Молекулярная диффузия при ламинарном течении

Изучая дисперсию вещества, впрыскиваемого в протекающий по трубе поток, Тейлор установил, что даже при отсутствии молекулярной диффузии, только вследствие неизбежной неравномерности профиля скоростей потока, создается неравномерное распределение концентраций по его сечению. Тейлор последовательно рассмотрел режимы ламинарного [14] и турбулентного [15] течений жидкости. Разработанная им теория объясняет рассеяние веществ в полых длинных трубах при протекании однофазного потока [76, 77]. [c.31]

Перенос вещества вдоль оси потока вследствие молекулярной диффузии весьма невелик он осуществляется в основном за счет движения потока. При ламинарном режиме течения средняя скорость потока равна Ыо/2, поэтому через время х введенное вещество будет находиться на расстоянии Х1 = х+ (ио/2)х от плоскости отсчета х — расстояние от плоскости отсчета при отсутствии движения). После подстановки значения х в уравнение (П. 14) и использования граничных условий было получено выражение для переносимого количества вещества в направлении оси потока [c.33]

При установившемся ламинарном течении в круглой трубе ДЛЯ [1 — о) 3>> R ID (где К — радиус трубы О — коэффициент молекулярной диффузии), можно получить [c.111]

Таким образом, течение газо-воздушного потока при горении свечи лежит глубоко в ламинарной области. Однако именно вследствие ничтожных поступательных скоростей этого потока даже столь медленный процесс, каким является смесеобразование с помощью молекулярной диффузии, успевает завершиться [c.129]

До сих пор рассматривалось ламинарное течение жидкости, при котором отдельные слои жидкости перемещаются параллельно друг другу. Обмен количеством движения и массой между ламинарными слоями происходит только за счет молекулярной диффузии. [c.10]

Перемешивание путем молекулярной диффузии. В случае ламинарного течения перемешивание в потоке высокого давления происходит в результате процесса молекулярной взаимной диффу- [c.95]

Воль с сотр. предложил другой подход, основанный на замене коэффициента молекулярной диффузии в формуле (8.16), полученной для ламинарных диффузионных пламен, на коэффициент вихревой диффузии. Последний равен произведению длины пути смешения и на интенсивность пульсаций и. Для достаточно развитого турбулентного течения в трубе 1 имеет максимальное значение на оси трубы, равное примерно 0,085 d. Значение и на оси трубы равно примерно 0,03 и [6]. Следовательно, коэффициент вихревой диффузии на оси трубы равен [c.178]

В зависимости от характера течения газового потока, образующего пламя, различают ламинарные и турбулентные пламена. В ламинарных пламенах течение ламинарное, или слоистое, все процессы массообмена и переноса происходят путем молекулярной диффузии и конвекции. В турбулентных пламенах течение турбулентное, процессы массообмена и переноса осуществляются не только за счет молекулярной, но и турбулентной диффузии (в результате макроскопического вихревого движения). [c.9]

Диффузия при ламинарном течении благодаря отсутствию перемешивания носит молекулярный характер, такой же, как и в неподвижной среде, и характеризуется коэффициентом молекулярной диффузии D в известном нам законе Фика (см. гл. VI, стр. 93). [c.281]

Движущей силой макродиффузии является наличие разности давлений или плотностей в отдельных участках системы. В этом случае перенос вещества, осуществляющийся струями жидкости или газа, зависит от характера движения последних, т. е. от гидродинамических и аэродинамических условий процесса. Движение жидкости или газа может быть ламинарным и турбулентным. При ламинарном течении жидкости или газа отдельные слои их перемещаются параллельно твердой поверхности, а перенос реагирующих веществ к реакционной зоне осуществляется за счет молекулярной диффузии. При переходе же к турбулентному режиму струи жидкости или газа начинают двигаться беспорядочно относительно твердой поверхности. При этом концентрации веществ в объеме жидкой (газообразной) фазы выравниваются быстро, а толщина диффузионного слоя уменьшается, вследствие чего константы скоростей диффузионных стадий процесса увеличиваются. Таким образом, переход от ламинарного режима к турбулентному при постоянстве других факторов благоприятствует переходу процесса в кинетическую область. [c.206]

