химический каталог




ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА, изучает механизм и количественное закономерности процессов переноса вещества, энергии и импульса через межфазную границу в гетерогенных системах, а также при химический и фазовых превращениях на границе раздела фаз. Основными объектами исследования являются подвижные среды - жидкие, газообразные, псевдо-ожиженные - и их физико-химический взаимодействия с ограничивающими твердыми стенками. Процессы переноса, изучаемые ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г., протекают в газо-жидкостных химический реакторах, ректификационных колоннах, абсорберах, скрубберах, отстойниках, кристаллизаторах, электролизерах и др., при сжигании топлива и теплообмене в энергетич. установках, при добыче и обогащении полезных ископаемых на предприятиях нефтяной, газовой и горноперерабатывающей промышлености.

Первоначально ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г. изучала тепло- и массоперенос при конвективном движении среды, сопровождающий прохождение электрич. тока в растворах электролитов, абсорбцию и экстракцию при движении капель, пузырьков газа, твердых частиц и тонких жидких пленок; исследовалось также влияние ПАВ на волновое движение и массоперенос на поверхности жидкости и т. п. В подобных системах вблизи межфазной границы образуется гидродинамич. пограничный слой скорость течения внутри которого постепенно меняется от скорости движения одной фазы (u1) до скорости движения др. фазы (u2). Толщина слоя и картина течения внутри него помимо скоростей u1 и u2 зависят от вязкости и плотности движущихся фаз, типа течения и др. характеристик контактирующих сред. Например, вблизи неподвижной твердой стенки, обтекаемой потоком жидкости, внутри пограничного слоя скорость жидкости постепенно нарастает от нуля у твердой стенки до скорости потока и. Если в жидкости содержится к.-л. активный компонент А, участвующий в гетерогенных превращениях или адсорбирующийся на твердой стенке, концентрация этого компонента меняется от значения CsA на стенке до C*A в потоке, что создает внутри жидкости диффузионный пограничный слой (толщина). Перенос компонента А в диффузионном слое вблизи межфазной границы осуществляется путем конвективной диффузии в поле постепенно ускоряющейся жидкости. Расчет скорости массообмена в описанных условиях составляет одну из типичных задач ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г. заменила феноменологич. теории, использовавшиеся для описания конвективной диффузии и теплопереноса в физических-химический системах, из которых была наиболее распространена "пленочная" теория (модель Нернста), принимавшая существование вблизи твердой стенки слоя неподвижной жидкости. Успехи ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г. связаны в первую очередь с последоват. применением представлений и расчетного аппарата гидродинамики, а также методов теоретич. физики к случаям конвекислотивного тепло- и массопереноса.

Систему уравений ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г. составляют уравения переноса вещества, количества движения и энергии, получаемые на основе баланса перечисленных величин внутри произвольно выбранного элементарного объема среды (см. также Массообмен, Переноса процессы, Теплообмен).

Задачи, решаемые ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г., условно делят на внешние, внутренние и смешанные в зависимости от протяженности фазы, определяющей скорость процесса переноса, и толщины пограничного слоя вблизи межфазной границы, где происходит основные изменение концентрации, температуры или скорости движения среды. Например, расчет массопереноса компонента А к одиночной капле, движущейся в потоке др. жидкости (экстракция), сводится к различные задачам: если лимитирующей стадией является перенос компонента А в окружающем каплю потоке, говорят о внешней задаче. Напротив, если лимитирующей является конвективная диффузия внутри капли, а толщина слоя м. б. соизмерима с радиусом капли r0, задача становится внутренней. Наконец, если скорости переноса А снаружи и внутри капли соизмеримы, расчет массопереноса приводит к смешанной задаче. Внеш. задачи характерны для конвективного тепло- и массопереноса в потоках, обтекающих одиночные твердые тела, капли, пузырьки газа или пара и т. п. Внутр. задачи возникают при расчете гидродинамич. сопротивления, тепло- и массопереноса внутри труб, каналов, пленок и т.д. Смешанные задачи типичны для процессов переноса в насадочных слоях, барбо-терах, фильтрах и пр., где существенно взаимное влияние элементов диспергированной фазы.

Для решения уравений конвективного переноса применяют стандартные методы мат. физики, спец. интегральные методы, методы теории размерностей и подобия. Последние особенно полезны для получения качеств. зависимостей, при масштабном переходе, разработаны численные методы (конечных разностей, граничных элементов и др.) и компьютерное моделирование.

Для получения количественное соотношений, описывающих скорость процессов переноса вблизи межфазной границы, в ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г. используют два подхода: 1) изучают так называемой элементарный акт процесса, а затем проводят статистич. описание множества одновременно протекающих "элементарных актов" в макроскопич. системе; 2) вводят эффективные значения физико-химический параметров системы, усредненных по всей макросистеме или по ее части, и решают уравения переноса для указанных эффективных параметров. При таком подходе оказывается необходимым ввести эффективные значения транспортных свойств среды (вязкости, коэффициент диффузии и трения и др.). Выяснение связи эффективных значений с характеристиками и структурой среды составляет самостоят. задачу. Например, при разработке аппаратуры для химический реакторов и технол. процессов разделения (абсорбции, экстракции, ректификации и др.) широко используют результаты исследования переноса импульса и вещества между потоком жидкости или газа и одиночными дисперсными включениями (твердыми, жидкими или газообразными). Напротив, при описании фильтрования, химический превращений в насадочных и псевдоожижен-ных слоях, токообразования в пористых электродах и т. п. удобно применять эффективные значения скорости потока, гидравлич. сопротивления, вязкости, концентрации, электрич. потенциала и др. параметров.

Полученные в результате расчетов значения скорости мас-со(тепло)переноса, т. е. локальное или среднее значение коэффициент массо(тепло)передачи на межфазной границе, обычно представляют в виде безразмерных величин - локального (Shx =c x/D)или среднего (Sh =l/D) значений числа Шервуда, где c и l соответственно текущее значение координаты на поверхности и характерный линейный размер рассматриваемой системы, D - коэффициент диффузии. В установившемся потоке вязкой жидкости величины Shx и Sh связаны с гидродинамич. параметрами потока (числом Рейнольдса Re) и транспортными свойства-ми среды (числом Шмидта Sc или числом Прандтля Pr) зависимостью степенного вида. Например, в случае конвективной диффузии к поверхности вращающегося диска (одной из классич. задач ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г.) указанная зависимость имеет вид Sh = 0,62Re0,5Sc0,33. При турбулентном режиме течения показатели степени меняются. Исследование зависимости Sh от Sc послужило важным методом изучения структуры турбулентного пограничного слоя и использовалось при расчете теплопередачи в жидкометаллич. теплоносителях. Представленная в виде безразмерных критериев скорость переноса удобна для сопоставления данных, полученных в разных условиях эксперимента. Критериальные зависимости используют при конструировании пром. аппаратов, при осуществлении масштабного перехода от лабораторная к реальным установкам.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА-х. г. изучает также нарушения устойчивости конвективного потока под влиянием тепло- и массопереноса, ускорение процессов обмена под влиянием вторичных- потоков, интенсивный тепло- и массообмен на межфазной границе, процессы переноса в системах, где происходит контакт трех фаз (например, в газовых диффузионных электродах).

Литература: Левич В. Г., Физико-химическая гидродинамика, 2 изд., M., 1959; Кафаров В.В., Основы массопередачи, 2 изд., M., 1972; Берд Р., Стью-арт В., Лайтфут E., Явления переноса, пер. с англ., M., 1974; Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, 3 изд., M., 1987. В. Ю. Филиновский.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
теплоизоляция кровли материалы
светильник эвакуационный гамма1х5,5
скамейка парковая чугунная
оборудование для летнего кинотеатра

Рекомендуемые книги

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.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.08.2017)