Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English

Турбулентная диффузия в пограничном слое

    Моделирование движения частиц на основе уравнений турбулентной диффузии пограничного слоя газа показывает соответствие расчетных и экспериментально измеренных профилей концентрации частиц при специальном выборе входных параметров системы как функций от времени. [c.18]

    Конвективная диффузия включает два механизма переноса вещества в жидкости — молекулярную диффузию и конвекцию. Причем различают конвекцию свободную (естественную) и вынужденную (под действием мешалки, насоса и т. п.). Каждый из этих режимов массообмена характеризуется еще ламинарным и турбулентным движением пограничного слоя и внешнего по отношению к нему потока растворителя. [c.51]


    Согласно развитой нами теории, в которой учитывается постепенное ослабление турбулентности в пограничном слое и которая приводит к выражению (25,15) для диффузионного потока, последний оказывается пропорциональным коэффициенту диффузии в степени 4 так что отношение диффузионных токов по водороду и кислороду должно быть пропорциональным Измеренное отношение [c.321]

    Для этой области течения характерно наличие вихрей, порожденных в области генерации турбулентности и перенесенных в область турбулентного ядра пограничного слоя посредством конвекции или диффузии. Размеры вихрей растут с увеличением расстояния (по у) от области генерации. Наибольшие изменения в характере возмущений при переходе от области генерации к области ядра слоя происходят приблизительно в зоне 50 у" 100. При [c.13]

    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]

    Ключевой задачей теории является определение степени затухания коэффициентов турбулентного обмена с приближением к межфазной границе. Недостаточная разработанность теории турбулентности вообще и особенно в применении к системам жидкость—газ не позволяет пока сделать это строго, исходя лишь из гидродинамических соображений. Однако количественная оценка характера затухания возможна на основе надежных экспериментальных данных о зависимости коэффициента массоотдачи от коэффициента молекулярной диффузии. Показатели степени в законе затухания коэффициентов турбулентного обмена и в зависимости к от Оа связаны простым соотношением. Поэтому выявление характера влияния О а на ки по выражению Д. А. Франк-Каменецкого позволяет как бы физико-химически зондировать пограничный слой. В частности, для свободной границы жидкость-газ, как будет показано ниже, многочисленными экспериментальными работами в большинстве практически важных случаев установлена пропорциональная зависимость между к и коэффициентом молекулярной диффузии в степени 0,5. Это соответствует полученным на основании некоторых допущений предсказаниям основанным на квадратичном законе затухания. Доп. пер. [c.101]


    Несмотря на то, что теория двух пленок, предложенная Уайтменом— Льюисом, полезна при разработке абсорбционных систем, она заранее предполагает неподвижные пограничные слои и установившийся режим массопереноса, что крайне редко существует в реальных условиях. Так, например, газ стремится разрушить неподвижный слой, и к поверхности жидкости подходит турбулентный поток, тогда как жидкость в поверхностной пленке постоянно заменяется свежей жидкостью снизу. Чтобы исключить проблему диффузии в неустойчивом режиме, в частности, когда взаимодействие газ — жидкость кратковременно, Хигби предложил воображаемую модель, используя уравнение Стефана для молекулярной диффузии в колонне бесконечной высоты. [c.109]

    Многие исследователи [213, 274, 309, 617] показали, что скорость осаждения частиц из турбулентного потока значительно выше, чем можно было бы ожидать из оценки гравитационных, термических или электростатических сил, броуновской диффузии (см. главу VII), либо таких аэродинамических сил, как вращение частицы. Общепринятая модель осаждения частиц из турбулентного потока основана на том, что частицы переносятся к кромке пограничного слоя турбулентным потоком, и затем проскакивают через ламинарный слой. Очень маленькие частицы, не обладающие достаточной инерцией для проскока к стенке, могут быть перенесены туда броуновской диффузией. Однако вклад этого механизма в скорость осаждения весьма незначителен при осаждении смеси частиц, где лишь небольшая фракция характеризуется субмикронными размерами. [c.215]