В общем случае экспериментально определяемая скорость переноса (или разделения) является сложной функцией степени турбулизации газа в камерах пониженного давления, геометрической структуры перегородки и степени адсорбции газа в ее порах, а также совокупности условий, влияющих на длину свободного пробега молекул. Общая скорость массопереноса зависит от интенсивности следующих процессов 1) ламинарного или турбулентного течения газов в камерах высокого и низкого давления 2) молекулярной диффузии через ламинарный пограничный слой в камере повышенного давления 3) избирательной адсорбции на поверхностях соприкосновения перегородки с потоком газа в камере повышенного давления 4) переноса адсорбата вдоль стенок пор под влиянием возникающего в результате адсорбции градиента концентрации 5) переходного или кнудсеновского течения газа совместно с адсорбционным потоком 6) избирательной десорбции газа в камере низкого давления 7) молекулярной диффузии через пограничный слой газа в камере пониженного давления 8) турбулентного переноса в ядро потока в камере низкого давления. [c.615]

При течении в трубе, близком к ламинарному, коэффициент обмена уменьшается, приближаясь к значению коэффициента для молекулярной диффузии. Таким образом, если сделать достаточно длинный канал и создать в нем ламинарное течение, то коэффициент обмена уменьшится настолько, что в месте входа воздуха в канал концентрация загрязнений будет практически равна нулю, даже при очень высокой концентрации в месте выхода воздуха из канала, т. е. во всасывающей полости масляного вакуумного насоса. [c.11]

Свойства переноса, содержащиеся в числе Ье, относятся к данному месту исследуемого течения независимо от того, является ли это течение ламинарным или турбулентным. Конечно, эффективные значения коэффициента диффузии и коэффициента теплопроводности в турбулентном течении значительно больше, чем в ламинарном однако эффект турбулентности должен привести число Льюиса к значению, очень близкому единице. Даже в ламинарных течениях число Льюиса обычно близко единице, если молекулярные веса газовых компонент не слишком различны (см. также разделы II,А и II,Г). [c.184]

Модель Хигби [10] рассматривает массопередачу путем молекулярной диффузии в сплошной фазе через тонкий слой жидкости, обтекающей каплю. При этом гидродинамическими особенностями пренебрегают, полагая, что течение в слое ламинарное. Это допущение позволяет определить время контакта слоя сплошной среды и капли 4 как отношение диаметра капли к скорости ее движения относительно сплошной среды. [c.25]

Пограничный слой неоднороден по толщине (рис. 3.9). Зона быстрого изменения концентрации обычно называется диффузионным пограничным слоем при ламинарном течении обтекающего частицу потока или диффузионным подслоем в случае турбулентного течения. Необходимо отметить, что толщина диффузионного пограничного слоя (или подслоя) бд значительно меньше толщины гидродинамического слоя бр и находится в пределах 5-10" —5-10 м (см. рис. 3.9). Известно, что молекулярный механизм переноса целевого компонента будет преобладать над конвективным на расстоянии, меньшем бд от поверхности обтекаемой частицы. Толщина диффузионного пограничного, слоя бд зависит также от величины коэффициента диффузии В. [c.75]

В достаточно длинном капилляре по Викке и Фольмеру [29] имеют место оба вида транспорта — ламинарное течение и молекулярная диффузия по мере уменьшения давления по длине капилляра вязкостный поток переходит в молекулярный. Рассматривая течение в переходной области как два последовательные потока, т. е. вязкостный и молекулярный, авторы получили формулу j аналогичную (64). [c.49]

