Теоретические модели структуры жидкости

Теоретические модели структуры жидкости появились не так давно. Одним из первых исследователей в этой области был Бернал. В одной из его последних работ, посвященных этому предмету [20],. представлены результаты простого эксперимента по случайной упаковке твердых шаров. Определение координационных чисел шаров в такой упаковке показало, что они (числа) в среднем меньше (8 или 9), чем в идеальной плотнейшей упаковке (12). Для обсуждаемого здесь вопроса особенно [c.127]

Заметим, что эффективности любой из моделей являются функциями матрицы коэффициентов массопередачи. Поэтому для расчета их необходимо использовать формулу (2-58). Формулы для вычисления эффективности других гидродинамических моделей движения жидкости можно найти в [471. Наряду с рассмотренным способом оценки разделительной способности допускается расчет по теоретическим ступеням разделения, при задании постоянных КПД тарелки по всем компонентам разделяемой смеси, при задании постоянных локальных КПД массообменных зон соответствующей гидродинамической структуры. [c.128]

Проверка адекватности модели структуры потока жидкости осуществляется путем сравнения экспериментальной кривой отклика на типовое возмущение с теоретическими функциями отклика, рассчитанными по предлагаемой модели. Этот метод мало эффективен, поскольку при этом можно подобрать такую модель, которая будет абсолютно точно воспроизводить экспериментальную кривую и в то же время совершенно не соответствовать механизму процесса. [c.131]

Таким образом, в структурном отношении жидкость занимает промежуточное положение между твердыми телами и газами. Жидкое состояние существует в определенном температурном интервале, ограниченном, с одной стороны, температурой плавления, а с другой — критической температурой. Вблизи температуры плавления жидкость имеет квазикристаллическое строение, т.е. имеет много общих черт с твердым телом. При температурах, близких к критической, строение и свойства жидкости напоминают газообразное состояние. В связи с промежуточным характером жидкого состояния теоретическое рассмотрение структуры и свойств жидкости представляет собой сложную задачу. Если для твердого и газообразного состояний в первом приближении существуют идеализированные модели (идеальный кристалл и идеальный газ), то для жидкого состояния подобная относительно простая модель отсутствует. [c.145]

Термодинамическая теория капиллярности Гиббса положила начало громадному числу исследований как экспериментального, так и теоретического плана, направленных на выяснение структуры межфазных поверхностей. В научном плане важной частью этих исследований являются бинарные системы жидкость—жидкость. В таких системах возможно измерить поверхностное натяжение и его производные по температуре и давлению, а также изучить диффузность межфазной поверхности оптическими методами. Теоретическая интерпретация этих результатов с использованием статистико-механических моделей различной степени приближения была развита рядом авторов и мы упомянем некоторых. Важно отметить, что все такие исследования требуют обращения к термодинамике, т. е. к методам Гиббса, как только мы доходим до связи теоретических моделей с наблюдениями, которые могут быть сделаны в лаборатории. [c.64]

Взаимное расположение молекул. Самой простой структурой обладают жидкости, состоящие из отдельных атомов (одноатомных молекул), которые в этом случае рассматривают как жесткие сферы. Такая модель хорошо описывает, например, структуру жидкого аргона. Однако даже в применении к самым простым, так называемым нормальным жидкостям эти структурные теории не дают удовлетворительных результатов, поскольку выводы из них не согласуются с экспериментом, если не использовать некоторые эмпирические соотношения [6]. Соотношения, полученные для жидкостей, состоящих из многоатомных несферических молекул, очень сложны, и выводы из них, касающиеся структуры этих жидкостей, носят скорее качественный или же полуколичественный характер. Наиболее важные экспериментальные данные по структуре жидкостей можно получить, изучая рассеяние рентгеновских лучей и нейтронов, измеряя равновесные термодинамические величины (плотность, сжимаемость, тепловые эффекты, давление паров), а также рассматривая неравновесные процессы переноса (вязкость, диффузию, электропроводность). Из экспериментов по дифракции рентгеновских лучей и нейтронов можно, зная положение первого максимума, найти функцию радиального распределения молекул. Эта функция определяет вероятность нахождения какой-либо молекулы вблизи данной молекулы в зависимости от расстояния до нее. Для жидкости, состоящей из сферически симметричных молекул, не имеющих внутренней структуры, можно теоретически вычислить функцию распределения для пары молекул, т. е. найти вероятность нахождения двух молекул на данном расстоянии / друг от друга в зависимости от расстояния Р между ними. Результаты расчетов можно затем сравнить с экспериментальными данными. Знание функции распределения— это тот минимум информации, который необходим для получения картины строения жидкости. [c.18]

Сравнение экспериментальных функций распределения, полученных рентгенографически, с теоретическими, рассчитанными на основе подобранной модели решетки, особенно важно для изучения структуры жидкостей, состоящих из многоатомных молекул. Из этих жидкостей наиболее подробно изучена структура воды и водных растворов. В результате многочисленных исследований была подтверждена гипотеза о структуре воды, предложенная Берналом и Фаулером [27]. [c.29]

Электростатическая модель сольватации совершенно не учитывает ни структуры взаимодействующих частиц, ни наличия в системе иных, кроме кулоновских, типов взаимодействия ион—растворитель. В идеальном же варианте теоретического расчета свободной энергии сольватации иона в растворе должны быть представлены все индивидуальные составляющие этой величины. Развитие теории сольватации ионов происходило параллельно с развитием теории жидкого состояния и, естественно, через те же этапы представление о среде как континууме, попытки учета влияния структуры жидкости, рассмотрение процессов растворения квантово-химическими и статистическими методами и т. д. [c.108]

Удовлетворительных теоретических представлений о теплопроводности полимеров не существует. Даже для моделей со сферической структурой и для неполярных жидкостей построены лишь очень приблизительные аппроксимации, а для полимеров в твердом состоянии их нет вообще. Физики знают, что в металлах теплопередача осуществляется за счет электронной проводимости, а в диэлектриках — за счет атомных и молекулярных движений. Это же справедливо и для неэлектропроводных жидкостей. [c.119]

Отличительной особенностью пористых систем является неупорядоченность их структуры. Решение уравнения Навье — Стокса для течения вязкой жидкости в неупорядоченных системах невозможно. Поэтому при теоретическом исследовании заменяют реальную пористую среду упрощенными упорядоченными моделями с эквивалентными гидравлическими свойствами. Точное решение уравнения Навье — Стокса существует для случая течения по прямой круглой трубке. Данное обстоятельство и было использовано при конструировании моделей. [c.24]

Зная соотношения между поверхностями раздела ssl и ssv и объемом сконденсированной жидкости, можно получить информацию о процессе капиллярной конденсации. Задаваясь той или иной моделью пористой структуры, можно вычислить теоретические соотношения межцу ssl, slv и Fl и сравнить их с определенными экспериментально. [c.217]

Подробного анализа молекулярной упаковки ПАВ, адсорбированных на поверхностях жидкость-твердое тело и подтвержденного набором экспериментальных данных, не существует, хотя недавно вышел хороший обзор [48]. Там были представлены несколько рабочих гипотез моделей. Высказываемые предположения о том, как адсорбируются отдельные молекулы ПАВ, имеют минимальную теоретическую базу, однако в этом случае для охвата области поведения материала достаточно предположить лишь несколько возможных позиций. Некоторые из таких структур изображены на рис. 5.20. [c.171]

На основании теоретических предпосылок и исходя из физи -ческой сущности барботажа предложены различные модели, описывающие структуру потоков фаз в колоннах с высоким слоем жидкости [3-7]. [c.95]

В монографиях [21, 22] показано, что как совокупность экспериментальных данных о строении и электрических свойствах жидкостей и стекол, так и теоретическое рассмотрение одно- и трехмерной модели жидкости, обладающей лишь ближним порядком, указывают на применимость зонной теории к аморфным телам. Развитый Губановым метод рассмотрения свойств электрона в аморфном теле с помощью деформированной системы координат позволил доказать существование зон в энергетическом спектре электрона и оценить их границы. Однако структура зон и детальный характер движения электрона еще не выяснены. Интересно, что для полимерных тел, состоящих из анизотропных молекул, применение зонной теории более обосновано, чем для низкомолекулярных аморфных веществ. Это обусловлено наличием дальнего порядка вдоль макромолекулы. [c.22]

Определение критических поверхностных натяжений и зависимости краевых углов от поверхностного натяжения смачивающих жидкостей представляет также несомненный интерес для теории поверхностных явлений на границе твердое тело — жидкость. Низкоэнергетические поверхности представляют удобные модели для экспериментального и теоретического исследования влияния многих физических и химических факторов на смачивание. Адгезионное взаимодействие между твердыми телами и жидкостями с низким поверхностным натяжением (например, между полимерами и жидкими углеводородами) осуществляется обычно с помощью молекулярных сил одной природы, а именно, с помощью дисперсионных сил. Благодаря этому значительно упрощается теоретический анализ молекулярных взаимодействий при смачивании. На основе молекулярных теорий смачивания низкоэнергетических твердых тел [12, 150] по экспериментальным значениям краевых углов можно рассчитать поверхностное натяжение, а также оценить силы дисперсионного взаимодействия между различными веществами. Вместе с тем измерения краевых углов позволяют в ряде случаев получить информацию о структуре твердой поверхности, например о природе функциональных групп, расположенных на поверхности твердого полимера. [c.102]

Функцию g находят, исследуя характер рассеяния рентгеновских лучей в жидкостях. Для термодинамического исследования жидкого состояния широко применяют различные модели . Обычно считалось допустимым рассматривать жидкость как подобие кристалла и делить весь объем жидкости на ячейки по числу молекул (теория свободного объема) или так, что часть ячеек остается пустой (теория дырок ). Эти взгляды объединяют под названием решеточные теории жидкости . Расчеты, основанные на таких моделях, дают пониженное значение энтропии жидкости вследствие того, что фактическое состояние молекул жидкости менее упорядочено, чем допускает решеточная модель. В более совершенных вариантах решеточной теории предполагается, что не все, а только часть молекул образует квазикристаллическую структуру, а другие движутся в этой структуре как частицы газа. Теоретический расчет коррелятивной функции распределения дает принципиальную возможность вычисления свойств жидкости вне зависимости от каких-либо искусственных моделей, но, к сожалению, на этом пути встречаются очень серьезные математические трудности. [c.224]

Внимание, привлеченное результатами теоретического анализа преимущества прямотока перед противотоком жидкости на смежных тарелках, проведенное Киршбаумом и Льюисом в 1935 г., не получило широкого использования в промышленности из-за необоснованной идеализации ими структуры потока жидкой и паровой фаз моделью идеального вытеснения. Нами была составлена структура комбинированной математической модели потока жидкости для трех смежных тарелок и получена оригинальная усредненная структура М-й тарелки при прямотоке и противотоке жидкости [1], [2]. Аналитическое решение систем уравнений массопередачи для двух вариантов движения жидкости, при условии полного перемешивания пара, позволило получить зависимости КПД аппарата для них. Из проведенного анализа параметрической чувствительности эффективности прямотока и противотока следует, что усилия ученых и конструкторов, работающих в области интенсификации массообменных тарельчатых агшаратов не дадут желаемого результата при противоточном движении жидкости на тарелках. Поэтому при конструировании барботажных аппаратов с переливом необходимо сочетание идеальной структуры пенного слоя на тарелках (идеальное вытеснение) о однонаправленным движением жидкости на них. Проектный расчет числа тарелок по разделению смеси аце-гон-вода этанол-вода на Уфимском заводе синтетического спирта показал, что при однонаправленном движении жидкости число тарелок снижается на 30,,.50%. [c.171]

Все обсуждаемые в литературе структурные модели жидких растворов, как известно, основаны на физических или математических допущениях. Исходя из этого, можно условно выделить три типа моделей [128]. Во-первых, физико-химические, посредством которых по сути "интуитивные" концепции определяющих структурных особенностей (свойств) жидкости дают возможность (по крайней мере, в первом приближении) количественно оценить результаты статис-тико-механической или термодинамической обработок. Во-вторых, теоретические модели, в том числе "решеточные", посредством которых упрощенные версии общих теорий жидкого состояния в приложении к молекулярно-геометрической структуре позволяют получить жидкость (хотя часто и весьма идеализированную) с определенным набором свойств. И, в-третьих, молекулярно-динамические (а также модели, соответствующие другим методам численного экс- [c.161]

Он может быть истолкован с помощью механической модели материала, которая должна быть несколько сложнее рассмотренных ранее (рис. 3.78). В частности, сухое трение должно быть заменено трением через тонкий слой очень вязкой жидкости. С целью физико-химического толкования этих и др. реологических параметров необходимо установить причины появления пластических и прочих свойств, установить зависимость величины констант от состава и структуры деформируемой среды, вьывить пределы применимости тех или иных законов течения и т. д. Для этого необходимо определить физико-химическую сущность самого процесса деформирования дисперсных систем, которая связана, прежде всего, с понятием структура дисперсной системы и явлением структурирования. Следует иметь в виду, что не все упомянутые выше параметры, в том числе максимальная вязкость г)шах, на самом деле характеризуют исследуемый материал, несмотря на их достаточно широкое применение в научной и технической литературе, а также в программных продуктах ЭВМ для моделирования течения различных жидкостей. Вьиснение причин того или иного поведения дисперсных систем на основе их теоретических моделей, а также смысла и области применения различных параметров реологических законов составляет содержание последующих четырех подразделов. В частности, будет показано, что величина максимальной вязкости зависит от конструктивных параметров приборов, на которых она измеряется. [c.676]

По крайней мере со времен Рентгена [301] выдвигались гипотезы о структуре жидкой воды. Попытки проверить или отвергнуть эти гипотезы затруднялись отсутствием общей теории жидкого состояния воды. По этой же причине теории о структуре воды основывались на двух подходах, ни один нз которых не был достаточно строгим. Первый подход состоял в формулировке модели жидкой воды, трактовке модели некоторым способом, обычно требовавшем большого количества допущений, с помощью методов статистической механики, и сравнении теоретических значений микроскопических свойств с экспериментальными величинами. Совпадение теоретических величин с опытными данными рассматривалось как показатель соответствия модели действительности (см. раздел 5). Второй подход, принятый в этой главе, состоит в установлении аспектов структуры жидкости на основе макроскопических свойств воды. Свойства воды исследованы настолько широко и детально, что даже если какое-либо из них и может быть связано только качественным или полуколичествепным образом с некоторой особенностью жидкой структуры, приемлемая картина воды создается только при рассмотрении многих ее свойств. [c.154]

Как указывалось в предыдущем разделе, точное аналитическое решение уравнений движения вязкой жидкости сквозь зернистый слой практически неосуществимо, даже при полном пренебрежении силами ийерции и соответствующей этому линеаризации исходных уравнений (II. 1). Поэтому для теоретического вывода зависимости перепада давления на единицу длины слоя Ар/1 от скорости потока, физико-химических свойств жидкости и геометрических характеристик зернистого слоя необходимо использовать различные весьма идеализированные модели структуры этого слоя. К построению подобных моделей естественно подойти с двух сторон — исходя из обоих предельных случаев протекания жидкости внутри пор между зернами (внутренняя задача) и внешнего обтекания зерен потоком (внешняя задача). [c.42]

Одновременно с обнаружением периодической по г структуры течения вблизи обтекаемой стенки было установлено существование в турбулентном пограничном слое пар противоположно вращающихся продольно ориентированных вихрей [1.27, 1.39, 1.74, 1.75] с расстоянием А+/2 и 50 между их центрами. В указанных работах высказывается предположение, что эти вихри являются причиной появления вблизи стенки чередующихся полосок ускоренной и замедленной жидкости. В теоретической модели течения [1.23], в которой нашла отражение эта точка зрения, считается, что одним из основных модулей течения вблизи стенки является подковообразный вихрь типа вихря Теодорсена [1.76], представляющий собой пару продольно ориентированных вихрей, соединенных между собой поперечно ориентированным вихревым жгутом (рис. 1.33). Такая модель (см. также [1.29, 1.75]) [c.50]

Построим теперь динамическую модель процесса абсорбции в насадочном аппарате, учитывающую продольное перемешивание фаз. В реальных аппаратах продольное перемешивание фаз объясняется рядом причин прежде всего различием скоростей движения фаз в разных точках аппарата и, кроме того, турбулентной диффузией фаз, уносом частиц одной фазы (например жидкости) потоком другой фазы (газа). Подробное теоретическое описание продольного перемешивания, учитывающее все перечисленные факторы, в настоящее время отсутствует. Для описания структуры потоков в аппарате обычно используют упрощенные модельные представления. Наиболее распространенными из них являются ячеечная и диффузионная модели. В данной книге для описания структуры потоков используем вторую из этих моделей, согласно которой перемешивание фаз в аппарате аналогично процессу диффузии. В диффузионных процессах при наличии градиента концентрации какого-либо вещества возникает поток этого вещества, называемый диффузионным потоком, который пропорционален градиенту концентрации. Поскольку процесс перемешивания аналогичен процессу диффузии, можно считать что и в насадочном аппарате возникает поток вещества определяемый законом Фика / = = —pZ)gгad0, который в одномерном случае имеет вид / = [c.17]

