Пограничный слой турбулентный диффузионный

Диффузионный перенос вещества из одной фазы в другую происходит через поверхность раздела, образующуюся в месте соприкосновения обеих фаз. Считается, что по ту и другую стороны поверхности раздела образуются тонкие пограничные диффузионные слои, в которых наблюдается резкое изменение концентрации. Движение жидкости внутри пограничного слоя носит ламинарный характер, причем скорость движения возрастает линейно с увеличением расстояния от поверхности раздела. В массе газа или жидкости движение носит турбулентный характер. Здесь преобладает более быстрый процесс конвективной диффузии, что приводит к выравниванию концентраций в направлении, поперечном к иоверхности раздела фаз. Таким образом, в разных зонах той или другой фазы действуют различные механизмы переноса в зависимости от гидродинамических условий. [c.262]

Теория диффузионного пограничного слоя. Эта теория в основном справедлива для случая твердой фиксированной границы раздела фаз. В основе теории лежит гипотеза о постепенном затухании турбулентного движения по мере приближения к твердой границе раздела со стороны жидкой или газовой фазы. Физическая схема турбулентного потока в соответствии с данной моделью показана на рис. 2.14 [141. Ядро потока (область I) характеризуется режимом развитой турбулентности и постоянной концентрацией растворенного вещества. В области II, расположенной [c.153]

Здесь уместно отметить, что с рассмотренной точки зрения диффузионная массопередача происходит так, как будто сонротивление диффузии сосредоточено по обеим сторонам поверхности раздела сред в двух тончайших пограничных слоях. В действительности, конечно, перенос вещества управляется значительно более сложными законами. Тем не менее указанная теория оказалась весьма удобной, ибо расчеты, проведенные по уравнениям, полученным па основе этой теории, дают результаты, близкие к практически проверенным значениям. Чем интенсивнее турбулентность взаимодействующих фаз, тем более оказывается близкой к действительности картина процесса, основанная на данной теории. [c.76]

Модель вязкого подслоя Ландау рассматривает поток жидкости, состоящий из основного турбулентного потока I, турбулентного пограничного слоя И (Ь < у <.d), вязкого подслоя III (б < г/< б ) и диффузионного подслоя IV (О < г/ < б). [c.258]

При диффузионном горении в турбулентном потоке (в том числе и в турбулентном пограничном слое) максимальная средняя во времени температура продуктов горения на начальных участках факела всегда будет меньше равновесной температуры горения при а = 1,0 (даже ив тех случаях, когда влиянием химической кинетики можно пренебречь, т. е. когда горючее и окислитель полностью расходуются во фронте пламени на поверхности с мгновенным значением а = 1). В турбулентном потоке фронт пламени беспорядочно перемеш,ается во времени и пространстве. Поэтому средняя во времени температура определяется вероятностью нахождения в данной точке объемов газа с данной мгновенной температурой. Поскольку вероятность нахождения фронта пламени с равновесной температурой Гр в данной точке Рф < 1, то и максимальная средняя во времени температура газа Гг.тах будет меньше Гр. В тех случаях, когда существенна роль химической кинетики, на поверхности с а = 1 не происходит полного сгорания топлива, при той же вероятности Рф максимальная температура газа будет еще более низкой. По мере увеличения длины канала сгорает все больше топлива, градиент температур в окрестности поверхности с а = 1 уменьшается и вероятность Рф на этой поверхности стремится к единице, а Гг.тах —> Тр. [c.38]

Рассмотрены топологические структуры межфазных явлений в гетерофазных ФХС. Обсуждены особенности топологического описания теплового, механического и покомпонентного равновесия фаз. Дано преставление в виде топологических структур связи ряда моделей межфазного переноса двухпленочной модели, модели обновления поверхности контакта фаз, модели диффузионного пограничного слоя, модели развитой межфазной турбулентности. Показано, что диаграммы межфазного переноса с учетом условий равновесия в рамках существующих теорий структурно изоморфны и различаются между собой лишь значениями параметра проводимости и формой его зависимости от гидродинамической обстановки в системе. [c.182]

С физической точки зрения теплоотдача конвекцией представляет двустадийный процесс, поскольку характер движения газа у поверхности нагрева и в отдалении от нее принципиально различен. Как известно, движение у поверхности в пограничном слое толщиной б носит всегда ламинарный характер, тогда как в отдалении оно может быть ламинарным, но чаще всего турбулентным. Перенос тепла ъ пограничном ламинарном слое сводится к молекулярному диффузионному процессу — теплопроводности (к), тогда как в потоке, движущемся турбулентно, носит характер молярной тепловой диффузии, который, однако, тоже возможно характеризовать некоторым эквивалентным коэффициентом теплопроводности Х3. Если весь поток движется ламинарно, то— =1 и поэтому весь процесс теплообмена сводится [c.356]

Показатель степени п зависит от глубины проникновения турбулентных пульсаций в диффузионный пограничный слой. [c.39]

В модели пограничного диффузионного слоя, которую можно считать дальнейшим развитием пленочной модели, отражено влияние гидродинамических условий на процесс массопереноса. По этой модели (рис. 15-3) копцентрация вещества, постоянная в ядре потока, в турбулентном подслое толщиной 5 постепенно снижается при приближении к пограничному слою (т. е. в буферном подслое), в котором соизмеримы молекулярные и турбулентные силы вязкости, т.е. С уменьшением масштаба пульсаций [c.19]

Левич [201 рассматривает вязкий пограничный слой, в котором турбулентное движение не исчезает внезапно, а постепенно затухает по мере приближения к стенке или поверхности раздела фаз при этом коэффициент турбулентной диффузии уменьшается и у самой поверхности становится равным нулю. В большей части вязкого слоя, несмотря на малую величину турбулентных пульсаций, ими переносится большее количество вещества, чем путем молекулярной диффузии. Лишь в пограничном диффузионном слое коэффициент турбулентной диффузии становится меньше коэффициента молекулярной диффузии, причем молекулярный перенос начинает преобладать над турбулентным. [c.103]

Ряд статей посвящен вопросам турбулентного горения математическому описанию турбулентного перемешивания в процессе горения (статья В. А. Фроста и сотр.), расчету длины факела в случае диффузионного горения (И. А. Замятина), горения гомогенной смеси с учетом спектральных характеристик турбулентности (Б. П. Афанасьев). В статье И. В. Беспалова показано, что в турбулентном пограничном слое скорость горения определяется не только диффузией, но и кинетикой химических реакций. [c.5]

Таким образом, наличие свободного окислителя в области между стенкой и зоной максимальных температур, а также присутствие в составе продуктов горения окиси углерода свидетельствуют о том, что по крайней мере в определенных условиях при диффузионном горении в пограничном слое (да и вообще в турбулентном потоке) существенной может оказаться роль химической кинетики скорость химической реакции оказывается соизмеримой или даже может быть меньше скорости перемешивания до молекулярного состояния горючего с окислителем. Не исключено, что в других условиях — при горении более реакционноспособных [c.37]

Диффузионное горение в турбулентном пограничном слое (в условиях проведенных опытов) определяется не только процессами перемешивания горючего с окислителем, но и кинетикой химических реакций, роль которой особенно велика в начальных сечениях канала. [c.39]

Гидродинамические особенности турбулентного потока в канале были рассмотрены в гл. 3. Здесь же следует отметить влияние гидродинамических условий на перенос вещества. В пограничном слое толщиной 8 (рис. 15-2) происходит резкое, близкое к линейному изменение концентраций поскольку в этой области потока скорость процесса определяется молекулярной диффузией, роль конвективной диффузии мала. Это объясняется тем, что на границе раздела фаз усиливается тормозящее действие сил трения между фазами и сил поверхностного натяжения на границе жидкой фазы. Образование гидродинамического пограничного слоя вблизи поверхности раздела фаз ведет к возникновению в нем диффузионного пограничного слоя толщиной 5д, обычно не совпадающей с 5 . В ядре потока массоперенос осуществляется в основном турбулентными пульсациями, поэтому концентрация распределяемого вещества в ядре потока практически постоянна. Как отмечалось выше, перенос вещества движущимися частицами, участвующими в турбулентных пульсациях, называют турбулентной диффузией. Перенос вещества турбулентной диффузией описывается уравнением, аналогичным уравнению (15.14а) [c.16]

