Диффузия молекул турбулентный поток

Молекулярная диффузия является переносом вещества в молекулярном состоянии (в виде молекул) вследствие беспорядочного движения молекул. В неподвижной среде и в ламинарном потоке перенос вещества происходит только путем молекулярной диффузии. В турбулентном потоке роль молекулярной диффузии незначительна и ею обычно можно пренебречь, за исключением области вблизи границы потока. [c.93]

Процесс взаимного проникновения молекул одного газа в другой, приводящий к образованию весьма совершенной смеси, будет иметь место как в неподвижных газах, так и в газовых потоках. В первом случае, а также в ламинарных газовых потоках этот процесс протекает за счет молекулярной диффузии. В турбулентных потоках наблюдается так называемая турбулентная или молярная диффузия. Однако и при турбулентной диффузии, приводящей к перемешиванию конечных объемов газа, содержащих миллиарды молекул, процесс полного, т. е. молекулярного, перемешивания заканчивается только за счет молекулярной диффузии. [c.130]

Отношение выражений (V, 39) и (V, 25) дает отношение функций распределения времени пребывания молекул с учетом и без учета радиальной диффузии в турбулентном потоке. Имеем [c.98]

Во-вторых, в результате заполнения колонки сорбентом молекулы газа двигаются не только по оси колонки, но и по многим путям, которые имеют неодинаковую длину скорость потока зависит от размеров пустот между частицами твердого носителя вследствие этих эффектов время пребывания газовых молекул (а также молекул растворенного вещества) в колонке увеличивается в результате происходит размывание полосы, которое зависит от размера частиц сорбента, заполняющего колонку, их формы и способа набивки колонки механизм размывания полосы называется вихревой диффузией по аналогии с вихревой диффузией в турбулентном потоке. [c.47]

Путь смешения Прандтля Ьр является гидродинамической аналогией среднего свободного пробега молекулы в кинетической теории. Поэтому процессы, зависящие от среднего свободного пробега молекул, как например, внутреннее трение жидкости и диффузия, в турбулентном потоке будут зависеть от пути смешения Ьр. Так как путь смешения Ьр с возрастанием турбулентности оказывается значительно большим, чем длина среднего свободного пробега молекул, то тангенциальное напряжение и массообмен в потоке существенно возрастают. При этом коэффициенты молекулярной вязкости и молекулярной диффузии будут ничтожно малыми по сравнению с коэффициентами турбулентной вязкости и турбулентной диффузии. [c.26]

При недостаточной турбулентности потока в реакторах вытеснения возникает разница во времени пребывания реакционной смеси по поперечному сечению аппарата. При ламинарном потоке профиль скоростей по сечению реактора является параболическим с максимумом скорости в вершине параболы, превышающей вдвое среднюю скорость скорость постепенно уменьшается по направлению к стенке, у которой она равна нулю. Несмотря на то что среднее время пребывания смеси в аппарате при параболическом профиле скоростей такое же, как и при равномерном профиле" , степени превращения в обоих случаях неодинаковы. Более продолжительное время пребывания некоторых молекул в реакторе не всегда компенсируется менее продолжительным временем пребывания других молекул. Кроме того, положение усложняется наличием диффузии. Вследствие более длительного времени пребывания у стенок образовавшиеся там продукты реакции обладают сравнительно высокой концентрацией и диффундируют к центру реактора, в то время как исходные веш,ества [c.150]

Коэффициент конвективной диффузии можно определить путем измерения распространения молекул в турбулентном потоке другой жидкости. Плотность жидкостей, которыми пользуются при измерениях, должна быть одинаковой. Расположение входящих молекул по отношению к расположению выходящих определяется по расстояниям вдоль потока л и поперек его у. Коэффициент конвективной диффузии определяется уравнением, имеющим особенное значение для больших расстояний х [c.50]

Турбулентные пульсации, как это отмечалось выше, осуществляют перенос количества движения от одного слоя жидкости к другому. Одновременно с переносом количества движения пульсирующие глобулы осуществляют перенос энтальпии и массы целевого компонента. Перенос вещества турбулентными пульсациями вследствие их статистической беспорядочности аналогичен переносу за счет молекулярной диффузии, обусловленному хаотическим тепловым движением молекул. Наличие градиента концентрации в турбулентном потоке вызывает направленный поток примеси за счет турбулентной диффузии [c.29]

Перенос реагирующих веществ из газового (жидкого) потока на поверхность катализатора зависит от характера движения газа (жидкости) в каналах, образуемых зернами катализатора. При турбулентном движении в объеме газовой (жидкой) фазы благодаря конвекционному перемешиванию происходит выравнивание концентраций. Вблизи поверхности при ламинарном движении слой газа (жидкости) теряет свою подвижность и перенос вещества может осуществляться только исключительно за счет диффузии молекул сквозь приповерхностный слой (I) среды с коэффициентом молекулярной диффузии (О). [c.673]

Перенос молекул реагирующих веществ из газового потока к нар> жной поверхности гранул катализатора зависит от характера движения газа в каналах, образующихся в слое катализатора. При ламинарном движении (критерий Рейнольдса Ке < 60) массоперенос осуществляется по всему потоку только за счет молекулярной диффузии, при турбулентном (Ке > 60) молеку- [c.450]

Кривые продолжительности пребывания молекул в трубчатом реакторе без учета диффузии даны на рис. У-2. Таким образом, при турбулентном потоке без учета диффузии среднее время пребывания значительно ближе к минимальному, чем при ламинарном потоке. [c.94]

Продольная (осевая) диффузия удлиняет или сокращает время-пребывания молекулы в турбулентном потоке в зависимости от направления диффузионных потоков. Изучение этого влияния методами теории вероятностей при некоторых упрощениях приводит к выражению функции распределения [c.98]

Массы пульсирующих глобул потока-носителя и длины нх пробега до потери ими индивидуальности на много порядков превышают массу и длины свободного пробега молекул при их тепловом движении, поэтому, несмотря на относительную малость скоростей пульсационного движения по сравнению со средними скоростями теплового движения молекул, коэффициент турбулентного переноса целевого компонента значительно превосходит коэффициент молекулярной диффузии (2)тб D) и, следовательно, при одинаковых значениях градиентов концентрации величины потоков компонента вследствие турбулентного (/тб) и молекулярного (j) диффузионного переносов имеют аналогичное соотношение /тб. 3> /. Значительная интенсивность турбулентного квазидиффузионного переноса обеспечивает выравнивание концентрации целевого компонента в основном объеме турбулентных потоков. [c.38]

Сравнивая процессы турбулентного и молекулярного переноса, следует заметить, что пульсационная скорость гораздо меньше скорости молекулярного движения, но длина пути смешения намного больше, чем длина свободного пробега молекул. Кроме того, в турбулентном потоке перемешивание осуществляется благодаря пульсационному движению частиц, обладающих значительной массой, поэтому в турбулентном потоке явления переноса протекают значительно интенсивнее, чем явления молекулярного переноса. Турбулентная диффузия совершается значительно интенсивнее молекулярной диффузии, турбулентная теплопроводность значительно больше молекулярной теплопроводности, наконец, касательные напряжения в турбулентном потоке во много раз больше напряжения сил трения при вязком сопротивлении. [c.92]

Чтобы произошла адсорбция, молекула из потока газа должна приблизиться к внешней поверхности зерен адсорбента. Это достигается путем обычной диффузии и перемешивания газа-носителя. Поэтому в общем случае скорость внешнего массообмена зависит как от природы и кинетической энергии молекул адсорбата, так и от режима течения газа в колонке. В ламинарном потоке внешний массообмен осуществляется только благодаря обычной диффузии, тогда как при турбулентном течении происходит принудительное перемешивание газа-носителя. Оценка критерия Рейнольдса для обычных скоростей в заполненных хроматографических колонках показывает, что, по-видимому, в большинстве случаев в газохроматографических колонках мы имеем дело с ламинарным режимом течения газа и, следовательно, внешний массообмен происходит в основном только. благодаря диффузии. Однако в некоторых специальных случаях экспресс-анализов возможно использовать большие скорости с турбулентным характером потока газа в колонке. [c.92]

Величина коэффициента абсорбции зависит от свойств применяемого поглотителя, температуры и условий проведения процесса. Основным условием проведения процесса является скорость газа или, точнее, турбулентность газового потока. Современное представление о механизме процесса абсорбции основано на положении о существовании пограничных слоев, обладающих сопротивлением при переходе (диффузии) молекул растворяемого вещества из газовой фазы в жидкую. [c.169]

В реакторе не всегда компенсируется менее продолжительным временем пребывания других молекул. Кроме того, положение усложняется наличием диффузии. Вследствие более длительного времени пребывания у стенок образовавшиеся там продукты реакции обладают сравнительно высокой концентрацией и диффундируют к центру реактора, в то время как исходные вещества диффундируют к стенке. Таким образом, частично компенсируется недостаточная турбулентность потока. Существование свободной конвекции также благоприятствует приближению к потоку с равномерным профилем скорости. [c.146]

Кривые продолжительности пребывания молекул в трубчатом реакторе без учета диффузии даны на рис. У-2. Ранее для ламинарного режима было получено То = б/ ср. = 2. Таким образом, при турбулентном потоке без учета диффузии среднее время пребывания значительно ближе к минимальному, чем при ламинарном потоке. [c.112]

Турбулентный действительный поток, как уже отмечено, мысленно разлагается на стационарный поток со скоростью ю, усредненный по времени от истинных значений скоростей потока, и пульса-ционный поток. Обозначим его скорость по направлению потока через и нормальную к нему скорость через V . Наличие пульсаций обусловливает интенсивный перенос вещества, характеризуемый понятием турбулентной диффузии. Можно провести аналогию между турбулентным течением и хаотическим движением газовых молекул. Тогда длина смешения I будет соответствовать длине свободного пробега молекул, а скорость пульсации — средней скорости газовых молекул. Турбулентная диффузия отличается от ламинарной тем, что эффективный коэффициент диффузии меняется с расстоянием от стенки. Среднее передвижение вихря до его распада (длина смешения I) практически постоянно в центре ядра потока, но около стенок становится пропорциональным расстоянию у от стенки. По аналогии с кинетической теорией газов можно написать, что средняя составляющая вихря, нормальная к стенке, равна [c.114]

Быстрое рассеяние, или диффузия, частичек пыли, дыма или молекул в турбулентном потоке — это одна из наиболее типичных черт турбулентности. Поскольку явление рассеяния частиц столь очевидно связано с природой турбулентности, его изучали очень интенсивно на протяжении многих лет, и накопленная по данному вопросу литература весьма обширна. Обзор, который приведен ниже, будет ограничен описанием в общих чертах существующей теории диффузии в однородном турбулентном потоке без возникающего вследствие градиента скорости сдвига (как в центральной области аэродинамической трубы), а также некоторыми обнаруженными экспериментально характеристиками процесса диффузии в потоках со сдвигом в трубах и каналах. [c.130]

В настоящей главе основное внимание уделяется молекулярной диффузии, поскольку считается, что именно благодаря ей реагирующие молекулы движутся через среду вблизи границы раздела фаз. Однако хорошо известен еще один механизм, и, возможно, он оказывает значительное влияние на коэффициенты массоотдачи. Данный механизм сводится к переносу материала за счет турбулентной диффузии, при которой происходит случайное перемещение молекул вследствие образования небольших завихрений среды, состоящей из таких молекул, а также перемещение отдельных молекул. Как установлено в главе 4, скорости подобных процессов лишь слабо зависят от коэффициентов молекулярной диффузии. Этот подход совсем ие похож на тот, который использован Данквертсом в модели обновления поверхности, хотя оба они представляют собой способ описания случайного перемещения среды около поверхности. В случае модели Данквертса завихрения остаются неизменными, пока они находятся вблизи поверхности и абсорбируют газ, который постепенно распространяется в завихрения благодаря молекулярной диффузии. Все же, если пограничная область образована средой, которая характеризуется наличием очень небольших отдельно существующих турбулентных потоков, то турбулентная диффузия может сильно сказываться на процессе массообмена возле поверхности. Здесь участки среды не будут находиться в покое б течение времени, достаточного для эффективного протекания молекулярной диффузии. [c.368]

Эффективная внешняя диффузия молекул А и В из ядра потока газов к поверхности зерна (см. стр. 56). 11ри этом коэффициент эффективной диффузии слагается из коэффициентов нормальной молекулярной диффузии О и турбулентной (конвективной) диффузии [10]. В кипящем слое вследствие сильного перемешивания превалирует Для данной степени перемешивания 0 определяется экспериментально О вычисляется по формуле (11.36 а) или другими способами. [c.68]

Необходимые условия корректности Д. п. м. 1) значит, превышение концентрации атмосферного реагента над концентрацией реагента, вводимого в зону р-ции 2) достаточно малая линейная скорость потока вводимого реагента, обеспечивающая практически во всей зоне р-ции диффузионный массоперенос 3) для термометрич. варианта-отсутствие хим. и неконтролируемых физ. возмущений в зоне р-ции ти введении в нее датчика т-ры. ДИФФУЗИОФОРЕЗ, см. Электроповерхностные явления. ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio-распространение, растекание, рассеивание), перенос частиц разной природы, обусловленный хаотич. тепловым движением молекул (атомов) в одно-или многокомпонентных газовых либо конденсир. средах. Такой перенос осуществляется при иаличии градиента концентрации частиц или при его отсутствии в последнем случае процесс наз. самодиффузией (см. ниже). Различают Д. коллоидных частиц (т. наз. броуновская Д), в твердых телах, молекулярную, нейтронов, носителей заряда в полупроводниках и др. о переносе частиц в движущейся с определенной скоростью среде (конвективная Д ) см. Массообмен, Переноса процессы, о Д. частиц в турбулентных потоках см. Турбулентная диффузия. Все указанные виды Д. описываются одними и теми же феноменологич соотношениями. [c.102]

МАССООБМЕН, необратимый перенос массы компонента смеси в пределах одной или неск. фаз. Осуществляется в результате хаотич. движения молекул (мол. диффузия), макроскопич. движения всей среды (конвективный перенос), а в турбулентных потоках-также в результате хаотич. движения вихрей разл. размера. М. включает массоотдачу (перенос в-ва от границы раздела в глубь фазы) имассопе-редачу (перенос в-ва из одной фазы в другую через пов-сть раздела фаз). Различают эквимолярный М. (напр., ректификация), при к-ром через пов-сть раздела фаз в противоположных направлениях переносится одинаковое кол-во компонентов, и веэквимолярный (напр., абсорбция). [c.653]

Свойства данного турбулентного потока в среднем остаются неизменными. Для того чтобы охарактеризовать эти свойства, были предложены различные модели явления. Наиболее известной из них является модель турбулентной среды, предложенная Прандтлем. По аналогии с теорией движения молекул, где коэффициент дуффузии О принимается равным трети произведения длины пути свободного пробега молекул X на среднюю скорость молекул с, турбулентный перенос в модели Прандтля условно характеризуется средним по времени коэффициентом турбулентного обмена е = = /ш, где / — масштаб (или путь) турбулентности т — пульсацион-ная скорость, равная разности между мгновенной скоростью и средней по времени скоростью потока или частицы. Размерность коэффициента турбулентного обмена та же, что и размерность коэффициентов диффузии, температуропроводности и кинематической вязкости, т. е. м /с. В статистических теориях турбулентности для характеристики структуры поля турбулентного потока используются статистические соотношения (корреляции) между различными составляющими скорости. [c.30]

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]

В турбулентных потоках имеет место так называемый турбулентьпяй перенос массы растворенного компонента, осуществляемый вместе с хаотически перемещающимися и пульсирующими малыми объемами вещества потока. При интенсивной турбулентности такой перенос может обладать значительной интенсивностью и приводить к практически полному выравниванию концентрации растворенного компонента в ядре турбулентного потока. Турбулентный перенос фактически является конвективным переносом, но некоторая аналогия хаотического движения молекул и малых объемов вещества в турбулентном потоке позволяет формально записать вектор турбулентного переноса компонента аналогично закону молекулярной диффузии (5.2.1.1) [c.268]

В работе Тейлора [27] подробно рассмотрена диффузия вещества в ламинарном потоке, проходящем по прямой трубке Поскольку диффузия молекул вещества в жидкости в этих условиях происходит весьма медленно, необходимы очень узкие трубки В результате исследователи начали обдумывать возможность изменения характера ламинарного потока в открытой капиллярной колонке В частности, были исследованы характеристики колонки с турбулентным потоком [28], с потоком, разделенным воздушными перемычками [29, 30], спиральные колонки [31 ] и колонки, изготовленные из де рми-рованных или волнообразных трубок [32], а также электроос-мотический поток [33] Все эти способы позволили уменьшить размывание полосы неудерживаемого компонента, однако размывание полос удерживаемых компонентов было больше расчетного Среди последних работ в области капиллярной ЖХ большая часть посвящена исследованию колонок с каналами очень малого диаметра [34 - 38] [c.60]

Различают два случая ламинарный (рис. У-1,а) и турбулентный (рис. -1,6) режимы. При ламинарном режиме, если не учитывать продольной и поперечной диффузии, профиль скоростей дает параболу. При турбулентном режиме в этих же условиях профиль скоростей изображен на рис. У-1,б. Различные части потока имеют при этом разное время пребывания поэтому, изучая реактор, рассматривают совокупность продолжительностей реакции, дающую некоторую кривую распределеиня. Продольная и поперечная диффузии молекул в движущемся потоке искажают профиль скоростей и их следует учитывать, [c.86]

При больших скоростях и малых вязкостях жидкости характер течения становится совершенно иным подкрашенная струйка жидкости энергично размешивается как в поперечном, так и в продольном направлениях, так что на небольшом расстоянии от точки ввода красителя поток основной жидкости оказывается практически равномерно окрашенным. Такой характер течения называют турбулентным режимом, в котором энергичное перемешивание вещества потока происходит за счет хаотически перемешивающихся в потоке объемчиков (глобул) вещества потока. Строго говоря, размывание красителя происходит и в ламинарном потоке за счет диффузии молекул красителя, но такое диффузионное перемешивание происходит с относительно малой интенсивностью по сравнению с очень мощным турбулентным перемешиванием. [c.36]

Показано [191], что в случае ламинарного течения и быстрой гибели атомов на стенках цилиндрического реактора профиль скорости газового потока достаточно хорошо аппроксимируется теоретически предсказываемой параболой. В результате влияния различных эффектов, таких, как радиальная диффузия и турбулентность, возникающая из-за наличия в потоке препятствий типа входных сопел, параболический профиль скорости трансформируется в прямоугольный, при котором отсутствует градиент скоростей молекул газа по радиусу. Пурье и Карр [186] рассмотрели критерии выполнимости модели одномерного течения. Дополнительные отклонения от одномерного течения могут быть обусловлены пуазейлевскими градиентами давления и градиентами концентрации вдоль трубки, которые могут привести к заметной обратной диффузии атомов. Влияние первого эффекта минимально при низких линейных скоростях ы, а второго— при высоких й. Таким образом, существует оптимальное значение й, но его не всегда можно использовать из-за кинетических ограничений, накладываемых свойствами исследуемой химической системы [7а, 185]. [c.301]

Для простоты рассмотрение течения газа в порисгом теле следует начать с изучения течения в единичном капилляре. Недостаток такого подхода к решению задачи — в представлении физической картины течения газа в пористом теле как течения в среде, состоящей из независимых капилляров. Это представление неточно. Неточно" и другое приближение, состоящее в рассмотрении пористой среды как набора шариков. Последний метод был использован в работе [14], где рассмотрено лобовое сопротивление одиночного шарика в системе, состоящей из множества подобных шариков. Как будет указано ниже, этот прием целесообразно использовать при изучении турбулентного потока в пористой среде. В работах [15, 16] получены интересные результаты по диффузии бинарной смеси газов в пористой среде, причем среда рассматривается как состоящая из больших неподвижных молекул. Подобная трактовка была распространена на диффузию многокомпонентной смеси газов [17, 18], и все же в качестве исходной гипотезы в настоящем обсуждении сохраняется теория течения в капиллярах но читатель должен остерегаться слишком общего использования следствий, вытекающих из этой гипотезы. Мы будем предполагать течение изотермическим и пренебрегать краевыми эффектами. Эти эффекты при диффузии через одиночный капилляр рассмотрены в [19] отметим, что краевые эффекты обычно не играют большой роли при изучении течения в пористой среде. Движение газов через пористую среду под действием температурных градиентов описано в [20]. [c.81]

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]

Перемешивание путем турбулентной диффузии. Диффузия, нроисходя-п ая во время беспорядочно) о движения нри турбулентных пульсациях скорости, весьма аналогична диффузии, возникающей в молекулярном масштабе, или броуновскому движению малых частиц, взвешенных в жидкости или газе. Основная разница заключается в том, что молекулярная диффузия рассматривается состоящей из перемещений, внезапно прерываемых соударениями с другой молекулой, тогда как нуть малого объема газа в турбулентном потоке является непрерывным, несмотря на беспорядочное движение. Теория диффузии нри непрерывных перемещениях была рассмотрена Тэйлором [14, 15]. Он показал, что диффузия в изотропном турбулентном потоке может быть описана следующим уравнением [c.350]

Диффузия в газах. Явление переноса массы вещества атомами, молекулами или потоками газа называется диффузией. В неподвижной среде перенос массы осуществляется только за счет атомов и молекул. Такая диффузия называется молекулярной. В движущейся среде перенос массы осуществляется в основном потоками — ламинарным и турбулентным. Такая диффузия называется конвективной. Если конвекция происходит под действием разности концентраций, то она называется свободной. Конвекция, происходящая под действием внещней силы, называется вынужденной. Процесс диффузии, не изменяющийся во времени, называется стационарным. Если процесс диффузии изменяется во времени, то он называется нестационарньш. Практическое значение имеет диффузия газов в конденсированных состояниях (жидком или твердом) или диффузия к поверхности раздела. Поэтому важно знать законы ди( узии в количественной форме. [c.206]