Dopravné fenomény (difúzia, tepelná vodivosť, viskozita)




V nerovnovážnych systémoch sa vyskytujú špeciálne ireverzibilné procesy, nazývané transferové javy , ktoré vedú k priestorovému prenosu hmoty, energie, hybnosti.

Difúzia je spôsobená prenosom hmôt, tepelnou vodivosťou spôsobenou prenosom energie a viskozitou v dôsledku prenosu hybnosti .

Na charakterizáciu ireverzibilných procesov prenosu sa zavádzajú parametre tepelného pohybu molekúl: priemerný počet kolízií molekuly na jednotku času a stredná voľná cesta molekúl ,

Priemerný počet kolízií molekuly za 1 s : ,

kde d je účinný priemer molekúl, t.j. minimálna vzdialenosť, ktorou sa stredy dvoch molekúl približujú, keď sa zrazia,

- účinný molekulový prierez, - koncentrácia molekúl

- aritmetická priemerná rýchlosť molekúl.

Stredná voľná cesta molekúl , tj priemerná cesta prejdená molekulou medzi dvoma po sebe nasledujúcimi kolíziami:

,

Pri zvažovaní jednorozmerných prenosových javov sa referenčný systém zvolí tak, že os x bude orientovaná v smere prenosu.

1. Difúzia. Fenomén difúzie spočíva v tom, že dochádza k spontánnemu interpenetrácii a miešaniu častíc dvoch susediacich plynov, kvapalín a dokonca tuhých častíc. Difúzia znižuje prenos hmoty, vzniká a pokračuje, kým gradient hustoty na rozhraní medzi dvomi médiami nie je nulový.

Gradient hustoty pozdĺž zvolenej osi x , kolmo na rovinu dotyku dvoch médií, je označená ako a ukazuje, ako rýchlo sa mení hodnota hustoty z bodu na miesto pozdĺž osi x.

Kvantitatívne sa fenomén difúzie riadi Fickovým zákonom :

,

kde - hustota hromadného toku, to znamená hodnota určená hmotnosťou rozptylujúceho plynu cez jednu plochu S za jednotku času,

- gradient hustoty plynu v smere x , kolmo na zvolenú oblasť S ,

D je difúzny koeficient .

Značka mínus vo vyššie uvedenom vzorci znamená, že prenos hmoty prebieha v smere klesajúcej hustoty.

Podľa molekulárnej kinetickej teórie ideálneho plynu je difúzny koeficient D : ,

kde - priemerná miera tepelného pohybu molekúl,

- priemerná voľná cesta molekúl.

2. Tepelná vodivosť. Ak je v jednej oblasti plynu vyššia teplota ako v inej oblasti, potom v priebehu času dochádza v dôsledku konštantných kolízií molekúl k procesu vyrovnávania priemerných kinetických energií molekúl, to znamená procesu vyrovnávania teploty. Tento proces prenosu energie, nazývaný vedenie tepla , nastane a pokračuje, kým teplotný gradient na rozhraní dvoch častí plynu nie je nulový.


border=0


Teplotný gradient T plynu pozdĺž zvolenej osi x , kolmý na rovinu kontaktu medzi dvomi plynovými časťami s rôznymi teplotami, je označený ako a ukazuje, ako rýchlo sa teplota plynu mení z bodu na bod pozdĺž osi x.

Kvantitatívne sa tepelná vodivosť riadi Fourierovým zákonom :

,

kde Je hustota tepelného toku určená energiou prenášanou vo forme tepla cez jednu plochu S na jednotku času,

- teplotný gradient v smere x , kolmo na zvolenú oblasť S ,

- koeficient tepelnej vodivosti .

Značka mínus vo vyššie uvedenom vzorci znamená, že pri tepelnej vodivosti sa energia prenáša v smere klesajúcej teploty.

Podľa molekulárnej kinetickej teórie ideálneho plynu je tepelná vodivosť : ,

kde - špecifické teplo plynu v izokorickom procese (množstvo tepla požadované na izochorické zahrievanie 1 kg plynu na 1 K ),

- hustota plynu

- priemerná miera tepelného pohybu molekúl,

- priemerná voľná cesta molekúl.

3. Viskozita . Viskozita je vlastnosťou kvapaliny alebo plynu v dôsledku vnútorného trenia medzi súvislými rovnobežnými vrstvami kvapaliny alebo plynu, pohybujúcich sa rôznymi rýchlosťami. V dôsledku toho sa impulz rýchlejšej vrstvy znižuje a pomaly sa zvyšuje pohyb, čo vedie k spomaleniu rýchlejšieho pohybu vrstvy a zrýchleniu pohybu vrstvy pomalšie. Inými slovami, vnútorné trenie vedie k prenosu impulzu z jednej pohybujúcej sa vrstvy kvapaliny alebo plynu do druhej vrstvy, ktorá je v kontakte s ním.



Kvantitatívne sa vnútorná trecia sila medzi dvoma kontaktnými vrstvami kvapaliny alebo plynu riadi Newtonovým zákonom :

,

kde h je koeficient dynamickej viskozity ,

- rýchlostný gradient, ukazujúci rýchlosť zmeny rýchlosti prietoku kvapaliny alebo plynu z vrstvy na vrstvu v smere x, kolmú na smer pohybu vrstiev,

S je oblasť kontaktu medzi kvapalnými alebo plynovými vrstvami, ktoré sú ovplyvnené vnútornou trecou silou F.

Newtonov zákon o vnútornom trení môže byť reprezentovaný ako:

,

kde - hustota impulzného toku - hodnota určená impulzom prenášaným za jednotku času cez jedinú oblasť S dotyku kvapalných alebo plynových vrstiev v smere osi x kolmú na smer pohybu kvapalných alebo plynových vrstiev.

Značka mínus vo vyššie uvedenom vzorci znamená, že impulz sa prenáša z vrstvy na vrstvu kvapaliny (plynu) v smere klesajúcej rýchlosti ich pohybu.

Podľa molekulovo-kinetickej teórie ideálneho plynu sa dynamická viskozita ideálneho plynu h stanovuje takto:

,

kde - hustota plynu

- priemerná miera tepelného pohybu molekúl,

- priemerná voľná cesta molekúl.





; Dátum pridania: 2014-02-02 ; ; Počet zobrazení: 40,854 ; Obsahuje publikovaný materiál porušenie autorských práv? | | Ochrana osobných údajov OBJEDNAŤ PRÁCU


Nenašli ste to, čo ste hľadali? Použite vyhľadávanie:

Najlepšie povedané: Odovzdanie relácie a ochrana diplomu - strašná nespavosť, ktorá sa potom javí ako strašný sen. 7761 - | 6436 - alebo prečítajte všetky ...

Pozri tiež:

border=0
2019 @ edudocs.pro

Generovanie stránky za: 0.003 s.