    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]

    Вне пределов пограничных слоев в переносе вещества основную роль играет конвективная диффузия, возникающая вследствие турбулентности. [c.300]

    Таким образом, при турбулентном движении в ядре потока фазы перенос к границе раздела фаз (или в противоположном направлении) осуи е-ствляется параллельно молекулярной и турбулентной диффузией, причем основная масса вещества переносится посредством турбулентной диффузии. В пограничном же слое скорость переноса лимитируется скоростью молекулярной диффузии. Соответственно для интенсификации массопереноса желательно уменьшать толщину пограничного слоя, повышая степень турбулентности потока, например путем увеличения до некоторого предела скорости фазы. [c.396]

    Как показано на рис. Х-16, в моменты времени т ,, . концентрации в твердой фазе изменяются соответственно от Сх, Са,. . с (в ядре фазы) до Сх гр, Сг гр, гр(на границе раздела). Далее распределяемое вещество диффундирует через пограничный слой жидкой (газовой или паровой) фазы. Здесь, как отмечалось, наблюдается постепенное затухание турбулентности и значительно более резкое изменение концентрации, приближающееся к линейному непосредственно у твердой поверхности, где молекулярная диффузия становится фактором, определяющим скорость процесса. Наконец, в ядре омывающей фазы — области внешней массоотдачи, происходящей обычно путем конвективного переноса, — концентрация снижается, прибли- [c.431]

    При гетерогенных реакциях горения или процессах испарения молекулярная диффузия и теплопроводность осуществляются только внутри сравнительно тонкого пограничного слоя у поверхности, так как внешний газовый поток является большей частью турбулентным. Тем не менее, в этом случае именно процессы переноса в пограничном слое являются решающими для процесса горения или испарения. Интенсивность переноса вещества и тепла в турбулентном потоке во много раз превосходит интенсивность переноса в пограничном слое. Поэтому скорость тепло- и массообмена поверхности с потоком в основном определяется молекулярным переносом в пограничном слое. [c.80]

    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]


    Сопоставляя уравнения (5.1) п (5.3), видно, что коэффициент массопереноса р=б/г. Коэффициент диффузии пара в газе-носителе является функцией физических свойств и температуры газовой смеси. Толщина пограничного слоя кроме физических свойств определяется степенью турбулентности потока. [c.147]

    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]

    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]

    Наиболее детально механизмы процесса перехода при естественной конвекции воды исследовались в работах [54, 74, 127]. До этого, например, в работах [98, 153], изучалось в основном турбулентное течение, но были получены некоторые экспериментальные данные и для области перехода. Результаты этих исследований позволяют представить общую картину перехода в воде. Она показана на рис. 11.4.1 для некоторого заданного теплового граничного условия. Изолированная область турбулентности появляется сначала в более толстом динамическом пограничном слое, а затем в тепловом пограничном слое. По мере ее расширения с увеличением расстояния по потоку рост средней скорости замедляется по сравнению с ламинарным режимом течения. Профиль средней скорости также начинает отличаться от профиля для ламинарного пограничного слоя. Возмущения становятся довольно интенсивными, в результате возникает диффузия жидкости из теплового пограничного слоя во всю область динамического пограничного слоя, что вызывает изменение профиля средней температуры. Это сигнализирует о начале перехода в тепловом пограничном слое. Динамический и тепловой пограничные слои перемешиваются, и толщина их возрастает. Конец области [c.38]

    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]

    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]

    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]

    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]

    Скорость переноса вещества н фазе обратно пропорциональна сопротивлению сред1.(, которое складывается из сопротивлений, оказываемых основной массой среды, буферным и пограничным слоями. Часто оказывается удобным условно рассматривать все явление массоотдачи как происходящее за счет только молекулярной диффузии в области постоянного градиента концептрации или, в случае газов, постоянного градиента парциального давления. В этом случае вводится фиктивная толщина ламинарного слоя бе, в котором сонротивление диффузии принимается равным сумме сопротивлений реального ламинарного слоя, буферного слоя и турбулентной зоны.  [c.71]

    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]

    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]

    Говоря о скорости потока в зернистом слое , часто имеют в виду совершенно различные величины эта неопределенность связана с тем, что имеется несколько уровней и способов усреднения скорости потока. Самое детализированное описание гидродинамики потока дает задание истинных локальных скоростей в каждой точке свободного объема зернистого слоя. Истинная локальная скорость потока обращается в нуль у поверхности твердых частиц. При скоростях потока, обычных для промышленных каталитических процессов, близ твердой поверхности наблюдается резкий перепад скорости, сосредоточенный в тонком гидродинамическом пограничном слое, толщина которого мала по сравнению с характерным размером твердых частиц или промежутков между ними. Поле истинных локальных скоростей близ твердой поверхности определяет скорость иассо-и теплообмена между потоком и поверхностью твердых частиц (см. главу 1П). Влияние распределения истинных локальных скоростей потока близ твердой поверхности на процессы переноса в слое в целом сказывается лишь в том, что участки близ твердой поверхности, где скорость потока близка к нулю, могут играть роль застойных зон , в которых происходит задержка и накопление вещества, распространяющегося по слою с движущимся потоком. Особенно сильные застойные эффекты должны наблюдаться в областях близ точек соприкосновения твердых частиц (рис. VI.4). Эти области эквивалентны узким и глубоким каналам турбулентные пульсации в них не проникают, истинная локальная скорость потока близка к нулю, и перенос вещества осуществляется только с помощью медленного процесса молекулярной диффузии. [c.215]

    В соответствии с (П1, 206) коэфф1щиент турбулентной диффузии уменьшается по мере приближения к поверхности и при толщине пограничного слоя 0(.л оказывается равным коэффициенту молекулярной диффузии [c.240]

    Газовая смесь течет по каналам между гранулами катализатора. При этом происходит тепло- и массоперенос между частицами и потоком. В ядре потока массо- и теплообмен осуществляются, главным образом, за счет конвекции, так как поток обычно турбулентный.Вблизи поверхности имеется ламинарный пограничный слой, скорость газа в котором падает до нуля у поверхности гранулы. Транспорт реагентов и продуктов реакции через него в направлении, нохмальном к поверхности, осуществляется путем молекулярной диффузии, а тепла -теплопроводностью. Перенос тепла может происходить также посредством теплопроводности от частицу к частице через поверхность контакта и излучением меаду частшщми. [c.60]

    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]

    Наиболее ранняя пленочная модель была предложена Льюисом и Уитменом, развившими взгляды Нернста на кинетику растворения твердых тел и некоторых других гетерогенных процессов. Согласно этой модели, в каждой фазе непосредственно к ее границе примыкают неподвижные или ламинарно движущиеся пленки, в которых перенос осуществляется только молекулярной диффузией. В пленках сосредоточено все сопротивление массоотдаче. Поэтому градиенты концентраций возникают лишь внутри пограничных пленок, в ядре фазы концентрации постоянны и равны средним концентрациям. Кроме того, в модели приняты допущения, указанные выше. Таким образом, этой модели соответствует схема, отличающаяся от приведенной на рис. Х-5 тем, что весь пограничный слой является областью, где отсутствует перемешивание турбулентными пульсациями и изменение концентрации в нем происходит линейно. [c.396]

    Обычно считают, что в пограничном диффузионном слЬе перенос осуществляется путем молекулярной и конвекз ивнр диффузий, а турбулентная диффузия в нем отсутствует. При такой точке зрения понятие пограничного диффузионного слоя по существу эквивалентно понятию пленки в пленочной модели. Одна- [c.102]

    Более правдоподобна модель диффузии на свободной поверхности, предложенная Праттом [36]. По этой модели перенос вещества из газа в жидкость происходит путем турбулентной и молекулярной диффузии через свободную поверхность жидкости. При этом пограничный слой у поверхности раздела не образуется. [c.108]

    Хотя сейчас общепринято [25, 26], что турбулентное движение в некоторые моменты времени может распространяться очень близко к стенке, при исследовании вопросов переноса массы более приемлемым является традиционное представление о структуре турбулентного пограничного слоя. Так, если газ может переноситься через ламинарный подслой за счет молекулярной диффузии, то подобный механизм переноса частиц будет возможен только для таких мелких частиц, на поведение которых существенное влияние оказывает броуновское движение [24]. В разд. 3.4 обсуждалась тенденция частиц к отставанию от турбулентного движения окружающей жидкости. Можно ожидать, что при движении к стенке частицы вырвутся из окружающего вихря за счет своей инерции и ударятся о стенку. Этот механизм проскакивания частицами области низкой турбулентности вблизи стенки и попадания на стенку был впервые предложен Фрид-лендером и Джонстоуном [15]. Трудности использования этого представления связаны в основном с аналитическим заданием условий инерционного пролета частиц. Дэвис [19] наиболее полно разработал эту модель его подход иллюстрируется на фиг. 11.2. В расчетах Дэвиса были использованы следующие допущения. [c.348]

    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]

    На основании изложенного можно сформулировать исходные положения, необходимые для математического описания процесса разрушения процесс переноса массы одномерный и стационарный исходный материал представляет собой однородную композицию веществ, входящих в его состав скорость уноса массы определяется скоростью разрушения коксового остатка за счет его химического взаимодействия с газовой средой скорость химического взаимодействия обусловлена кинетикой гетерогенных химических реакций на поверхности материала и диффузией к ней окисляющих компонент из газового потока. С химически унесенной массой кокса уносится часть инертной массы наполнителя, пропорциональная его содержанию в исходном (неразло-жившемся) материале. В процессе окисления коксового остатка участвует кислород, образующийся при испарении и последующей диссоциации окислов наполнителя. Реакционноснособные газообразные продукты разложения материала взаимодействуют с углеродом и диффундируют через газовый пограничный слой независимо от соответствующих компонент внешнего потока. На поверхности материал полностью прококсован. Все тепловые эффекты (теплоты пиролиза, гетерогенных химических реакций и т. д.) отнесены к поверхности. Режим течения газового потока турбулентный. Принимается, что имеется подобие между турбулентным переносом массы, энергии и количества движенрш, а турбулентные чпсла Ье = Рг = Зс = 1. Турбулентный пограничный слой считается замороженным, а все реакции — происходящими на поверхности. [c.103]

    На рис. 11.6.3,0 представлены профили относительной интенсивности пульсаций температуры и скорости, измеренные в самых последних по потоку сечениях пограничного слоя. Они в отличие от распределений, полученных Кутетладзе [90], не имеют резко выраженных максимумов. Дело, по-видимому, в том, что под действием турбулентной диффузии выравниваются градиенты поперек пограничного слоя. Однако совсем другие профили получены в работе [4], где в аналогичных условиях наблюдались два максимума интенсивности пульсаций, причем больший из них располагался при т] = 2,8. Такие профили с несколькими максимумами возникают, по-видимому, в результате [c.61]

    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]

Смотреть страницы где упоминается термин Турбулентная диффузия в пограничном слое: [c.477]    [c.61]    [c.154]    [c.35]    [c.111]    [c.262]    [c.85]    [c.404]    [c.109]    [c.110]    [c.36]    [c.486]   
Массопередача (1982) -- [ c.179 ]



ПОИСК





Смотрите так же термины и статьи:

Диффузия турбулентная

Слой пограничный

Турбулентная диффузия и турбулентность



© 2025 chem21.info Реклама на сайте