Существующие гипотезы или модели механизма массопередачи в турбулентных потоках можно разделить на стационарные и нестационарные (квазистационарные) модель диффузионного пограничного слоя [4, 5] и модель обновления поверхности контакта фаз [6—11]. При углубленном изучении массопередачи существующие модели механизма массопередачи можно рассматривать на основе более подробной их классификации [12]. [c.75]

На рис. 10.9 изображено изменение концентрации вещества С в одной из фаз (явления в другой фазе пока не рассматриваются взаимодействие фаз — предмет массопередачи). Примыкающая к границе (7) фазового раздела область, в которой наблюдается изменение С нормально к границе, называется диффузионным пограничным слоем. Изменение концентрации от значения на границе до С в ядре фазы происходит плавно. Для удобства анализа и расчета вводят понятие о модельной пограничной пленке с четкими границами и определенной толщиной 5д считают, что в этой пленке сосредоточено все изменение концентрации от С до С, а за пределами пленки (в ядре) концентрация постоянна. Диффузионная пограничная пленка аналогична тепловой (ее толщина т) и ламинарному пристеночному слою (5и) во всех этих пленках невелика роль турбулентного переноса (количества движения, теплоты, вещества), доминирует вклад молекулярного переноса — вязкость, кондукция, а в изучаемых здесь явлениях — диффузия. В общем случае толщина диффузионной пленки 5д не совпадает с и и 8р количественная оценка связи между ними дана в разд. [c.774]

В уравнении (3.118) о(г) получается из радиального профиля, заданного на входе в ячейку (причем о = 0). Решение уравнений (3.118) дает для толщины турбулентного диффузионного пограничного слоя, определенной формулой (3.109), следующее выражение [c.98]

Рассмотрим конкретный пример. По данным для стекающей пленки (см. табл. 1.1) при Кеж = 2400 т = 0,56 с, тогда а = 37 и второе слагаемое в подкоренном выражении уравнения (2.79) заметно больше 1. Это свидетельствует о необходимости учета влияния турбулентных пульсаций на скорость массопередачи. При толщине пограничного слоя бж = 0,027 мм коэффициент турбулентной диффузии О- , рассчитанный по уравнению (2.77), в точке у = бж более чем на порядок выше Оа. Однако для быстрых реакций толщина диффузионного подслоя значительно меньше (как правило на порядок и более), и влияние турбулентного характера течения на массопередачу проявляется слабее. Действительно, при больших г из уравнения (2.78) следует известное выражение р ж = У п л. [c.47]

До сих пор мы рассматривали массообмен между жидкостью и плохо обтекаемыми телами. Обтекание таких тел потоком жидкости обычно сопровождается отрывом пограничного слоя и образованием вихревой зоны позади тела. Это необычайно осложняет анализ н расчет переноса вещества. Поэтому наибольшие успехи в развитии теории массообмена достигнуты применительно к безотрывным течениям. Класс течений такого рода довольно широк в него входит движение жидкости но трубе, а также двин ение жидкости, побуждаемое вращением цилиндра или диска. Растворение материала трубы движущейся но ней жидкостью встречается в технике растворения [19]. Последовательная теория развита в работах Т. С. Корниенко [104]. Для условий развитого диффузионного слоя при Рг 1 и турбулентном движении жидкости по трубе получен следующий результат [c.21]

В модели диффузионного пограничного слоя принимается, что на границе раздела фаз образуется вязкий подслой и перенос массы от ядра потока к поверхности контакта фаз осуществляется затухающей турбулентной диффузией. В газожидкостном слое перенос массы происходит под действием турбулентных пульсаций различного масштаба вплоть до крупномасштабных. Последние обеспечивают постоянство концентраций и температуры во всем рассматриваемом объеме газожидкостного слоя, кроме пограничного, где происходит затухание турбулентных пульсаций [c.75]

Аналогия Рейнольдса применима также и к турбулентному ядру потока при любых значениях критериев Рг и 5с, поскольку коэффициенты турбулентного обмена определяются одинаковым масштабом турбулентных пульсаций, значительно превышающим длину свободного пробега молекул. В турбулентных потоках аналогии тепло- и массопередачи рассматривается в приближении гидродинамического и диффузионного пограничных слоев. [c.101]

В том случае, когда газ распределен в жидкости, т. е. в барботажном гидродинамическом режиме, турбулентность газожидкостной системы еще не велика, но уже при переходе к пенному гидродинамическому режиму быстро наступает режим равномерной или развитой турбулентности. Следует еще раз отметить, что развитая турбулентность отмечается только в ядре потока как правило она не совпадает с турбулентностью в диффузионном пограничном слое. [c.119]

В турбулентном пограничном слое молекулярная диффузия не играет роли, и перенос вещества осуществляется турбулентными пульсациями. Далее, в вязком слое коэффициент турбулентной диффузии быстро уменьшается с приближением к поверхности стенки, но все же турбулентные пульсации являются еще основным механизмом переноса вещества. Только вблизи стенки, в так называемом диффузионном подслое, молекулярная диффузия преобладает над турбулентной. [c.98]

Диффузионный пограничный слой является зоной затухания турбулентных пульсаций, которые ускоряют перенос вещества к его границам, поэтому массоперенос в этом слое в значительной степени определяется молекулярной диффузией. В диффузионном пограничном слое сосредоточивается основное сопротивление массопереносу [c.79]

Скорость затухания турбулентных пульсаций у поверхности массообмена, по теории диффузионного пограничного слоя, характеризуется числом Отсюда следует, что [c.84]

В. Г. Левичем [10], предполагает существование на границе раздела фаз диффузионного пограничного слоя, толщина которого может быть достаточно строго рассчитана на основе уравнений гидродинамики и законов диффузии. В этом слое турбулентное движение не исчезает внезапно, а постепенно затухает по мере приближения к стенке или поверхности раздела фаз. [c.97]

Согласно современным представлениям [19], вблизи границы раздела существует пограничный диффузионный слой, в котором и происходит резкое изменение концентрации. В пограничном диффузионном слое перенос вещества осуществляется за счет молекулярной диффузии и конвекции обычцо считают, что роль турбулентной диффузии в диффузионном слое пренебрежимо мала и становится заметной и даже преобладающей за его пределами, а именно в вязком пограничном слое. В жидкостях толщина пограничного диффузионного слоя намного меньше толщины вязкого пограничного слоя. Указанные представления позволяют записать уравнение конвективной диффузии в диффузионном пограничном слое в следующем виде [c.54]

Известен ряд работ по абсорбции газа при турбулентном течении пленок [203—205]. В них проанализировано влияние вихрей, а также движение примыкающей газовой фазы. Движение газа может изменить волновые параметры, а следовательно, повлиять на процесс массообмена. В случаях когда происходит массоперенос от твердой стенки к турбулентно текущей пленке, влияние вихрей на скорость процесса выражено слабо [159— 161]. Этот факт легко объяснить, зная, что вихри затухают вблизи твердой стенки, и их влияние на диффузионный пограничный слой оказывается пренебрежимо малым. [c.124]

Турбулентный режим движения. Согласно распространенным представлениям о турбулентности определяющую роль в процессах переноса в турбулентном потоке играет пограничный слой, прилегающий к границе раздела фаз. По мере удаления от входа в трубу происходит формирование гидродинамического и диффузионного пограничных слоев. На некотором удалении от входа формируется гидродинамически стабилизированный поток, а также происходит стабилизация поля концентраций. Длины участков гидродинамической и концентрационной стабилизации, вообще говоря, разные. Они определяются соответственно значениями коэффициентов кинематической вязкости V и диффузии О. При V = Д профили скорости и концентрации в потоке совпадают. При V ф О скорости и концентрации определяются значением критерия Шмидта Зс = v/D. При 5с > 1, т. е. при V > D, формирование профиля скоростей опережает формирование профиля концентраций. При 5с < 1 между ними имеет место обратное соотношение. [c.86]

Теория массопереноса в турбулентном потоке основывается на предположении о подобии профилей скоростей и концентраций. Соответственно с этим принимается следующая зависимость для описания профиля концентраций в диффузионном пограничном слое [c.86]