Если радиус капилляров меньше 10" см (г < 10 см), то закономерности переноса будут обусловлены молекулярным режимом. В этом случае ламинарное течение Пуазейля и закон диффузии Фика выполняться не будут. При наличии перепада давления молекулы газа в таких капиллярах движутся не отдельными слоями, а независимо друг от друга, постоянно сталкиваясь со стенками капилляра. При этом принимается, что происходит полная аккомодация газа, т. е. молекулы, отражаемые от каждого элемента поверхности капилляра, имеют такое же распределение скоростей, какое имели бы молекулы в пучке, входящем в капилляр из полости, содержащей газ при температуре, равной температуре тела. Другими словами, при полной аккомодации рассеиваемый от поверхности капилляра газ приходит в тепловое равновесие с телом. Молекулы газа будут проходить через капилляр независимо одна от другой, образуя молекулярный пучок , в ко- [c.403]

Коэффициент турбулентной диффузии в сотни тысяч раз больше коэффициента молекулярной диффузии при ламинарном течении газов, и перемешивание турбулентных потоков происходит несравненно интенсивнее, чем ламинарных. В соответствии с этим при разной температуре смешиваемых потоков происходит интенсивный теплообмен между ними, т. е. газы обладают как бы повышенной теплопроводностью. Следует отметить, что при турбулентном течении газов возникает и молекулярная диффузия, но она играет очень незначительную роль. [c.48]

Для ламинарного течения Тейлор обосновал применимость диффузионной модели при условии / > а, где I и а — длина и диаметр трубы. Концентрация трассера, введенного в начальный участок трубы, постепенно выравнивается по сечению трубы вследствие молекулярной диффузии. Такого рода размывание концен- [c.151]

От интенсивности и характера массопередачи в жидких металлах, шлаках, а иногда и газах часто зависят скорости металлургических процессов. Различают два характера течения жидкостей и газов ламинарный и турбулентный. Ламинарное, или слоистое течение имеет упорядоченный характер — частицы жидкости двигаются по прямолинейным траекториям и различные слои жидкости перемещаются параллельно друг другу с различными скоростями и не перемешиваются между собой. При ламинарном течении перенос веществ в значительной мере обусловлен молекулярной диффузией. [c.190]

Ламинарное течение остается устойчивым при относительно небольших числах Рейнольдса. При возрастании числа Яе в результате увеличения скорости течения, изменения геометрических условий или вязкости при некотором критическом значении этого числа наступает резкое изменение характера течения жидкости. Теряется устойчивость и плавность движения, появляются завихрения, слои жидкости непрерывно перемешиваются и их движение становится криволинейным и запутанным. При таком движении, которое называется турбулентным, процессы массопередачи совершаются со значительно большими скоростями, чем при ламинарном. Тем не менее, даже при турбулентном течении в ряде случаев наиболее медленной стадией массопередачи может быть молекулярная диффузия. [c.190]

Усредненные по времени концентрационные профили Сл (а , у, z, t) можно измерить, например, путем отбора проб из потока. Для течения в трубе с массопередачей к ее стенке предполагают, что усредненная по времени концентрация са будет слабо изменяться в турбулентном ядре потока, где преобладает вихревой перенос. С другой стороны, в медленно движущемся потоке вблизи стенки следует ожидать быстрого изменения на коротком расстоянии величины сд от значения ее в турбулентном ядре потока до соответствующего значения на стенке. Резкий концентрационный градиент связывают в этом случае с медленно протекающим процессом молекулярной диффузии в ламинарном подслое в противоположность быстрому вихревому переносу в полностью развитом турбулентном ядре потока. [c.557]

В зависимости от организации диффузионных процессов в применяемых горелках представляется возможным изменять длину факела горения. Наибольшую длину факела можно получить при подаче газа и воздуха раздельными параллельными потоками при ламинарном режиме течения, когда смешение происходит только за счет молекулярной диффузии. Короткий факел можно получить путем организации усиленной турбулентной диффузии. [c.84]

Эти три вида молекулярного переноса известны под названием внутреннего трения, теплопроводности и диффузии. Закон ламинарного течения вязкой жидкости или закон внутреннего трения может быть сформулирован так напряжение трения прямо пропорционально градиенту скорости упорядоченного движения, который в простейшем случае, когда V — (х), можно / dv [c.37]

Для математического описания такого циклического процесса авторы ввели дополнительные упрощения постоянство -скорости основного турбулентного потока /о (индекс О означает условия вне пограничного слоя), одномерность роста ламинарного подслоя, пренебрежимая малость времени разрушения подслоя по сравнению с временем его роста. При этих предположениях, рассматривая обмен импульсом со стенкой в течение времени соприкосновения (Лг) как нестационарный процесс молекулярной диффузии, можно использовать уравнение Фнка [c.175]

Массообмен. Перенос массы в направлении поверхности соприкосновения фаз может происходить в результате молекулярной диффузии и конвекции, вызва.нной гидростатическими силами, течением потока или использованием перемешивающих устройств. Отдельный случай представляет собой движение турбулентного потока, в котором можно различить две зоны ламинарную (слой около поверхности соприкосновения фаз — пограничный слой) и турбулентную (в глубине фазы — ядро потока). В ламинарном слое вещество переносится главным образом молекулярной диффузией, а в турбулентной зоне в основном вследствие завихрений и флуктуаций локальной скорости движения потока. Считая, что в турбулентной зоне концентрация практически выравнивается, перенос массы в такой системе можно представить как молекулярную диффузию через пограничный ламинарный слой с эффективной (приведенной) толщиной. Перенос вещества до границы раздела фаз называется массоотдачей. [c.244]

При проведении экспериментальных исследований по оценке распределения временц пребывания в реакторах, в которых движение потока может быть представлено в виде отдельных струй, существенными становятся условия организации ввода трассера и замера его концентрации на выходе из аппарата. К классу таких систем относятся системы с ламинарным движением жидкости, системы с Пуазейлевым потоком, системы с потоком Куэтта, а также реакторы полной сегрегации. Струйное течение можно рассматривать как систему полной сегрегации относительно отдельных струй, при этом предполагается, что перемешивание жидкости между струями невелико и происходит лишь за счет молекулярной диффузии. [c.70]

Для ньютоновской жидкости вязкость является свойством среды (функцией состояния) и не зависит от градиента скорости. Это сира-ведливо только для ламинарного течения. В таком случае массообмен между смежными слоями жидкости осуществляется лишь диффузией. Величину т] называют также молекулярной вязкостью. В турбулентном потоке между слоями происходит дополнительный обмен макроскопических объемов ншдкости вследствие конвентив-ного перемешивания, а следовательно, возрастает касательное напряжение, необходимое для получения такого же градиента скорости т. е. возрастает вязкость, которая будет являться суммой молекулярной и турбулентной вязкостей. Турбулентная вязкость многократно превышает молекулярную вязкость и уже не [c.30]

Согласно этой теории, впервые предложенной Хигби [18], при интерпретации массопередачи от газа к жидкости межфазная поверхность не является статической (неизменной) величиной, а складывается на стороне жидкости из элементов, каждый из кото-рых находится в контакте с газовой фазой только в течение короткого, но одинакового периода времени, после чего проникает в глубь жидкой фазы. Его место занимает новый элемент, прибывший из ядра жидкой фазы. Следовательно, на стороне жидкости нет постоянной ламинарной пленки, а турбулентность жидкости распространяется до самой межфазной поверхности. Таким образом, перенос массы осуществляется путем неустано вившейся молекулярной диффузии от межфазной поверхности к элементу жидкости во время контакта т. Этот процесс описывается дифференциальным уравнением неустановившейся диффузии [c.293]

При перемешивании жидкофазных сред различают турбулен-шое и ламинарное перемешивание. Турбулентное перемешивание протекает в результате совместного действия циркуляционных течений, турбулентного переноса и молекулярной диффузии и происходит в различных неоднородных системах, таких как жидкость— жидкость, жидкость—газ или жидкость— твердое тело. Задачей смешения является создание однородных рас- [c.52]

Характерно, что ири малых скоростях течения газа, т. е. в области ламинарного движеиия, увеличение скорости потока не сопровождается увеличением содержания СО. Это видно из рис. 69а (опытные данные Цухаповой по горению в угольном канале [59]) и объясняется характером изменения величииы суммарной константы скорости реакции окисления к при ламинарном движении, которая очень быстро становится постоянной, зависящей только от молекулярной диффузии и ие зависящей от скорости дутья (см. рис. 696). В таком случае роль поверхностного и объемного горения СО, выражающаяся по отношению к реакции окисления пара- [c.405]

Уравнения (1-7) описывают молекулярную диффузию в неподвижньгх жидкостях, однако молекулярный перенос вещества имеет место и в движущейся среде. Таким случаем является движение жидкости в ламинарном режиме течения. Здесь перенос вещества за счет молекулярной диффузии ироисходит в направлении, норма и,ном к направлению движения потока, а изменение концентрации во времени определяется д.в одномерной диффузии как [c.787]

Дальнейшее развитие теория проницания Хигби получила в работе Данквертса, который ставит под сомнение существование ламинарной пленки на границе раздела фаз. По его мнению, турбулентные вихри достигают границы раздела фаз и элементы жидкости находятся в контакте с газовой фазой в течение какого-то времени, по истечении которого заменяются новыми. При этом предполагается чисто молекулярный механизм диффузии и вводится понятие вероятности смены каждого элемента жидкости новьш элементом или спектра времен пребывания жидких элементов на поверхности раздела. Турбулентные вихри жидкости и газа непрерывно подходят к границе раздела фаз, имея при этом концентрации диффундирующего компонента, равные концентрациям его в ядре жидкого потока и пузырька газа. На границе раздела фаз мгновенно устанавливается равновесие, и дальнейшее насыщение свежего элемента жидкости происходит за счет молекулярной диффузии до тех пор, пока новый турбулентный вихрь не передаст этот частично насыщенный элемент в ядро потока. Величина элемента жидкости принимается достаточно большой, так что фронт диффузии не успевает дойти до границы элемента за время контакта. Вероятность смены данного элемента жидкости новым не зависит от возраста элемента, а средняя скорость обновления поверхности жидкости, контактирующей с газовой фазой, зависит от гидродинамических условий и является величиной, постоянной при установившемся режиме. Для характеристики этой скорости вводится понятие фа ктора обновления поверхности 5, равного доле поверхности, которая обновляется в единицу времени. Коэффициент массопередачи определяется как [c.71]

При течении газа через капилляры, диаметр которых менее чем в 100 раз превышает длину свободного пробега молекул, слой газа у стенки приобретает некоторую скорость скольжения. При длине пробега, составляющей от 0,1 до 0,65 диаметра среднего дефекта, поток находится в переходной области между ламинарным и молекулярным. Если длина пробега превышает 65% диаметра капилляра, реализуется молекулярная диффузия. При дальнейшем снижении размеров дефекта до значения, соответствующего величине критерия Кнудсена, равного 100, реализуется кнудсеновская диффузия. Кнудсеновская диффузия характеризуется дальнейшим снижением массопереноса вследствие того, что молекулы отражаются от стенок пор. Этот вид переноса реализуется для инертных газов (Не, Аг), имеющих большую длину свободного пробега. Например, гелий с А, = 174,0 нм переносится по механизму кнудсеновской диффузии в порах размерами [c.39]

Опыты проводили в нагретых трубках при различных режимах потока. Было обнаружено, что при ламинарном течении пе-воспламеняюш ейся смеси ацетилен совершенно не образуется. При турбулентном или при таком ламинарном потоке, в которою вызвана местная турбулизация у стенок, в продуктах горения появляется ацетилен. При этом содержание ацетилена суш е-ственно зависит от степени турбулентности потока. Это, по-видимому, объясняется тем, что горячие продукты гореш1Я на стенках вызывают реакцию горения в объеме, идуш,ую с образованием-ацетилена, только при быстром турбулентном перемешивании,. При ламинарном потоке наблюдается медленная молекулярная диффузия продуктов поверхностного горения па стенке, при которой реакция распространяется от стенок в глубь потока относительно медленно. При этом происходит окисленпе метана в СО, СО2 и Н2О и ацетилен не образуется. В связи с этими пока еще качественными наблюдениями представляют интерес результаты, полученные при осуществлении процесса неполного горения метана с циркуляцией горячих продуктов горения в печп типа тоннельной горелки. [c.14]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология