Условие проявления и направления процессов переноса
Если система находится в равновесии, то макроскопического переноса субстанции не происходит. Тепловое движение молекул на всем направлении равновероятны.
Равновесию в однофазной (гомогенной) системе соответствует равенство значений макроскопических величин во всех ее точках:
(2.5.)
здесь 
химический потенциал i-го компонента.
Условием равновесия в двухфазной системе является равенство этих величин в фазах:
(2.6.)
Условия гидромеханического, теплового концентрационного равновесия:
гидромеханическое равновесие,
тепловое равновесие,
концентрационное равновесие.
Здесь 
дифференциальный оператор.
Условием проявления процессов переноса является неравновесность системы для отдельных видов субстанций. Направленность процесса переноса определяется самопроизвольным стремлением системы к состоянию равновесия, т.е. к выравниванию скорости, температуры и химических потенциалов компонентов системы. Причем, внутри фазы тепло переносится в направлении понижения Т, импульс – в направлении уменьшения 
, масса – в направлении уменьшения концентрации. Неоднородность указанных величин является необходимыми условиями протекания процессов переноса, их называют движущими силами.
Для того чтобы осуществить процесс, систему необходимо вывести из равновесия, оказывая внешнее воздействие.
|
|
|
Уравнения переноса субстанций.
Рассматриваются локальные уравнения переноса субстанции на макроскопическом уровне. Необходимо получить математическое выражение для потока субстанции (количество субстанции, переносимое за единицу времени, через еденицу поверхности) за счет различных механизмов переноса.
Перенос массы. Молекулярный механизм переноса массы.
Рассмотрим молекулярный перенос массы i-го компонента в гомогенной смеси, который называется молекулярной диффузией. Направленное движение i-го компонента возникает лишь в том случае, если в среде имеется градиент концентрации его молекул 
.Тогда поток массы i-го компонента может быть выражен:
, (2.8)
Здесь Di- коэффициент диффузии. Коэффициент диффузии Di зависит от динамических характеристик молекул (масса, потенциал взаимодействия), а также о давления и температуры системы. Коэффициент диффузии определяется, в основном, экспериментально. Коэффициент диффузии увеличивается с ростом температуры и уменьшения давления.
Знак “-“ свидетельствует о противоположной направленности векторов потока и градиента концентрации. Градиент концентрации направлен в сторону увеличения, а поток вещества – в сторону ее уменьшения.
|
|
|
Для изотермической системы:
(2.9)
Для случая многокомпонентной системы i-го компонента:
(2.10)
Здесь 
матрица коэффициентов многокомпонентной диффузии.
Согласно формуле (2.10), макроскопический поток каждого компонента зависит от градиента концентраций всех компонентов, а 
определяется свойствами компонентов среды.
Для двух компонентной системы вырождается в единственный коэффициент бинарной (взаимной) диффузии. 
и тогда:
(2.11)
Это соотношение называется первым законом Фика.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 292; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!