и обеспечила ряд ее успехов. [c.91] Различие между ат vi D для газов редко превышает двукратное. [c.91] Поэтому в ряде случаев диффузия и теплопроводность проходят совсем по-разному. [c.92] Рассмотрим, например, передачу тепла и вещества внутри пористого катализатора. Небольшой участок гранулы катализатора в сильно увеличенном масштабе схематически изображен на рис. 16.1. Диффузия идет здесь по извилистым узким порам между твердыми частицами. А перенос тепла происходит в основном по твердому , особенно если твердое вещество обладает хорошей теплопроводностью. Путь диффузии из точки А в точку В оказывается гораздо длиннее пути теплопроводности . Поэтому перенос тепла осуществляется значительно интенсивнее, чем перенос вещества. [c.92] Теперь обратимся к переносу количества движения. Молекулярный механизм переноса количества движения называется вязким трением, или вязкостью. [c.92] Такое определение вязкости может показаться парадоксальным в литературе по процессам химической технологии вязкость редко рассматривают как механизм переноса. Для выяснения механизма рассмотрим такую упрощенную схему (модель) переноса. [c.92] Человек, перепрыгивающий с подвижной платформы на неподвижную, участвует в двух движениях поперечном — с платформы на платформу и продольном — вместе с платформой, с которой он прыгает. После приземления он передаст неподвижной платформе продольный компонент количества движения она получит толчок вперед. И наоборот, человек, прыгающий с неподвижной платформы на подвижную, подтормаживает ее. Следовательно, после прыжков платформа Б будет двигаться медленнее, чем до него, а платформа А придет в движение (рис. 16.2,6). Перепрыгивающие люди перенесли количество движения с одной платформы на другую. [c.93] Теперь обратимся к такой, также упрощенной ситуации. Представим себе две касающиеся друг друга массы газа, одна из которых в начальный момент неподвижна, а другая движется вдоль плоскости, разделяющей обе массы. Если эта плоскость проницаема для молекул, то в результате теплового движения молекулы из движущейся массы начнут перелетать в неподвижную, частично перенося в нее количество движения, а молекулы из неподвижной части будут перелетать в подвижную, подтормаживая ее. [c.93] Таков механизм вязкого трения в газах вязкое трение — это перенос количества движения в направлении, перпендикулярном направлению движения. [c.93] Вернуться к основной статье