![]() |
|
|
ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ,
перенос вещества в пространстве, обусловленный турбулентным движением среды.
Под турбулентным понимают вихревое движение жидкости или газа, при котором элементы
(частицы) среды совершают неупорядоченные, хаотические движения по сложным траекториям,
а скорость, температура, давление и плотность среды испытывают хаотич. флуктуации. Если в турбулентном потоке
в определенный момент времени множество элементов (частиц) расположено рядом
один с другим, то в послед, моменты времени они рассеиваются по пространству
так, что статистич. расстояние между любыми двумя произвольными частицами с
течением времени возрастает. Проявления этого процесса во многом напоминают
мол. диффузию. В основе описания ТУРБУЛЕНТНОЙ ДИФФУЗИИ
как процесса случайного блуждания частиц среды лежат выражения для среднеквадратичного
смешения частиц где Поскольку ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ и молекулярная
диффузия независимы, общее смещение частицы будет определяться суммой: а общий (виртуальный) коэффициент
диффузии Dt = D1. + D, где D -коэффициент мол.
диффузии. Хаотич.
пульсац. движение жидкости (газа), обусловливающее турбулентный поток вещества,
возникает при высоких чис лах
Рейнольдса (см. Подобия теория). Наличие градиентов осредненной скорости
течения (см. ниже) приводит к заметному ускорению рассеяния частиц вещества по направлению
турбулентного потока. Его плотность выражают в виде вектора: где u", с" - пульсационные составляющие соответственно вектора скорости движения среды и концентрации
переносимого вещества; < > -оператор осреднения функции по времени в рассматриваемой
точке пространства. ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯд. протекает по-разному
в зависимости от масштаба турбулентности. Перенос вещества при маломасштабной турбулентности
описывают по аналогии с мол. диффузией. При крупномасштабной турбулентности
среднее квадратичное смещение частиц с течением времени быстро увеличивается,
причем этот рост обусловлен преимущественно крупными вихрями. Предполагают, что турбулентный перенос вещества в рассматриваемый момент времени в произвольной точке пространства определяется градиентом осредненной концентрации, взятым в той же точке пространства и в тот же момент времени (гипотеза Буссинеска). Так, плотность турбулентного потока массы в направлении к.-л. из осей координат, например *, выражают в виде: где < с > - средняя
по времени концентрация переносимого вещества в рассматриваемой точке пространства;
знак "минус" указывает на уменьшение концентрации в направлении
переноса. Уравнение (4) служит по существу
определением коэффициент пропорциональности Dт. Этот параметр связывает
поток массы при турбулентном режиме течения среды с градиентом осредненной скорости
движения. В настоящее время Dт. не может быть определен чисто теоретич.
путем. Используя соотношения,
аналогичные законам вязкости Ньютона и теплопроводности Фурье (см. Переноса
процессы), вводят коэффициент турбулентной кинематич. вязкости vт
и турбулентной температуропроводности ат (м2/с). Последние
в отличие от выраженных в тех же единицах измерения коэффициент мол. диффузии D, температуропроводности
а и кинематич. вязкости v не являются физических-химический характеристиками
и зависят от параметров осредненного движения среды, а также от положения рассматриваемого
элемента ее объема в потоке. Механизм турбулентного
перемешивания в основные одинаков для внутр. трения, тепло- и массопроводности.
Различие состоит лишь в особых свойствах переносимой пульсац. течением субстанции:
импульса (количества движения), вещества или теплоты. Согласно аналогии Рейнольдса,
коэффициенты ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯ, кинематическая вязкости и температуропроводности равны друг другу:
Dт = Vт=ат.. По аналогии с числами Прандтля
(Pr = v/a)и Шмидта
(Sc = v/D) для мол. диффузии вводят понятие о соответствующих коэффициент
турбулентного переноса: При турбулентном переносе
вблизи твердых поверхностей величины Prт и Scт, на основании
эксперим. данных, несколько отличаются от единицы и обычно находятся в пределах
0,5-1,0. Сказанное свидетельствует о том, что многие сведения относительно DT
B-B (или ат)в первом приближении можно заимствовать
из имеющейся в справочной литературе информации о Vт. Турбулентный перенос вещества
вдали от поверхностей, ограничивающих область движения потока, во много раз превышает
мол. перенос (поэтому перемешивание среды часто осуществляют при турбулентном
режиме течения). Так, для газов коэффициент диффузии D В общем случае выражение
для плотности диффузионного потока в бинарной жидкой или газовой смеси с учетом
мол. и турбулентного механизмов переноса записывают в виде: где V - набла-оператор
(Гамильтона оператор). Знание закономерностей
ТУРБУЛЕНТНАЯ ДИФФУЗИЯд. необходимо при описании химический-технол. процессов, протекающих в потоках жидкости
или газа, в том числе в дисперсных средах. T. д. оказывает влияние на структуру
потоков в аппаратах и вносит свой вклад в продольное и поперечное перемешивание
вещества. Чаще всего продольное перемешивание снижает движущую силу массо-обменных
процессов и ухудшает их показатели. Литература: Mонин А. С., Яглом А. Я., Статистическая гидромеханика, ч. 1-2, M., 1967; Берд Р., Стыоарт В., Л айтфут E., Явления переноса, пер. с англ., M., 1974; Рейнольде А.Дж., Турбулентные течения в инженерных приложениях, M., 1979. В. В. Дильман. Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей |
[каталог] [статьи] [доска объявлений] [обратная связь] |
|
Введение в химию окружающей среды. Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей
среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги
заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в
разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности.
Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и
атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на
химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах.
Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии
университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга
читателей.
Химия и технология редких и рассеянных элементов. Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов
химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии
лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во
второй
части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана,
лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В
третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия,
тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание
уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В
технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика
рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов
производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие
составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по
1972 год включительно.
|
|