Процессы переноса в пористых средах

Уравнения (1.42) и (1.43) пригодны для описания диффузионного переноса вещества и концентрационного поля в неподвижной изотропной среде при изотермических условиях проведения диффузионного процесса и не могут быть использованы для анализа диф фузионных процессов в пористых средах с изменяющейся в течение процесса температурой. [c.29]

Это обстоятельство делает неметаллические материалы более доступными для среды, что проявляется в более развитой поверхности контакта с ней. Если в металлических конструкциях поверхность контакта со средой, как правило, равна поверхности конструкции (коррозия — это процесс, протекающий главным образом на поверхности металла), то в неметаллических конструкциях, особенно из капиллярно-пористых материалов, реакционная поверхность многократно возрастает. Процесс взаимодействия среды с материалом идет не только на поверхности, но, в основном, в его объеме. Транспортные процессы доставки реагента и отвода продуктов взаимодействия здесь приобретают первостепенное значение. Поэтому возникает необходимость исследовать процессы переноса различных сред в неметаллах, при этом исследователь сталкивается с гетерогенностью системы. [c.12]

Сложная и нерегулярная структура пространства пор обусловливает преимущественно стохастический характер локальных скалярных и векторных полей концентраций, давлений, скоростей и т. д. Локальные величины в пространстве пор подчиняются обычным гомогенным уравнениям переноса, дополненным граничными условиями, при этом они флюктуируют на масштабах порядка масштабов микронеоднородностей среды. Измеряемыми обычно являются макропеременные, получаемые усреднением по пространству элементарного физического объема (э.ф.о.) пористой среды 8т. Под э.ф.о. пористой среды понимается часть пористой среды, размер которой, с одной стороны, много меньше размера исследуемого тела, а с другой стороны, настолько велик, что в нем содержится достаточно большое число структурных элементов, позволяющее применять различные методы осреднения случайных величин. В каждой точке э.ф.о. могут быть определены локальные или микроскопические характеристики как самой среды, так и протекающего в ней физико-химического процесса, например радиус поры, к которой принадлежит данная точка, или концентрация компонентов химической реакции. Микро-характеристики можно усреднить по всем порам, входящим [c.138]

Наиболее традиционным методом описания процессов переноса в пористых средах является квазигомогенное приближение, основанное на замене реальной дисперсной среды сплошной средой с эффективными характеристиками. При этом вводятся эффективные характеристики — коэффициенты переноса тепла и массы в объеме квазиоднородного пористого тела, эффективные константы скоростей реакций, причем гетерогенные реакции формально рассматриваются как гомогенные. При этом учет влияния геометрии поверхностей раздела фаз зачастую достигается применением соответствующей упрощенной геометрической модели строения э.ф.о. среды. Однако квазигомогенное приближение в ряде случаев оказывается недостаточно точным. [c.139]

На первом уровне рассматриваются процессы, протекающие в единичном структурном элементе — поре — с учетом ее реальных геометрических характеристик и их влияния на процессы переноса. Элемент характеризуется коэффициентами переноса, константами скорости химических реакций, адсорбции, энергиями активации, условиями возникновения межфазных границ и т. д., для него должны быть определены внешние условия — температура, давление, концентрации исходных веществ и продуктов и др. В средах с неоднородной пористой структурой, характеризующейся распределением пор по размерам, учитывается также влияние неравномерности распределения размеров пор на характер протекающих в них процессов. [c.141]

На втором уровне иерархии рассматриваются процессы в представительном э.ф.о. пористой среды. Целью рассмотрения процессов в представительном объеме является нахождение средних характеристик (эффективных коэффициентов переноса, эффективных констант скорости химических превраш ений) и их взаимосвязи в зависимости от структурных характеристик пористой среды и значений макропеременных. Получение средних значений характеристик может быть осложнено существенной неоднородностью пористой структуры, характеризуемой в пределах каждого масштаба неоднородности своим дифференциальным распределением пор по размерам. Плотность распределения / (г) определяется так, что произведение / г)йг дает относительное число пор радиусом от г до г + < г. Распределение нормировано [c.142]

Расчетные соотношения для коэффициентов диффузии получены на основе представлений об аналогии этих -процессов в пористых и непористых двухфазных мембранах [6]. Дисперсная фаза в виде кристаллитов и других плотных структурных образований играет ту же роль, что непроницаемый скелет пористой мембраны — на межфазной поверхности возможна сорбция растворенного газа из дисперсионной среды форма и распределение плотных включений в матрице оказывают влияние на скорость переноса массы. [c.80]

После выбора средств фильтрования и определения постоянных в уравнениях, описывающих этот процесс, можно, используя указанные уравнения, рассчитать фильтры. Необходимо отметить, что основные уравнения фильтрования, относящиеся к движению жидкости сквозь пористую среду, являются гидродинамическими аналогами уравнений теплопроводности и электропроводности. При этом, как показывает опыт, точность таких уравнений фильтрования не уступает точности уравнений, описывающих процессы переноса тепла или электричества. [c.21]

Из этого определения следует, что при описании процессов переноса в пористой среде в отсутствие химических превращений (источников) с помощью уравнения [c.473]

Для корректного описания процессов используется понятие элементарного физического объема (э.ф.о.), под которым понимается часть пористой среды, размером много меньше размера исследуемого тела и, одновременно, настолько велик, что в нем содержится достаточно большое число структурных элементов, позволяющее применять различные методы осреднения случайных величин, причем уравнения для макропеременных должны быть получены осреднением локальных уравнений переноса в э.ф.о. [24]. [c.18]

В первых семи главах описаны наиболее простые фундаментальные механизмы процессов, возникающих в стационарных и нестационарных внешних течениях, вызванных переносом тепла и массы. Гл. 8 и 9 характеризуют более высокий уровень сложности, при котором учитывается влияние существенных или аномальных изменений физических свойств жидкости. В гл. 10 рассматривается смешанная конвекция во внешних и внутренних течениях. Гл. 11 и 12 посвящены неустойчивости, переходу и турбулентному переносу во внешних течениях. Гл. 13, в которой изучаются неустойчивые стратифицированные слои жидкости, является подготовительной для гл. 14, где рассматривается перенос в замкнутых и частично замкнутых емкостях. В гл. 15 обсуждаются внешние и внутренние течения в пористой среде. В гл. 16 представлены явления, связанные с поведением неньютоновских жидкостей. Наконец, в гл. 17 собрана информация о центробежных и других силовых полях, о влиянии хаотических воздействий и излучения, а также изучены сопутствующие эффекты и производство энтропии. [c.10]

Во многих случаях исследуемый горизонтальный слой представляет собой пористую среду—например, слой песка или гравия, насыщенный водой. При этом в случае малых значений пористости вязкая сила uV V может быть заменена соответствующей формулой Дарси, что существенно упрощает определяющие уравнения. Результаты расчета процессов переноса в этом случае очень хорошо соответствуют данным измерений [34, 46, 65]. [c.229]

Обоснование представления сложной пористой структуры катализатора в виде сплошной (квазигомогенной) среды позволяет перейти к построению математической модели процесса в пористом зерне катализатора. Рассматриваем процесс при интенсивном внешнем переносе (в этом случае последним можно пренебречь) и сначала проследим основные особенности процесса на зерне катализатора простой формы — в виде пластинки толщиной 2Лд, омываемой с двух противоположных сторон потоком с концентрацией реагента Сц (рис. 4.26). Торцевые стороны пластинки запечатаны , так что реагент проникает внутрь катализатора только через боковые грани площадью каждая. Процесс протекает симметрично относительно плоскости, проходящей в середине между омываемыми гранями (плоскость симметрии показана штрих-пунктирной линией на рис. 4.26). Реагенты диффундируют внутрь пористой пластинки и в ней реагируют, вследствие чего их концентрация уменьшается к центру, как показано в нижней части рис. 4.26. Учитывая симметричность процесса, его математическую модель строим только для одной половины плоского зерна. [c.137]

Аналитическое решение задач, описывающих изменения концентраций ЗВ в пористой среде с учетом процессов десорбции, дисперсии, адвективного переноса, разложения и пр., требует большого количества информации и достаточно сложных компьютерных программ. Так, например, описание продвижения фронта загрязнения в подземных водах опирается на результаты анализа трех основных задач [c.278]

Д. П. Т II м О ф е е в (Институт физической химии АН СССР, Москва). В нашей дискуссии обсуждались главным образом вопросы, связанные с разработкой приближенных методов расчета скоростей сорбционных процессов для практических целей. Это направление работ в области кинетики адсорбции является также важным, как и исследования по выяснению физико-химической природы коэффициентов переноса в пористых средах. В выступлении П. Г. Романкова (стр. 465) обращается внимание на важность кинетических исследований для промышленной адсорбции и на необходимость усиления работ по кинетике адсорбции в неизотермических условиях и по кинетике десорбции. С этим нельзя не согласиться. Хотя такие исследования ведутся, но их объем мал. [c.471]

Многие реакции с участием органических веществ удобно проводить в условиях, когда исходные вещества растворены в различных несмешивающихся жидкостях и процесс связан с переносом растворенного вещества из одной жидкой фазы в другую. Очевидно, что формула (II, 70) для глубины проникновения реакции полностью применима и к таким процессам. В большинстве случаев скорость реакции в одной из фаз гораздо больше, чем в другой (эту фазу называют реакционной). Процесс во многом аналогичен рассмотренным выше реакциям в пористых средах. Здесь также следует различать четыре характерных области. [c.101]

Следует указать на крайне ограниченные возможности создания только что описанного режима переноса вещества. Возникновение градиентов концентрации (плотностей раствора) нарушает равновесие жидкой среды и обусловливает появление конвекционных токов жидкости, что приводит к несоответствию исходных условий вывода с реальным процессом. Более благоприятными для существования описанного режима молекулярного переноса вещества являются условия, при которых вещество диффундирует в пористую среду последняя может служить препятствием для конвективных движений л идкости. [c.55]

Движущей силой процесса переноса вещества из пористого твердого тела в окружающую среду или в противоположном направлении является разность химических потенциалов этого вещества в частице и в окружающей ее жидкости. В практических расчетах движущую силу переноса принято выражать как разность средних концентраций извлекаемого вещества в растворе, находящемся в порах твердого тела, и в окружающей его жидкости. [c.452]

Разность температуры внутри капиллярно-пористых материалов, как правило, не может быть заранее заданной величиной, а является функцией происходящего процесса переноса теплоты и массы внутри частицы и между ее поверхностью и потоком сплощной среды. [c.49]

Следовательно, описание процессов переноса, протекающих в пористых средах, может быть сделано посредством введения понятия эквивалентной гомогенной среды, характеризуемой эффективными параметрами. Как недавно было показано экспериментальными исследованиями СР, эвтектических сплавов систем 2п- Сс1 и 2п—РЬ, это описание является достаточно точным, если только диаметры пор малы по сравнению с характерными длинами процессов [27, 281-В структуре же заэвтектических по цинку сплавов появляются крупные (Ю см) первичные кристаллы цинка, на месте которых после их растворения образуются поры большого диаметра. При таком диаметре пор массоперенос обеспечивается конвективной диффузией, и метод эквивалентной гомогенной диффузионной среды становится непригодным. [c.42]

Процесс конвективной диффузии в трещиновато-пористых средах может быть описан с помощью известной модели, которая строится следующим образом. Считается, что конвективный перенос осуществляется в основном по трещинам. Течением в пористых блоках среды можно пренебречь, однако учитывается диффузионное поглощение вещества из потока, движущегося по трещинам, пористыми блоками. Другими словами, мы имеем здесь дело со с-лучаем, аналогичным схеме внутридиффузионной кинетики адсорбции. [c.232]

Зависимости (1.26) и (1.27) пригодны для описания диффузионного переноса вещества и концентрационного пoлi в неподвижной, изотропной среде. Возможность их применения для анализа диффузионных процессов в пористых средах нуждается в дополнительном обсуждении и исследовании. [c.15]

Все это дает возможность подробнее изучить термодинамические процессы, происходящие в пористой среде коллектора, когда по нему проходит флюид при различных соотношениях составляющих его углеводородов, и ставить вопросы об искусственном регулировании в широких диапазонах эффектов дросселирования жидкости и газа в пласте. Тогда будет можно, с одной стороны, в значительной степени улучшить фильтрационные свойства коллекторов и насыщающих их компонентов жидкости, а значит увеличить и нефтеотдачу пластов и, с другой стороны, благодаря нагреванию движущегося потока провести перенос точек петрации (затвердения) и отложения парафина из глубоких частей лифтовых труб колонны до системы наземных трубопроводов, предотвращая тем самым процесс отложения парафина внутри скважины. [c.11]

По результатам температурных эффектов К. А. 0га-нов сделал подробнейший анализ итогов лабораторных и промысловых исследований в области теплового воздействия на нефтяной пласт [56]. В работе К. А. Огано-ва изложены теоретические представления о процессах происходящих в пористой среде при нагнетании в пласт теплоносителей, нагревании пласта очагом горения и переноса горячей зоны в пласте холодной водой. Рекомендуются условия применения комбинированного метода для пластов, насыщенных легкоподвижной нефтью, и приводится пример проектирования промышленного процесса комбинированного метода теплового воздействия на нефтяной пласт. [c.13]

Модели нулевой размерности или модели псевдопористого пространства. Основное назначение элементов данной модели состоит в качественном описании процессов в единичных порах, а также в тех случаях, когда капиллярная структура, функционирующая как модель, не может быть усложнена каким-либо простым способом для получения протяженного пористого пространства. Сами элементы обычно используются в качестве концеп-ционной формальной модели переноса какого-либо явления. Модель конического капилляра используется для описания капиллярного переноса жидкости к высыхающей поверхности. Модели скрещенных и параллельных с перемычкой капилляров применяются для объяснения кинематического и статического гистерезиса при капиллярном переносе жидкости или захвате замещаемой фазы. Модель порового дуплета или разъезда применяется для выявления гистерезиса при всасывании и.ли впитывании. Модель независимого домена используется для объяснения петли гистерезиса в процессах адсорбции. Используются также и другие модели, описывающие специфические явления в пористых средах с разделенными фазами [23, 31]. [c.131]

На третьей ступени иерархии рассматриваются процессы в макрообъеме пористой среды (например, в объеме зерна катализатора). Используя полученные на предыдущем уровне иерархии зависимости эффективных коэффициентов переноса и констант скорости химических реакций от локальных значений макропеременных, геометрических и топологических характеристик [c.142]

Волков В. И. Исследование гидродинамики и процессов переноса в пористых средах. Канд. дис,— Новосибирск ИТФ СО АН СССР, I960.— 166 с [c.51]

Отличие физико-химического подхода от чисто гидродинамического в том, что гидродинамический рассматривает процессы в пористых телах на базе механики сплошных сред, а физико-химический—на основе представлений о дисперсном состоянии пористых тел, которое и определяет специфику и механизм массообменных процессов [24]. Физико-химический подход базируется на анализе физико-химических и микрогидродинамических процессов переноса газа, жидкостей и их паров в поровом пространстве. Действующее здесь поле поверхностных сил не только изменяет свойства флюида, но и влияет на кинетику массообменных процессов. В свою очередь, зависимость сил, действующих между частицами пористого тела, от состояния флюида приводит к тому, что в ходе процессов переноса может меняться пористая структура. [c.18]

Третье направление находит отражение в двух областях. Во-первых, при дальнейшем развитии метода молекулярных аналогий допустимо в принципе построение для пористых систем, аналогичное статистике Гиббса. Затем, рассматривая статистические ансамбли пористых систем и вводя гамильтониан системы, содержащий вместо энергии ее аналог в виде новых переменных, определяющих собой сохранение массы, можно обычные понятия и теоремы физической статистики перенести и на пористые системы [7, 9]. Второй путь заключается в статистическом описании различных процессов переноса в пористых средах. Это направление ведет начало от классических работ Кирквуда с учениками [10 и в настоящее время развивается многими авторами [11]. Таким путем, не рассматривая подробностей структуры пористых тел, удается статистически вывести и обосновать закон Дарси [2] и дать наиболее общее обоснование эффекта продольной диффузии в зерненом слое. Кинетика процесса мас-сообмена в неоднородной пористой среде неоднократно рассматривалась в форме случайного блуждания в работах Шейдеггера [7] и Гиддингса [12]. Особенностью этого направления является отвлечение от описания структуры пористой системы и анализ процессов в условной неоднородной среде, которая здесь представляется столь сложной, что детали вообще не могут быть рассмотрены. [c.276]

Весьма перспективны для интенсификации процессов переноса вещества в пористых телах механические колебап 1я с частотой ио-рядка нескольких сотен или тысяч герц. Для создания этих колебаний разработаны так называемые роторпо-пульсациопные аппараты. Их устройство схематично показано на рис. V. 21. Рабочим органом аппарата является насаженный на вал ротор /, представляющий собой набор цилиндрических колец с продольными прорезями, и такой же статор 2. Кольца ротора входят в пространство между кольцами статора с небольшим зазором. Обрабатываемая среда подается внутрь ротора, который для создания напора снабжается специальными радиальными лопастями. [c.501]

В связи с этим для каждой разновидностп пор у.местно рассмотреть всевозможные виды транспорта газообразных молекул через различные пористые среды. Данная задача заслуживает самого пристального внимания исследователей, тем более что механизм, по которому осуществляется перенос вещества,— тормоз для многих сорбционных и каталитических процессов. Это объясняется тем, что скорость прохождения молекул через пористую среду вследствие столкновения их со стенками пор и другими молекулами во много раз меньше скорости их поступательного движения. Так, например, в тех случаях, когда длина свободного пробега молекул значительно превышает диаметр пор, транспорт молекул будет иметь характер течения Кнудсена. [c.215]

Почвогрунты являются пористыми средами, через которые проходят потоки почвенных растворов и грунтовых вод. Б естественных условиях, таким образом, имеются условия для протекания процессов динамики сорбции и хроматографии. Впервые на возможность использования теории хроматографии в почвенно-мелиоративных исследованиях обратил внимание Гапон [3]. Эта идея была широко использована в наших работах. Были сформулированы общие теоретические предпосылки в изучении движения веществ в почвогрунтах с помощью радиохроматографического метода [146], в том числе при изучении фильтрации жидкостей в пористых средах вообще, и воды в почвогрунтах, в частности [147—149J. Радиохроматографический метод был использован в изучении динамики сорбции фосфатов в почвах [150—153]. Кроме того, Фокиным подробно исследована кинетика и статика сорбции фосфатов почвами [153—156]. Использование реакций изотопного обмена в статических и динамических условиях открыло широкие возможности в изучении состояния питательных элементов в почвах [157]. Методы изотопного обмена и радиохроматографии использованы Фокиным и соавторами для изучения состояния и переноса железа [158—165], кальция и стронция [162, 165, 166], а также серы [167] в почвах. Гелевая хроматография успешно яспользована для фракционирования почвенных фуль-вокислот [168, 169], в частности для определения их молекулярной массы [170]. [c.85]

Анализ показывает [4], что перенос массы в капиллярно-пористых материалах может происходить за счет более десяти [5] одновременно действующих, взаимосвязанных физических эффектов, среди которых в большинстве случаев основными являются обычное вязкое течение жидкости и пара по капиллярам под действием разности статических давлений, возникающих внутри пористой структуры влажных материалов вследствие локальных процессов испарения жидкой влаги и возможной конденсации паров в точках с меньшей температурой капиллярное течение жидкой фазы, вызываемое силами поверхностного натяжения внутри тонких капилляров переменного сечения специфическое для неизотермических процессов сушки термоградиентное течение жидкой фазы в направлении уменьпгающейся температуры, связанное с сильной зависимостью величины поверхностного натяжения от температуры. Уже только три этих механизма перемещения влаги указывают на то, что непосредственный теоретический анализ нестационарного явления массопереноса по, как правило, непрямым, непрерьтно изменяющим свои форму и сечение каналам, да еще с учетом параллельньгх и взаимосвязанных процессов переноса теплоты практически не представляется возможным. [c.215]

Рассмотрим особенности процессов массопереноса в пористых и непористых мембранах. Существуют как неорганические пористые мембраны, так и полимерные пористые мембраны. Матрицы пористых мембран, применяемых ддя мембранного разделения газов, имеют средние радиусы пор в пределах от 1,5 нм до 200 нм. На ироцессы переноса кошюнептов газа в таких мембранах, оказывают влияние структурные характеристики пористой среды. К их числу относится пористость П, т. е. объемная доля пор, суммарная поверхность всех пор в единице объема пористого тела Sy, средний диаметр пор d. Больщое значение имеет также распределение пор по размерам и степень извилистости каналов. [c.418]

Алиев Р. 3., Романков П. Г., Медведев А. А. Флуктуацгтонно-релаксационная модель пористой среды. Уравнения нестационарного переноса. — В кн. Процессы химической технологии. М.—Л., 1965, с. 147—155. [c.265]