Пример 3. Методом ступенчатого возмущения исследовалась структура потока жидкости в аппарате. На основании эксперимента был получен выборочный закон распределения элементов потока по времени пребывания Р в) (табл.2.4). Одновременно для описания структуры потока жидкости использовалась ячеечная модель, для которой рассчитывался соответствующий закон распределения элементов потока по времени пребывания. Экспериментальный и теоретические законы распределения приведены в таблице. Требуется установить соответствие теоретаческого закона распределения элементов потока по времени пребыва.чия экспериментальному. [c.55]

За последнее время достигнут определенный прогресс в области теоретических основ методов расчета параметров пористой структуры. Создана теория распределения тонких слоев жидкости в капиллярных системах с учетом одновременного действия капиллярных и поверхностных сил [I]. Уравнение Дерягина—де Бура—Брук-хоффа прищло на смену уравнению Кельвина. На базе этого уравнения разработаны новые методы расчета распределения пор по размерам [2, 3]. Введение рещеточных моделей пространства пор и математических методов теории перколяции позволило учесть эффекты взаимосвязи пор разных размеров и разработать метод расчета распределения размеров пор, в котором одновременно используется информация об изотермах адсорбции и десорбции в области гистерезиса (4, 5]. Вместе с тем вопрос о применимости термодинамики обратимых процессов для анализа гистерезисных явлений капиллярной конденсации и десорбции остался вне поля зрения исследователей, хотя с точки зрения теории он является, по-видимому, ключевым. [c.237]

Следовательно, начальным этапом построения математической модели ректификационной установки является разработка математического описания, которое состоит из взаимосвязанных описаний кинетики массопередачи, гидродинамики потоков, равновесных зависимостей, уравнений тепловых и материальных балансов элементов установки. При этом гидродинамика движения потоков пара и жидкости оказывает двоякое влияние на разделительную способность отдельных элементов. С одной стороны, влияние гидродинамики проявляется через общую структуру взаимодействующих потоков пара и жидкости (макроуровень), а с другой стороны, влияние гидродиками-ки сказывается на характеристиках интенсивности локального массообмена между контактирующими потоками пара и жидкости. Именно сложность такого двоякого учета влияния гидродинамических условий взаимодействия контактирующих потоков на эффективность массопе,редачи в ректификационных установках явилась одной из причин широкого использования концепции теоретической ступени разделения. Другой причиной являются значительные трудности теоретического описания процессов межфазного массообмена в многокомпонентных смесях, особенно в случае ректификации смесей компонентов с существенно различными физико-химическими свойствами. [c.31]

В зарубежной литературе опубликован ряд теоретических работ, касающихся кризиса теплообмена в испарительной трубе. Во всех этих исследованиях физическая модель кризиса основывается на недостатке воды, поступающей из ядра потока к поверхности нагрева за счет диффузии капель. Исбин с соавторами [Л. 136] и Типпетс 1Л. 163] в своих теоретических рассуждениях исходят из рассмотрения кольцевой структуры потока. Предполагается, что в результате суммарного действия процессов испарения жидкости у стенки, срыва капель с поверхности пленки и обратной диффузии капель количество жидкости в пленке постепенно уменьшается и [c.57]

Значения теплоты плавления кристаллической фазы АНт, определенные экспериментально с помощью одного из описанных способов, проявляют заметную зависимость от природы полимера (например, 295 кг и 49,5 кДж/кг для полиэтилена и политетрафторэтилена [286, 287]). Для теоретической трактовки этой зависимости воспользуемся простой моделью ячеек, в рамках которой энтальпию плавления согласно соотношению (11.59) можно определить как избыток внутренней энергии рыхлоупакованной (V /Va) жидкости по сравнению с плотноупакованной [ V /Ve) V /Va) кристаллической структурой. Поскольку относительная величина скачка упаковки при Тт Для всех полимеров имеет приблизительно одинаковое значение (см. разд. VII. 1), можно предположить, что значения АНт будут определяться преимущественно энергией контактного взаимодействия е, т. е. энергией когезии полимера, а также изменением координационного числа решетки г при плавлении. Этот вывод согласуется с эмпирическим соотношением (см. разд. VIII. 5). [c.188]

Обычно теоретическая кривая удовлетворительно согласуется, с опытными данными тогдй, когда в качестве модели жидкости принимается структура соответствующего твердого тела, но с размытым положением атомов. Иными словами, близкий к опыту результат получается при предположении, что между жидкостью и твердым телом сохраняется генетическая связь в отношении характера расположения атомов. При этом последнее несколько нарушено в жидкости тепловым движением частиц. [c.29]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология