Transportverschijnselen (diffusie, thermische geleidbaarheid, viscositeit)




In niet-evenwichtssystemen treden speciale onomkeerbare processen op, overdrachtsverschijnselen genaamd, die resulteren in ruimtelijke overdracht van massa, energie, momentum.

Diffusie is te wijten aan massaoverdracht, thermische geleidbaarheid als gevolg van energieoverdracht en viscositeit als gevolg van momentoverdracht .

Om de onomkeerbare transportprocessen te karakteriseren, worden de parameters van de thermische beweging van moleculen ingevoerd: het gemiddelde aantal botsingen van een molecuul per tijdseenheid en het gemiddelde vrije pad van moleculen .

Het gemiddelde aantal botsingen van een molecuul in 1 s : .

waarbij d de effectieve diameter van de moleculen is, d.w.z. de minimale afstand waarop de middelpunten van twee moleculen elkaar naderen wanneer zij botsen,

- effectieve doorsnede van moleculen, - de concentratie van moleculen

- de rekenkundige gemiddelde snelheid van moleculen.

Het gemiddelde vrije pad van moleculen , Ie gemiddeld pad afgelegd door een molecuul tussen twee opeenvolgende botsingen:

.

Bij het beschouwen van eendimensionale overdrachtverschijnselen, wordt het referentiesysteem zo gekozen dat de x- as in de transportrichting is georiënteerd.

1. Diffusie. Het verschijnsel van diffusie ligt in het feit dat spontane interpenetratie en menging van deeltjes van twee aangrenzende gassen, vloeistoffen en zelfs vaste stoffen optreedt. Diffusie neemt af tot massaoverdracht, ontstaat en gaat door totdat de dichtheidsgradiënt op het grensvlak tussen twee media niet nul is.

Dichtheidsgradiënt >x- as, loodrecht op het contactvlak van twee media, wordt aangeduid als en laat zien hoe snel de dichtheidswaarde verandert van punt naar punt >x- as .

Kwantitatief voldoet het fenomeen van diffusie aan Fick's wet :

.

waarin - massafluxdichtheid, dat wil zeggen de waarde die wordt bepaald door de massa gas die diffundeert over één enkel gebied S per tijdseenheid,

- gasdichtheidsgradiënt in de x- richting, loodrecht op het geselecteerde gebied S ,

D is de diffusiecoëfficiënt .

Het minteken in de bovenstaande formule betekent dat de massaoverdracht plaatsvindt in de richting van afnemende dichtheid.

Volgens de moleculaire kinetische theorie van een ideaal gas is de diffusiecoëfficiënt D : .

waarin - de gemiddelde snelheid van thermische beweging van moleculen,

- de gemiddelde vrije padlengte van de moleculen.

2. Warmtegeleidingsvermogen. Als in één gasgebied de temperatuur hoger is dan in een ander, dan is er, met het verstrijken van de tijd, als gevolg van constante botsingen van moleculen, het proces van egalisatie van gemiddelde kinetische energie van moleculen, dat wil zeggen, het proces van temperatuuregalisatie. Dit proces van energieoverdracht, warmtegeleiding genaamd, vindt plaats en gaat door totdat de temperatuurgradiënt op het grensvlak van de twee delen van het gas niet nul is.


border=0


De temperatuurgradiënt T van het gas >x- as, loodrecht op het vlak van contact van twee delen gas met verschillende temperaturen, wordt aangegeven als en laat zien hoe snel de gastemperatuur verandert van punt naar punt >x- as .

Kwantitatief voldoet de thermische geleidbaarheid aan de wet van Fourier :

.

waarin Wordt de warmtefluxdichtheid bepaald door de energie die wordt overgedragen in de vorm van warmte via een enkel gebied S per tijdseenheid,

- temperatuurgradiënt in de x- richting, loodrecht op het geselecteerde gebied S ,

- thermische geleidingscoëfficiënt .

Het minteken in de bovenstaande formule betekent dat met thermische geleidbaarheid energie wordt overgedragen in de richting van afnemende temperatuur.

Volgens de moleculair-kinetische theorie van een ideaal gas, de thermische geleidbaarheid : .

waarin - specifieke gaswarmte in het isochore proces (de hoeveelheid warmte die nodig is voor isochore verwarming van 1 kg gas per 1 K ),

- gasdichtheid

- de gemiddelde snelheid van thermische beweging van moleculen,

- de gemiddelde vrije padlengte van de moleculen.

3. Viscositeit . Viscositeit is een eigenschap van een vloeistof of gas, als gevolg van interne wrijving tussen opeenvolgende parallelle lagen vloeistof of gas die met verschillende snelheden bewegen. Dientengevolge neemt de impuls van een sneller bewegende laag af en neemt >interne wrijving leidt tot de overdracht van een puls van één bewegende laag van vloeistof of gas naar de andere laag in contact daarmee.



Kwantitatief houdt de interne wrijvingskracht tussen twee contactlagen met vloeistof of gas de wet van Newton op :

.

waarin h de dynamische viscositeitscoëfficiënt is ,

- snelheidsgradiënt, die de snelheid toont van de verandering in de stroomsnelheid van een vloeistof of gas van laag naar laag in de x- richting , loodrecht op de bewegingsrichting van de lagen,

S is het contactgebied tussen de vloeistof- of gaslagen, die worden beïnvloed door de interne wrijvingskracht F.

De wet van Newton voor interne wrijving kan worden weergegeven als:

.

waarin - impulsfluxdichtheid - een waarde bepaald door de impuls die per tijdseenheid wordt overgedragen via een enkel contactgebied S van de vloeistof- of gaslagen in de richting van de x- as , loodrecht op de bewegingsrichting van de lagen vloeistof of gas.

Het minteken in de bovenstaande formule betekent dat de impuls wordt overgebracht van de laag naar de vloeistoflaag (gas) in de richting van afnemende snelheid van hun beweging.

Volgens de moleculair-kinetische theorie van een ideaal gas, wordt de dynamische viscositeit van een ideaal gas h als volgt bepaald:

.

waarin - gasdichtheid

- de gemiddelde snelheid van thermische beweging van moleculen,

- de gemiddelde vrije padlengte van de moleculen.





; Datum toegevoegd: 2014-02-02 ; ; Bekeken: 44616 ; Maakt het gepubliceerde materiaal inbreuk op het auteursrecht? | | Bescherming van persoonlijke gegevens BESTEL WERK


Heeft u niet gevonden waarnaar u op zoek was? Gebruik de zoekopdracht:

De beste uitspraken: voor een student is het be> 9033 - | 6824 - of lees alles ...

Zie ook:

border=0
2019 @ bgvarna.site

Pagina-generatie over: 0.003 sec.