Несмотря на то что большинство промышленных пламен относится к турбулентному диффузионному типу, химия диффузионных пламен изучена еще недостаточно. Устойчивость, форма и яркость этих пламен определяется главным образом физическими процессами турбулентной диффузии. Показано, что в установившемся режиме горения топливо и кислород не находятся в контакте друг с другом, а разделены пограничным слоем, в котором концентрация каждого из них снижается до нуля. Реакция протекает на обеих поверхностях этого горячего слоя, и общий механизм горения углеводородных топлив, по-видимому, сводится к образованию углерода (путем пиролиза) на внутренней стороне пограничного слоя и образованию активных радикалов (вероятно, гидроксильных) на его наружной стороне. Таким образом, частицы, реагирующие между собой в пограничном слое, не являются исходными реагентами. Детали механизма горения в диффузионном пламени пока не выяснены, хотя число работ, посвященных изучению физической картины процесса смесеобразования , очень велико. Некоторые проблемы, относящиеся к практическим диффузионным пламенам, обсуждаются ниже. [c.556]

Как видно из изложенного выше, значительная часть существующих в настоящее время теорий массопередачн (таких как теории проницания и обновления поверхности и их различные модификации) основана на слишком грубых упрощениях и подменяет учет конкретных гидродинамических условий введением не поддающихся расчету и ненаблюдаемых параметров. Перспективной представляется только теория диффузионного пограничного слоя, позволяющая путем физически обоснованных упрощений преодолеть математические трудности, связанные с решением уравнения конвективной диффузии, и разумно родойти к описанию турбулентного режима массопередачи. Несмотря" на [c.183]

Сайт процессов переноса массы сосредоточен в диффузионном пограничном слое. Хронопространственная метрика сайта определяется толщиной этого слоя и временем контакта фаз. В зависимости от характера движения потока сплошной среды в зоне контакта фаз различают молекулярный, конвективный и турбулентный механизмы диффузии. [c.160]

В ядре потока движение является развитым турбулентным. В турбулентном пограничном слое происходит переход турбулентного движения в ламинарное. В вязком подслое под действием сил -1рсния движение приближается к ламинарному и возрастает значение молекулярной диффузии. Однако на большей части толщины вязкого подслоя преобладает турбулентная диффузия. Лишь в самой глубине вязкого подслоя, внутри тонкого диффузионного подслоя, непосредственно примыкающего к самой стенке трубы, молекулярная диффузия становится преобладающей. [c.74]

В последние годы опублпкованы отечественные и зарубежные работы [1], в которых делается попытка теоретически решить эту задачу на основе представлений о диффузионном механизме горения, аналогичном горению в ламинарном потоке, но с той разницей, что перемешивание окислителя с горючим протекает не со скоростью молекулярной диффузии, а более интенсивно — со скоростью турбулентной диффузии. Предполагается, что в результате взаимной диффузии горючего и окислителя в пограничном слое на некотором расстоянии от стенки образуется некая поверхность ну.тевой толщины, на которой устанавливается стехиометрическое соотношение горючего и окислителя (а = 1). На этой поверхности — во фронте пламени происходит мгновенное сгорание топлива и достигается температура, соответствующая равновесному составу продуктов горения. Из фронта пламени продукты горения диффундируют в обе стороны, в результате чего выше фронта пламени находится смесь газов, состоящая из продуктов горения и окислителя, ниже фронта пламени — из горючего и продуктов горения (концентрация окислителя равна нулю). В каждом сечении канала поле температур соответствует распределению концентраций продуктов горения в газовом потоке. Параметры пограничного слоя — ноля температур, скоростей и концентраций — находятся нз решения интегральных уравнений движения, энергии, неразрывности и состояния при ряде упрощающих допущений (Рг = Ье = 1, постоянство энтальпий и концентраций на поверхности стенки). [c.30]

Течение у тел необтекаемой формы происходит с отрывом пограничного слоя. Оценка массоотдачи в зоне после точки отрыва производится по соотношениям для диффузионного потока при турбулентном обтекании поверхности. На шероховатых поверхностях локальная турбулизация системы приводит к увеличению общего диффузионного потока на такую поверхность. [c.113]

Проницаемость газов и паров через непористые полимерные мембраны складывается из последовательности элементарных актов диффузии (молекулярной или турбулентной) распределяемого вещества из ядра первой среды к поверхности мембраны, абсорбции его мембраной, диффузии в ней, десорбции и диффузии его от поверхности мембраны в ядро потока второй среды. При этом, в силу большого диффузионного сопротивления мембраны, диффузионными сопротивлениями пограничных слоев обычно можно пренебречь и считать концентрацию газа (пара) у поверхности мембраны равной концентрации в ядре потоков фаз. В этих условиях параметрами, определяющими процесс, являются характеристики изотермы сорбции—десорбции распределяемого вещества и коэффициент молекулярной диффузии его в полимере. Если коэффициент диффузии газа в мембране D = onst, изотерма сорбции— десорбции линейная, то коэффициент проницаемости можно выразить соотношением [c.538]

Сравнение выражений ( .34) и ( .33) приводит к выводу, что физические свойства жидкости (V и /) ) одинаково влияют как на толщину диффузионного пограничного слоя в ламинарном потоке жидкости, так и на толщину диффузионного подслоя в турбулентном потоке жидкости. Если принять, что основное сопротивление массоотдаче от поверхности в обтекающую ее жидкость создается диффузионным подслоем, в котором перенос вещества происходит путем молекулярной диффузии, то поток вещества / можно выразить соотношениями [c.421]

Если концентрацию газа в основной части потока обозначить через Сд, концентрацию на твердой поверхности через с , а концентрацию на границе ламинарного подслоя толщиной 6 через с , то диффузионный поток в турбулентном пограничном слое в направлении к твердой поверхноств можно выразить уравнением [c.60]

Таким образом, для вычисления макроскопической скорости реакции, идущей на неравнодоступной поверхности, недостаточно знать химическую кинетику процесса и средний коэффициент массопередачи. Единственно строгим методом расчета, как отмечалось в п. 1, является решение уравнения конвективной диффузии в пограничном слое с граничным условием, учитывающим скорость химических превращений. Решение этой задачи для полубесконечной пластины, обтекаемой ламинарным потоком жидкости [1], показывает, что эффективная толщина пограничного слоя зависит не только от физических свойств потока и скорости его движения, но и от скорости химической реакции на поверхности. Приближенное решение той же задачи для газового потока с ламинарным и турбулентным пограничным слоем получено в работах [5, 6]. Попытки строгого решения задачи для тел более сложной формы, а также учета разогрева реагирующей смеси и поверхности катализатора за счет тепла реакции наталкиваются на серьезные затруднения.-Поэтому до сих пор все расчеты и исследования диффузионной [c.123]

На рис. 70 изображена зависимость концентрации с/с и тангенциальной скорости потока Wf o. усредненной по времени, от расстояния от поверхности электрода ( ) для турбулентного течения по данным Фильштиха . Величина o означает здесь пограничный диффузионный слой по Нернсту, Oq вязкий подслой Левича и б — пограничный слой Прантля который состоит [c.220]

Выше было указано на необходимость учета нестационарного в действительности характера установившегося в среднем турбулентного потока при оценке средней скорости горения. Для расчета турбулентного газового факела, как отмечалось в 1-1, большое значение имеет приближенная модель диффузионного горения с бесконечно большой скоростью химической реакции. В этом предположении, естественно, приведенные соображения о расчете среднего значения <ш> остаются за рамками расчетной схемы. На первый план выступает вопрос о разумной аппроксимации эффективных характеристик турбулентного переноса импульса, энергии и вещества. Вопрос этот, однако, не является специфичным для турбулентного горения газа, а относится к общей теории турбулентного пограничного слоя и к опорному для )асчета факела разделу ее — к теории турбулентных струй. Зообще говоря, расчет факела можно построить на основе любой оправдавшей себя полуэмпирической расчетной схемы, принятой в современной теории струй [1, 26, 34]. Это относится к методам расчета, развитым в известных основополагающих заботах Г. Н. Абрамовича [1, 2], к теории асимптотического слоя "26] или интегральным методам расчета [34, 45]. В последние [c.19]