Взаимодействие молекулярной и турбулентной диффузии

В гомогенных системах (газы, жидкие растворы) молекулярная или турбулентная диффузия, обеспечивающая массопередачу компонентов и их контакт, происходит быстро, и процессы лимитируются скоростью химических взаимодействий (кинетический режим). Для гетерогенных систем (газ—жидкий раствор Г—Ж, газ—твердое вещество Г—Т, жидкость—твердое вещество Ж—Т и для более сложной системы газ—раствор—твердое вещество) чаще лимитирует скорость процесса диффузия — процесс протекает в диффузионном режиме. Причем, по маршруту протекания процесса выделяют стадию с меньшим коэффициентом диффузии, значение которого определяет константу скорости [c.195]

Результаты гетерогенных реакций взаимодействия углерода с газами зависят от кинетики этих реакций и скорости диффузионных процессов. За счет молекулярной и турбулентной диффузии осуществляются подвод к поверхности частиц угля газообразных компонентов и отвод с поверхности частиц продуктов реакций (рис. 3.11). [c.67]

Так же, как и раньше, будем рассматривать г, как характерное время коагуляции полидисперсного ансамбля капель, обусловленной механизмом турбулентной диффузии с учетом сил гидродинамического и молекулярного взаимодействий. Оценим это время. Для характерных значений потока рд= 40 кг/м , = 5 10 м, Цо= 1,2 10 Па с, W= 2 10 м /м и параметров распределения Ran =10-5 /г = 3 имеем 1/т, =0,257. При этом увеличение радиуса капель в 2 раза происходит за время t 7 с. Это время почти на два порядка больше, чем для монодисперсного распределения без учета гидродинамических и молекулярных сил. Такая большая разница характерных времен обусловлена, конечно, не учетом полидисперсности распределения, поскольку и метод моментов и сделанное упрощение при определении решения уравнения (15.44а) нивелирует полидисперсность, а учетом сил взаимодействия. [c.394]

Входящее в выражение для ядро коагуляции /С(со, V), называемое иногда константой коагуляции, обусловливает частоту столкновения капель объемами со и У и может быть определено в результате исследования относительного движения двух капель под действием различных сил взаимодействия — гравитационной, гидродинамической, молекулярной. Характер гидродинамической силы зависит от структуры потока. В ламинарном потоке относительное движение капель различного размера происходит за счет гравитационного осаждения и градиента скорости несущей среды. При этом /С(со, V) определяется сечением столкновения капель и находится в результате анализа траекторий движения одной капли относительно другой [см. раздел 13.1]. В турбулентном потоке сближение капель происходит за счет хаотических пульсаций, приводящих к большему по сравнению с ламинарным потоком числу актов столкновения в единицу времени. Существуют три основных механизма, обусловливающих сближение и коагуляцию капель в турбулентном потоке инерционный, за счет различных скоростей движения отличных по размерам капель сдвиговый (градиентный), вызванный наличием сдвигового течения в окрестности рассматриваемой капли при обтекании ее пульсациями различного масштаба турбулентная диффузия, в основе которой лежит предположение об аналогии между процессом диффузии и движением капель под действием случайных турбулентных пульсаций. В разделе 13.6 показано, что применительно к рассматриваемому процессу основной вклад в скорость коагуляции капель в турбулентном потоке дает механизм турбулентной диффузии, и ядро коагуляции с учетом сил гидродинамического и молекулярного взаимодействия капель имеет вид [c.547]

Примером такого рода является диффузия Тейлора. В данном случае в качестве объектов переноса могут выступать как молекулы, так и более крупные образования. Понятие тейлоровской диффузии связано с процессом продольного рассеяния (дисперсии) растворенного вещества (примеси) в прямых трубах или каналах. Главным механизмом такого процесса выступает обычный конвективный перенос при наличии радиального сдвигового течения, которое взаимодействует с радиальной молекулярной или турбулентной диффузией. [c.294]

Скорость протекания гетерогенных реакций между газами и углеродом твердого топлива зависит как от скорости самого химического взаимодействия (от кинетики химических реакций), так и от скорости переноса реагирующих газов к поверхности углерода посредством молекулярной или турбулентной диффузии. [c.101]

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОЛЕКУЛЯРНОЙ И ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ [c.145]

Как правило, при описании поля С (X, t) удается пренебрегать эффектами взаимодействия турбулентной и молекулярной диффузии. Тогда [c.107]

Важнейшим параметром для конструктора аппаратов и технолога является. линейная скорость движения взаимодействующих фаз относительно друг друга ю. С возрастанием ю уменьшается толщина ламинарного слоя каждой из фаз на границе их раздела, медленная молекулярная диффузия заменяется быстрой турбулентной, увеличивается поверхность контакта фаз и скорость ее обновления. Наконец, при значительных скоростях начинается взаимное вихревое проникновение фаз, образуется газожидкостная эмульсия, т. е. подвижная пена, в которой поверхность соприкосновения обновляется мгновенно. [c.10]

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]

При вытекании газа из насадки в неподвижный воздух образуется струя, характер которой зависит от того, вытекает ли из насадки ламинарный или турбулентный поток. Если поток ламинарный, то струя из насадки движется, сначала практически не расширяясь, и ее массообмен с окружающим воздухом происходит только путем молекулярной диффузии, т. е. очень медленно. Лишь на некотором расстоянии Н от сопла появляются гребни и завихрения, указывающие на наступление турбулентного состояния, которое постепенно охватывает все сечение факела. По мере увеличения скорости вытекания газа расстояние Н уменьшается (рис. 77 и 78) и становится близким к нулю в области критических значений числа Рейнольдса (для вытекающего потока). Размытые края струи до начала турбулентного состояния (см. рис. 77) указывают на наличие процесса молекулярной диффузии между газом и окружающей воздушной оболочкой, увлекаемой движущимся газом [78]. Взаимодействие [c.145]

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]

Механизм и кинетика переноса вещества определяются капиллярной структурой твердого тела и условиями проведения процесса. Как было показано выше, движущая сила процесса зависит от направления относительного движения взаимодействующих фаз. Механизм и кинетика процесса зависят от структуры потока, обтекающего твердые частицы. Если частицы неподвижны относительно жидкости или обтекаются ламинарным потоком, то в капиллярах жидкость практически неподвижна и перенос вещества в твердом теле происходит по молекулярному механизму (путем молекулярной диффузии). При турбулентном обтекании частиц турбулентные пульсации могут проникать в поры и наряду с молекулярным механизмом переноса действует конвективный механизм. [c.453]

В гомогенных процессах перемешивание выравнивает концентрации в реакционном объеме, усиливает и увеличивает число столкновений реагирующих молекул. В гетерогенных системах перемешивание заменяет медленную молекулярную диффузию, которой определяется суммарная скорость процесса, на более быструю конвективную. При этом в ламинарном сравнительно толстом слое, разделяющем взаимодействующие фазы, возникают участки турбулентности — завихрения. Частицы внутри этого слоя начинают двигаться быстрее, осуществляя перенос массы реагирующих компонентов. [c.64]

Как видно из изложенного, при осуществлении интенсивных способов взаимодействия газов и жидкостей особенно большое значение приобретает турбулентный массо- или теплообмен. Роль вихревой диффузии оказывается значительно большей, чем роль молекулярной диффузии. В связи с этим необходимо еще раз обратиться к вопросу о трактовке механизма и кинетики рассматриваемых процессов. [c.126]

В. Н. Троицкий [35] считает, что процесс перемешивания можно представить как взаимодействие большого числа турбулентных глобул различного размера, на которые распадаются исходные струи газа-носителя и хлорида после их попадания в поток плазмы. Время молекулярного перемешивания будет зависеть от скорости молекулярной диффузии 1 диф в глубь глобулы и размера самой глобулы й [c.215]

Для замыкания системы уравнений (2.1) — (2.28) необходимо знать кинетические коэффициенты 2, , бз, 2 кэ, 2 , коэффициенты молекулярной и турбулентной диффузии D, Ь, , коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи р 1, Рм21 энергии взаимодействия сл, Чт, Чей Ни Чвсть коэффицибнтов обычно определя- [c.154]

V — объем насадки. В системах Г — Ж и Ж — Ж (несмешиваю-щиеся) при сильной турбулизацни определение их истинной поверхности соприкосновения невозможно вследствие взаимного проникновения фаз в виде вихревых струй, пузырьков, капель и пленок. Если действительную поверхность соприкосновения взаимодействующих фаз трудно определить, то при расчетах подставляют в формулу (П.56) условную величину, равную, например, площади сечения аппарата, площади всех его полок, поверхности насадки, омываемой жидкостью, и т. п. Влияние перемешивания на поверхность соприкосновения переносится на константу скорости процесса, которая становится также условной величиной. При этом следует учитывать, что перемешивание фаз для увеличения поверхности соприкосновения может привести одновременно и к возрастанию константы скорости процесса благодаря замене медленной молекулярной диффузии турбулентной диффузией (конвекцией). [c.59]

Массообмен осуществляется путем молекулярной, турбулентной и конвективной диффузии, из которых наиболее медленной является первая. Основное сопротивление массообмена происходит в пограничных слоях у границы раздела фаз. Увеличение массообмена может быть достигнуто повышением относительных скоростей фаз, что ведет к уменьшению толщины пограничного слоя, росту турбулентной и конвективной составляющих переноса вещества, увеличению поверхности контакта взаимодействующих фаз и движущей силы процесса, например, путем повышения коэффициента про-тивоточности или изменения рабочих условий — температуры, давления. Различают два варианта массообмена односторонний (например, при абсорбции компоненты из газовой фазы переходят в жидкую) и двухсторонний (при ректификации). [c.108]

Для частиц, размер которых превышает 0,1 мкм, (р,2)(игь > (Р12)ьголл-Приведенные в зтом разделе выражения для частот столкновения в процессах броуновской, сдвиговой и турбулентной коагуляции получены без учета гидродинамического молекулярного и электростатического взаимодействий частиц. Учет этих взаимодействий значительно осложняет задачу. В частности, в коэффициентах броуновской и турбулентной диффузии необходимо учитывать гидродинамическое сопротивление частицы с учетом искажения поля скоростей, вызванного присутствием соседних частиц, а в уравнении диффузии учитывать конвективный поток за счет сил молекулярного взаимодействия частиц. В случае градиентной коагуляции в ламинарном потоке необходимо рассматривать траектории относительного движения частиц с учетом гидродинамических и молекулярных сил взаимодействия. [c.220]

Учет гидродинамического и молекулярного взаимодействий капель можно сделать так же, как это было ранее сделано для эмульсий в разделе V. При сближении капель под действием турбулентных пульсаций до расстояний, меньших >.0, они испытывают значительное сопротивление окружающей среды, а также силы молекулярного притяжения, которые и обеспечивают столкновение и слияние капель. Если основным механизмом коагуляции капель является механизм турбулентной диффузии, то коэффициент турбулентной диффузии зависргг от коэффициента гидродинамического сопротивления [см. (11.70), (11.72) и (11.74)], а следовательно, и от относительного зазора между сближающимися каплями [c.391]

В процессе горения, так же, как и в других химических процессах, обязательны два этапа создание молекулярного контакта между реагентами и само взаимодействие молекул с образованием продуктов реакции. Скорость превращения исходных продуктов в конечные зависит от скорости смешивания реагентов путем молекулярной и турбулентной диффузии и от скроости химических реакций. В предельном случае характеристики горения могут определяться только скоростью химического взаимодействия, т. е. кинетическими константами и факторами, влияющими на них (кинетический режим горения), или только скоростью диффузии и факторами, влияющими на нее (диффузионный режим горения). [c.7]

Обоснованность уравнения (4.40) для больших времен рассеяния подвергалась сомнению вследствие того, что в действительности между двумя типами рассеяния существует взаимодействие. Бэтчелор и Таунсенд [13] обсуждали эту проблему и пришли к выводу, что общее рассеяние должно быть больше, чем то, которое удалось бы определить, если бы молекулярная и турбулентная диффузия влияли на процесс рассеяния независимо. [c.145]

В результате взаимодействия частиц с турбулентным потоком происходит их хаотическое движение, напоминающее молекулярную диффузию. Как и молекулам, дисперсным частицам свойственно распространяться в сторону убьшания концентрации. Эта аналогия позволяет в инженерной практике с успехом использовать модель молекулярной диффузии для турбулентного переноса частиц. [c.167]

Уитман [98] считал диффузию процессом, играющим главную роль во взаимодействии между фазами, и полагал, что она ограничена молекулярным движением в отдельной фазе и происходит без содействия конвекционных токов. Существование тонкой инертной пленки постулируется на границе любой жидкости и за отсутствием заметного движения перпендикулярно поверхности материал движется через эту пленку лишь вследствие настоящей диффузии. Толщина таких пленок колеблется от 0,001 до 0,5 см. Действительная толщина пленки определяется прежде всего турбулентностью главной массы жидкости, смежной с пленкой, которая в свою очередь является функцией скорости, плот ности и вязкости. Коэфициент (фактор пропорциональности для газа) изменяется в зависимости от константы удельной диффузии. [c.135]

Процессы производства сажи, за исключением термического, состоят в неполном сжигании углеводородов в ламинарном или турбулентном диффузионном пламенах. Хотя условия процессов сожжения различны, интересно с этой точки зрения рассмотреть частный случай, например, реакцию этилена с кислородом, чтобы посмотреть, как и в какой именно части диффузионного пламени образуют радикалы. На рис. 8 показано, что при переходе от углеводородного участка спектра к кислородному в спектре наблюдаются линия углерода, затем минимум, а затем интенсивные линии ОН и Од. Спектр имеет такой вид, как будто углеводород в процессе пиролиза разлагается на углерод и водород настолько далеко от зоны кислорода, что концентрацией молекулярного кислорода можно пренебречь. Однако радикалы ОН проникают в углеводородную зону, а после разложения молекулы углеводорода молекулы На движутся за счет диффузии к молекулам Ог и, вероятно, реакцией На с О2 объясняется максимальная температура в этой точке. Позже было установлено,что наиболее интенсивное излучение молекул воды в инфракрасно11 области спектра наблюдается вблизи области излучения углерода. Предполагается, что слабое излучение Са возникает в результате взаимодействия остатка углеводорода, например СН4, с кислородом, а излучение, отвечающее радикалу СН, — в результате взаимодействия Са с ОН или НаО. Таким образом, разложение молекул углеводородов происходит в той зоне, где нет кислорода,, но имеется небольшая концентрация ОН и избыток На. Водород,, вероятно, реагирует с диффундирующим Оа, а молекулы углерода остаются почти нетронутыми и расходуются лишь в результате реакций с НаО и СОа, образуя СО и На. [c.206]

По мере увеличения степени турбулентности потока жидкости (газа) величина Ор уменьшается и ст1ановится равной нулю при турбулентном движении. При обтекании зерен пористой среды в силу смешения при этом потоков возникает также конвекционное перемешивание. Поэтому даже при малых значениях критерия Рейнольдса к коэффициенту молекулярной диффузии добавляется коэффициент конвективной диффузии . В тех случаях, когда диаметры условных межзерновых каналов становятся соизмеримыми со средним свободным пробегом молекул, обычно учитывают эффекты, обусловленные взаимодействием молекул со стенками каналов. [c.32]

Основной вопрос теории массопередачи заключается в том, что происходит на межфазной поверхности. При этом необходимо не только выявить вид механизма переноса вещества через межфазную поверхность — молекулярный (молекулярная диффузия) или турбулентный (вихревая диффузия), но и выявить всю совокупность взаимодействий микро- и макроэффектов. [c.187]

Согласно распространенной модели квазидиффузионного перемешивания фаз в ПС считается, что на режим полного вытеснения при движении через слой газовой фазы как бы накладывается диффузионное продольное перемешивание отдельных элементов газовой фазы. Причинами такого явления служат перемешивающее взаимодействие движущихся в ПС частиц, отклонение газовых струек между частицами от вертикального направления движения, турбулентные пульсации в собственном потоке газа и т.п. Все эти эффекты формально описываются неким диффузионным механизмом, аналогичным закону молекулярной диффузии Фика /д г =- 0з г8гас1Сг, где /д поток газа вследствие принимаемого [c.532]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология