Конвекция поверхностная самопроизвольная

В работах Н. В. Островского [ИЗ, 114] для определения условий возникновения и развития самопроизвольной поверхностной конвекции использован энергетический подход, основанный на сравнении удельной энергии массопередачи [c.95]

Качественно упрощенная физическая картина развития нестабильности следующая. Пусть в точке 1 концентрация растворенного вещества выше, чем в точке 2 (рис. 4.1), и первоначальное возмущение скорости направлено от точки 1 к точке 2. Если теперь с1а/с1с>0, то поверхностное натяжение в точке 1 выше, чем в точке 2. Поскольку система стремится к состоянию с минимумом свободной энергии, будет наблюдаться сжатие поверхности в точке 1 и расширение в точке 2. Движение поверхности направлено против первоначального возмущения, и возмущение затухает. Если же с1а/с1с<0, то движение поверхности совпадает с первоначальным возмущением и приводит к его усилению. В движение вовлекаются и нижележащие слои жидкости, т. е. можно говорить о развитии самопроизвольной поверхностной конвекции. [c.94]

Однако оказалось, что условие (4.3) описывает возникновение только одного из кинетических режимов самопроизвольной поверхностной конвекции (так называемый режим СПК-1). Различие кинетических режимов объясняется различным характером диссипации энергии для длинных и коротких волн. Возникновение режима СПК-2 определяется условием [c.95]

М. В. Островский показал, что межфазная турбулентность самопроизвольно возникает, если изменение энергии при переходе вещества из одной фазы в другую А превышает свободную энергию межфазной поверхности А п при переходе в нее такого же количества рассматриваемого вещества. Этот вид турбулентного движения назван спонтанной поверхностной конвекцией. Для одного моля вещества величина АЕ., определяется как разность химических потенциалов этого вещества в отдающей и принимающей [c.463]

Одновременно расширяется круг исследований, в которых ставится задача раскрыть механизм явлений, происходящих на границе раздела фаз, в слоях, непосредственно к ней прилегающих, а также в объемах фаз (химические реакции, адсорбция, поверхностная ассоциация, приводящая зачастую к образованию структурно-механических барьеров, самопроизвольная поверхностная конвекция и др.). Все указанные явления существенно влияют на скорость экстракции и на расслаивание эмульсий. Они столь тесно связаны между собой и с процессами переноса, что выделение и изучение какого-либо одного — задача весьма сложная. В тех случаях, когда ее удается решить, исследователь получает информацию, которую не может дать изучение экстракционных равновесий. [c.145]

Роль гидродинамики в момент формирования капли становится значительно более существенной, если основное сопротивление сосредоточено в диспергируемой фазе, В этом случае, как показали расчеты [30], массопередача протекает гораздо интенсивнее при росте капли, чем при ее свободном движении. Таким образом, одна из причин концевого эффекта , по-видимому, все же состоит в более интенсивной массопередаче при диспергировании лимитирующей фазы. Это тем более вероятно, что в ряде систем возможно дополнительное, не учитываемое в расчетах, ускорение массообмена вследствие развития самопроизвольной поверхностной конвекции, интенсивность которой, как известно [58], зависит от движущей силы, а поэтому и от времени контактирования фаз. Данные работы [55] подтверждают это предположение. [c.162]

К сожалению, закон затухания турбулентных пульсаций у свободной границы двух несмешивающихся жидкостей и влияние на него межфазного натяжения и других физико-химических характеристик системы неизвестны [33]. В связи с этим все предложенные для описания массопередачи уравнения [3] носят эмпирический или полуэмпирический характер. С помощью этих уравнений могут быть найдены коэффициенты массоотдачи. Переход к коэффициентам массопередачи можно провести с использованием правила аддитивности фазовых сопротивлений. При этом необходимо учитывать, что обсуждаемые эмпирические уравнения получены на модельных системах в идеализированных условиях, т. е. в отсутствие ряда явлений, с которыми нередко приходится сталкиваться в конкретных условиях при исследовании кинетики. Среди таких явлений следует особо отметить самопроизвольную поверхностную конвекцию [58], возникающую вследствие различий межфазного натяжения на разных участках границы раздела фаз, и поверхностную ассоциацию, приводящую к образованию конденсированных межфазных пленок разнообразной природы [61—65]. Первое явление вызывает ускорение массопередачи и уменьшение зависимости чисел 5Н от чисел Не. Второе, наоборот, приводит к замедлению переноса вследствие ухудшения условий перемешивания у границы раздела и к затруднениям при переходе молекул через блокированную границу. [c.163]

Кинетика реакций изучается методом начальных скоростей [16—18], а также при установившемся режиме движения и массопередачи [19]. В последнем случае возникает задача экспериментального или теоретического учета концевого эффекта, т. е. количества вещества, перенесенного за время формирования капли и ее неустановившегося движения. Экспериментальному методу придается большее значение, чем теоретическому. Последний, как указывалось, имеет слишком большие ограничения. Пока удается описать массопередачу лишь во время медленного роста капель небольшого размера и при отсутствии целого ряда поверхностных процессов (образование СМБ, самопроизвольная поверхностная конвекция). [c.188]

При наличии медленных реакций самопроизвольная конвекция не в состоянии увеличить начальную скорость экстракции, так как последняя определяется кинетикой реакции. Поэтому начальные скорости хорошо воспроизводятся, несмотря а трудность поддержания постоянных гидродинамических условий. Таким образом, информация о химической поверхностной реакции в наибольшей мере сосредоточена в самих концевых эффектах, т. е. на начальных участках кинетических кривых. Исключать из рассмотрения эти участки (как это делается при изучении массообмена в условиях установившегося движения) — значит жертвовать информацией, ради которой ставится эксперимент. Так как различные авторы исключают из рассмотрения участки различной длины, возникает реальная основа для дисперсии результатов. [c.188]

При самопроизвольной поверхностной конвекции в результате турбулизации поверхности и интенсивного массопереноса потоки отрывают от поверхности капли, которые стабилизируются в объеме фазы [43, 441. [c.150]

При быстрой диффузии (при этом необязательно наличие самопроизвольной поверхностной конвекции) переносимое вещество увлекает с собой молекулы растворителя, которые образуют далее капельки эмульсии [45]. [c.150]

Предотвращение самопроизвольной поверхностной конвекции путем введения ПАВ не оказывает влияния на С р. В табл. 111-21 сопоставлены значения С р и скорости массопереноса (d /5dт) при наличии и в отсутствие ПАВ. Существенное изменение скорости переноса практически не влияет на С р. Приведенные факты исключают первый механизм. [c.150]

Аналогичные результаты получены и в опытах при исходной концентрации кислоты 1,73 моль/л. Это позволяет предположить, что в приведенных условиях коэффициенты массопередачи — постоянные величины, но в общем случае необходимо проверять, вызвано ли их изменение не побочными причинами (самопроизвольной поверхностной конвекцией или рассмотренным ошибочным определением концентрации в начале процесса), а сложностью процесса массопередачи с химическими реакциями, когда ана- [c.66]

Несмотря на значительные допущения, модель позволяет достаточно точно предсказать появление нестабильности (и даже режим нестабильности) при физической массопередаче. Об этом свидетельствует, например, ряд экспериментальных исследований [ПО]. Однако в некоторых случаях нестабильность наблюдалась и тогда, когда теория предсказывала устойчивость системы. Возможно, это объясняется наличием тепловых эффектов, ие учитываемых в теории Стернлинга и Скривена. Теоретический анализ самопроизвольной поверхностной конвекции при теплопередаче между фазами выполнен Д. Пирсоном. Линде рассмотрел случай физической массопередачи, при которой граница раздела фаз является источником или приемником тепла найдено, что выделение тепла на границе раздела фаз ведет к стабильности системы, в то время как поглощение тепла — к [c.94]

Физический механизм неустойчивости заключается в следующем. Допустим, что на межфазной поверхности появилась частица менее соленой и более теплой воды, поступившая из глубины (напомним, что соленость поверхностных слоев больше, чем лежащих ниже). Так как поверхностное натяжение в точке появления частицы меньше, чем в соседних точках, то ввиду самопроизвольного уменьшения свободной энергии Гиббса поверхности эта частица будет стремиться уйти от состояния равновесия. Если градиент поверхностного натяжения достаточен для преодоления сил вязкого сопротивления, то в воде возникнут халинная и тепловая конвекции Марангони. Так как конвективная неустойчивость пограничных слоев возникает в результате охлаждения и осолонения, а 8j- > О и > О, то халин-но-капиллярная конвекция должна существовать одновременно с термокапиллярной конвекцией (как и в случае термохалинной гравитационной конвекции). Оба вида конвекции будут взаимно усиливать друг друга. [c.61]

Влнявие самопроизвольной поверхностной конвекции (СПК) и скорости массопереноса на величину Скр [42] [c.152]

Следовательно, приведенный логарифм должен быть линейной функцией времени. Экспериментально при массопередаче пропионовой кислоты (ПК) из четы-лсххлористого углерода в воду было найдено, что в начале процесса в некоторой области концентраций приведенный логарифм является нелинейной функцией времени. Авторы объясняют это увеличением коэффициента массопередачи в результате возникновения самопроизвольной поверхностной конвекции (СПК) — интенсивного движения жидкости, вызванного изменением поверхностного натяжения, неравномерного по всей поверхности раздела фаз, и выделения тепла при протекающей химической реакции. Это явление называют эффектом Марангони [44, 45]. При уменьшении концентрации пропионовой кислоты СПК, по мнению авторов, прекращается. В области СПК коэффициент массопередачи является переменной величиной, что приводит к нарушению линейной зависимости. Интегральную форму уравнения, полученного при постоянном коэффициенте распределения, нельзя использовать для описания процесса с переменным коэффициентом распределения, как это имеет место Для пропионовой кислоты [46]. Поэтому в работе [47] авторы использовали уравнение (1), графически определяя йС /сИ из зависимости Св от времени, и затем вычисляли коэффициент массопередачи. Они нашли, что коэффициент массопередачи в начале [c.34]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология