Dopravní jevy (difúze, tepelná vodivost, viskozita)




V nerovnovážných systémech se objevují speciální nevratné procesy nazývané přenosové jevy , které vedou k prostorovému přenosu hmoty, energie, hybnosti.

Difúze je způsobena přenosem hmoty, tepelnou vodivostí v důsledku přenosu energie a viskozitou v důsledku přenosu hybnosti .

Pro charakterizaci nevratných přenosových procesů se zavádějí parametry tepelného pohybu molekul: průměrný počet kolizí molekuly za jednotku času a střední volnou cestou molekul .

Průměrný počet kolizí molekuly za 1 s : ,

kde d je účinný průměr molekul, tj. minimální vzdálenost, kterou se středy dvou molekul přibližují, když se srazí,

- účinný molekulární průřez, - koncentrace molekul

- aritmetická průměrná rychlost molekul.

Průměrná volná cesta molekul t.j. průměrná cesta projížděná molekulou mezi dvěma po sobě jdoucími kolizemi:

.

Při zvažování jednorozměrných přenosových jevů je referenční systém zvolen tak, že osa x je orientována ve směru přenosu.

1. Difúze. Fenomén difúze spočívá ve skutečnosti, že dojde k spontánní interpenetaci a míchání částic dvou sousedních plynů, kapalin a dokonce i pevných látek. Difúze se snižuje na masový přenos, vzniká a pokračuje, dokud gradient hustoty na rozhraní mezi dvěma médii není nenulový.

Gradient hustoty podél zvolené osy x , kolmé na rovinu styku dvou médií, je označena jako a ukazuje, jak rychle se změní hodnota hustoty z bodu na místo podél osy x.

Kvantitativně se fenomén difúze řídí Fickovým zákonem :

,

kde - hustota hromadného toku, tj. hodnota určená hmotností rozptylujícího plynu přes jednotku oblasti S za jednotku času,

- gradient hustoty plynu ve směru x , kolmo na zvolenou oblast S ,

D je difuzní koeficient .

Znaménko mínus ve výše uvedeném vzorci znamená, že přenos hmoty probíhá ve směru klesající hustoty.

Podle molekulární kinetické teorie ideálního plynu je difúzní koeficient D : ,

kde - průměrná rychlost tepelného pohybu molekul,

- průměrná volná cesta molekul.

2. Tepelná vodivost. Pokud je v jedné plynové oblasti teplota vyšší než v jiné, pak s časovým průběhem, kvůli stálým kolizím molekul, dochází k procesu vyrovnání průměrných kinetických energií molekul, tj. Procesu vyrovnávání teplot. Tento proces přenášení energie, nazvaný teplo vedení , nastane a pokračuje, dokud teplotní gradient na rozhraní dvou částí plynu je nenulový.


border=0


Teplotní gradient T plynu podél zvolené osy x , kolmý na rovinu styku mezi dvěma plynovými částmi, které mají různé teploty, je označen jako a ukazuje, jak rychle se teplota plynu mění z bodu na bod podél osy x.

Kvantitativně, tepelná vodivost splňuje Fourierův zákon :

,

kde Je hustota toku tepla určena energií přenášenou ve formě tepla přes jednu plochu S za jednotku času,

- teplotní gradient ve směru x , kolmý na zvolenou oblast S ,

- koeficient tepelné vodivosti .

Znaménko mínus ve výše uvedeném vzorci znamená, že při tepelné vodivosti se energie přenáší ve směru klesající teploty.

Podle molekulární kinetické teorie ideálního plynu je tepelná vodivost : ,

kde - specifické teplo plynu v isochorickém procesu (množství tepla potřebné pro izochorické zahřívání 1 kg plynu na 1 K ),

- hustota plynu

- průměrná rychlost tepelného pohybu molekul,

- průměrná volná cesta molekul.

3. Viskozita . Viskozita je vlastností kapaliny nebo plynu vlivem vnitřního tření mezi souvislou paralelní vrstvou kapaliny nebo plynu pohybující se různými rychlostmi. V důsledku toho se impulse vrstvy, která se pohybuje rychleji, snižuje a pohybuje se pomaleji, což vede k zpomalení vrstvy, která se pohybuje rychleji a akcelerace vrstvy se pohybuje pomaleji. Jinými slovy, vnitřní tření vede k přenosu impulsu z jedné pohybující se vrstvy kapaliny nebo plynu na druhou vrstvu, která je v kontaktu s ní.



Kvantitativně interní třecí síla mezi dvěma kontaktními vrstvami kapaliny nebo plynu se řídí Newtonovým zákonem :

,

kde h je koeficient dynamické viskozity ,

- rychlostní gradient, ukazující rychlost změny rychlosti proudění kapaliny nebo plynu z vrstvy na vrstvu ve směru x, kolmo ke směru pohybu vrstev,

S je oblast styku mezi vrstvami kapaliny nebo plynu, která jsou ovlivněna vnitřní třecí silou F.

Newtonův zákon pro vnitřní tření může být reprezentován jako:

,

kde - hustota impulzního toku - hodnota určená impulsem přenášeným za jednotku času přes jediný prostor S kontaktu vrstev kapaliny nebo plynu ve směru osy x kolmo ke směru pohybu vrstvy kapaliny nebo plynu.

Znaménko mínus ve výše uvedeném vzorci znamená, že impuls se přenáší z vrstvy na vrstvu kapaliny (plynu) ve směru snižování rychlosti jejího pohybu.

Podle molekulárně-kinetické teorie ideálního plynu se dynamická viskozita ideálního plynu h stanoví takto:

,

kde - hustota plynu

- průměrná rychlost tepelného pohybu molekul,

- průměrná volná cesta molekul.





; Datum přidání: 2014-02-02 ; ; Zobrazení: 41045 ; Obsahuje publikovaný materiál autorská práva? |. | | Ochrana osobních údajů OBJEDNAT PRÁCI


Nenašli jste, co jste hledali? Vyhledávání pomocí:

Nejlepší slova: Co matematika jste, pokud se nemůžete zbavit svého hesla normálně ??? 7512 - |. | 6570 - nebo přečíst všechny ...

Viz též:

border=0
2019 @ edudoc.site

Generování stránek: 0.003 s.