Основы теории диффузионного пограничного слоя

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]

Трактовка рассматриваемых явлений на основе прямого анализа системы дифференциальных уравнений, описывающих конвективную массоотдачу в системах твердая стенка—жидкость и газ—жидкость, дается теорией пограничного диффузионного слоя В этой теории учитывается сложность структуры турбулентности внутри вязкого подслоя, прилегающего непосредственно к поверхности раздела фаз. Весьма существенной является постепенность затухания турбулентных пульсаций в подслое. Вследствие этого, поскольку в жидкостях величина коэффициента молекулярной ди(М)узии Оа обычно во много раз меньше величины кинематической вязкости V (v/Dд > 1), турбулентные пульсации, несмотря на их затухание, играют существенную роль в переносе массы почти до самой границы фаз. Пренебречь их влиянием можно лишь в пределах подслоя, названного диффузионным , толщина которого в жидкостях значительно меньше толщины вязкого подслоя. В пределах этого диффузионного подслоя преобладающим является перенос молекулярной диффузией. [c.101]

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДИФФУЗИОННОГО ПОГРАНИЧНОГО слоя И ДИНАМИЧЕСКОГО АДСОРБЦИОННОГО СЛОЯ [c.130]

Решение уравнения (5.4) для случая коротких пленок (/ < Id) может быть получено также в рамках приближения диффузионного пограничного слоя на основе метода теории возмущений при Fo < 1 [130, 158] [c.78]

Наличие химической реакции в жидкой пленке приводит к заметному утоньшению диффузионного пограничного слоя, а его характерная длина становится сравнимой с величиной в (5.7). На расстояниях в диапазоне О < л < можно использовать решения, полученные при помощи приближения диффузионного пограничного слоя. Для реакции первого порядка на основе методов теории возмущений и при использовании функций Грина было получено следующее решение [142] [c.81]

Физико-химическая гидродинамика [1] ставит теорию массопередачи на надежную основу. Выражение для коэффициента массоотдачи р=0/бэф (где О — коэффициент диффузии), аналогичное соотношению пленочной теории, приобретает новый смысл бэф — это толщина диффузионного пограничного слоя — области резкого изменения концентраций вещества, которую можно рассчитать (в жидкостях из-за низкого значения коэффициентов диффузии 5эф=0,1-ьО,15 от толщины, гидродинамического пограничного слоя). Выражение для межфазного потока получается обычным путем из соотношений [c.99]

Наиболее полное отражение механизм массопередачи получил в теории В. Левича о диффузионном пограничном слое, развитой на основе современных представлений гидродинамики турбулентных потоков. Эта теория учитывает как молекулярную, так и конвективную диффузию, т. е. перенос вещества потоком жидкости, который имеет место в гидродинамическом пограничном слое главным образом в результате проникания в него турбулентных пульсаций. Молекулярный перенос становится определяющим лишь в узкой области около границы раздела, где коэффициент турбулентной диффузии меньше молекулярного. Диффузионный пограничный слой принципиально отличается от жидкой пленки Льюиса—Уитмена, так как его толщина зависит от гидродинамических условий, свойств жидкости и собственно коэффициента диффузии. В этом слое происходит резкое изменение концентрации и толщина его определится уравнением [c.73]

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]

Для объяснения экспериментальных данных по гидродинамиче-скому перемешиванию был выдвинут ряд моделей зернистого слоя. Наиболее удачной оказалась дискретная ячеистая модель, которая согласуется с описанной выше гидродинамической картиной течения в слое. Первоначальным вариантом дискретной модели была модель ячеек идеального смешения [12, 16], хорошо объяснившая данные по продольному перемешиванию в потоках газа. Для описания про- дольного перемешивания в потоках жидкости, где наблюдаются более сложные зависимости эффективного коэффициента продольной диф-, фузи от скорости потока, были выдвинуты различные варианты моделей с застойными зонами. Первой моделью этого типа была модель Тернера—Ариса [17]. Согласно этой модели зернистый слой рассматривали как канал постоянного поперечного сечения, характеризующийся определенными значениями линейной скорости по- тока и коэффициента продольной диффузии, от стенок которого отходят тупиковые каналы-ответвления, где по предположению, конвекция отсутствует и перенос вещества осуществляется только путем молекулярной диффузии. В последующих работах [18] застойные явления рассматривали в рамках ячеистой модели. Метод анализа таких систем, использующий аппарат характеристических -функций, был указан в работе Каца [19]. Расчеты но различным вариантам моделей с застойными зонами позволили объяснить наблюдаемые в потоках жидкости пониженные значения числа Ре ц и наличие хвостов у функций распределения времени пребывания в слое. Недостатком этих работ является, однако, то, что физический смь л застойных зон в них не конкретизируется вследствие этого оказалось невозможным выявить непосредственную связь характеристик продольного перемешивания с параметрами зернистого слоя и провести количественное сравнение теории с экспериментом. Готтшлих [20], пытаясь придать модели Тернера—Ариса физиче- ское содержание, предположил, что роль тупиковых каналов или застойных зон играет диффузионный пограничный слой у поверхности твердых частиц. Оценка толщины диффузионного слоя, необходимой для объяснения экспериментальных данных по продоль-) ному перемешиванию, не совпала, однако, с толщиной диффузионного пограничного слоя, оцениваемой на основе измерения коэффициента массопередачи (см. раздел VI.3). Это несоответствие было отнесено автором на счет влияния распределения толщины диффузионного слоя на неравнодоступной поверхности твердых частиц. Экспериментальное исследование локальных коэффициентов массопередачи в зернистом слое показывает [7 ], что в нем имеются области, массопередача к которым резка затруднена — зоны близ точек соприкосновения твердых частиц. Расчет по модели ячеек с застойными зонами близ точек соприкосновения твердых частиц [21 ] позволил [c.220]

В основе новой теории диффузионного перенапряжения, созданной трудами многих ученых, лежит положение о том, что неподвижным является лишь слой раствора, непосредственно примыкающий к поверхности электрода и имеющий толщину порядка нескольких атомных диаметров, что несравненно меньше толщины диффузионного слоя. В диффузионном слое (как и за его пределами) раствор не неподвижен. Скорость его движения меняется по мере приближения к электроду от ы = иь в глубине раствора до ы = 0 на поверхности электрода. Изменение скорости совершается в некотором слое, который называется пограничным слоем бгр или слоем Прандтля дрг- Передача движения от одного слоя к другому определяется кинематической вязкостью жидкости V, представляющей собой отношение вязкости жидкости к ее плотности р [c.330]

Наиболее полное отражение механизм массопередачи получил в теории диффузионно-пограничного слоя В.ГЛевича, развитой на основе гидродинамики турбулентных потоков. Эта теория, основанная на прямом анализе системы дифференциальных уравнений конвективной массопередачи. [c.18]

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]

В заключение отметим, что та система физических представлений, которая лежит в основе теории пограничного слоя и рассматривалась нами в применении к динамическому взаимодействию между потоком жидкости и твердым телом (т. е. к процессу внешнего обмена количеством движения), в равной мере охватывает все явления переноса в движущейся жидкости иезависимо от их физической природы. Общая теория пограничного слоя включает в себя наряду с учением о движении жидкости в чистом виде также учение о теплообмене (т. е. о процессе теплового взаимодействия между движущейся жидкостью и ограничивающей ее поверхностью) и массообмене (процессе обмена веществом). Все эти направления вполне аналогичны и по исходным идеям, и по постановке задачи, и по методам ее решения. Позднее мы подробно рассмотрим относящиеся сюда соображения. Пока ограничимся замечанием, что в зависимости от физической природы процесса надо различать динамический, тепловой и диффузионный пограничные слои. [c.26]

М. X. Кишиневский указывает, что, рассматривая пограничный слой как область, лишенную турбулентности, Левич трактует его, по существу, с позиций двухпленочной теории. В основу расчета любого диффузионного процесса Кишиневский (и позднее английский ученый Данквертс) предлагает положить период обновления поверхностного слоя или время контакта фаз, допуская, что вследствие кратковременности контакта процесс может рассматриваться как квазистационарный. По-видимому, применительно к экстракции период обновления (по порядку величины) может быть принят равным времени прохождения частицей жидкости элемента насадки (в насадочных экстракторах) или промежутку времени между столкновениями капель (в распылительных экстракторах). Следует подчеркнуть, что, по Кишиневскому, отвод молекул поглощаемого компонента с поверхности раздела происходит за счет турбулентной и молекулярной диффузии, Данквертс же рассматривает этот отвод как чисто молекулярный перенос. Анализируя различные теории массообмена, Данквертс отмечает, что ни пленочная теория, ни теория проникновения, предложенная Хигби и видоизмененная Данквертсом, а также теория Кишиневского, не могут претендовать на точное объясне- [c.130]

В 30-х годах настоящего столетая возникло новое направление, исходящее из аналогии процесссов переноса тепла и переноса массы на основе хорошо изученной области теплообмена между сухой поверхностью и окружающей средой. Общая теория тепло- и массообмена исходит из аналогии этих процессов и доказывает, что процесс испарешет жидкости со свободной поверхности определяется диффузионно-молярным переносом вещества через пограничный слой й молярно-гидродинамическим переносом вещества в окружающей среде. [c.114]

Артор не совсем точно излагает основные концепции, лежащие в основе модели Кинга, а также выводы в отношении характера зависимости от В а, вытекающие из нее. В основу модели положена возможность одновременного действия двух механизмов переноса вещества от свободной поверхности вглубь жидкости в турбулентном потоке. Один из них соответствует постепенному затуханию коэффициентов турбулентного обмена с приближением к межфазной границе. Этот механизм Кинг считает относящимся к вихрям сравнительно небольшого масштаба. Другой механизм связан с обновлением поверхности сравнительно крупными вихрями (их размер должен быть больше толщины слоя, в котором происходит затухание по первому механизму и где соответственно происходит основное изменение концентрации). Таким образом, модель Кинга, по существу, включает представления теорий пограничного диффузионного слоя (см. выше) и обновления поверхности (см. ниже). Что касается возможного характера зависимости от О а, то на основании собственных экспериментальных данных, полученных в ячейке с мешалкой и в насадочной колонне и анализа результатов, полученных другими исследователями, Кинг приходит к выводу о более узком интервале практически возможного изменения показателя степени при Оа от 0,5 до 0,75. Прим. пер. [c.102]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология