Konsentratsiyali massa diffuziyasi. Massa oqimi zichligi vektori. Issiqlik va massa almashinuv koeffitsientlarini aniqlash. Fik qonuni
Konsentratsiyali massa diffuziyasi. Massa oqimi zichligi vektori. Issiqlik va massa almashinuv koeffitsientlarini aniqlash. Fik qonuni Kirish I.Asosiy qisim: 1. Konsentratsiyali massa diffuziyasi. 2.Massa oqimi zichligi vektori. 3. Fik qonuni. 4. Issiqlik va massa almashinuv koeffitsientlarini aniqlash. II.Xulosa III. Foydalanilgan manbalar
Kirish Massa almashinuvi massani bir nuqtadan ikkinchisiga o’tkazishni tavsiflaydi va o’tkazuvchanlik hodisasi mavzumizidagi asosiy tushunchalardan biridir . Massa almashinuvi bir fazada yoki ko'p fazali tizimlarda fazalar chegaralarida sodir bo'lishi mumkin. Muhandislik muammolarining aksariyatida massa almashinuvi kamida bitta suyuqlik fazasini (gaz yoki suyuqlik) o'z ichiga oladi, garchi uni qattiq fazali materiallarda ham tasvirlash mumkin. Ko'p hollarda turlarning massa almashinuvi kimyoviy reaktsiyalar bilan birga sodir bo'ladi. Bu shuni anglatadiki, kimyoviy turlarning oqimi hajmli elementda saqlanishi shart emas, chunki kimyoviy turlar bunday elementda ishlab chiqarilishi yoki iste'mol qilinishi mumkin. Kimyoviy reaktsiyalar bunday oqim balanslarida manbalar yoki cho'kmalardir. Massa almashinuvi nazariyasi tizimdagi massa oqimini hisoblash va kimyoviy reaktsiyalar mavjud bo'lganda ham, bunday tizimda vaqt va makon bo'yicha turli turlarning massasini taqsimlash imkonini beradi. Bunday hisob-kitoblarning maqsadi bunday tizimni tushunish va loyihalash yoki boshqarishdir. Massa almashishning differentsial tenglamalari tizimini umumiy shaklda analitik hal qilishning iloji bo'lmagani va soddalashtiruvchi shartlar kiritilganligi sababli, bunday echimlar natijalarning ishonchliligini kafolatlamaydi, aksariyat amaliy masalalar jarayon bo'yicha eksperimental ma'lumotlardan foydalangan holda hal qilinadi. o'xshashlik nazariyasi yordamida qayta ishlanadi.
Massa almashinuvining asosiy qonuniyatlari Massa almashinuvi deganda ma'lum bir komponentning kosmosda ushbu komponentning kimyoviy potentsialining bir xil bo'lmagan maydoniga ega bo'lgan massa almashinuvining o'z-o'zidan qaytarilmas jarayoni tushuniladi. Eng oddiy holatda, kontsentratsiya yoki qisman bosim maydoni bir xil emas, massa uzatish jarayoni esa ma'lum bir yo'nalishga ega. Masalan, harorat va bosim bir xil bo'lgan aralashmada massa almashish (diffuziya) jarayoni tizimdagi konsentratsiyalarni tenglashtirishga qaratilgan. Bunday holda, modda yuqori konsentratsiyali hududdan tashiladi. Diffuziya - bu moddaning molekulyar yoki molyar yo'l bilan o'tkazilishi. Molekulyar diffuziya - mikrozarrachalarning issiqlik harakati tufayli aralashmadagi moddaning o'tishi. Molar uzatish aralashmaning o'zi makromotsiyasi bilan uzviy bog'liqdir, ya'ni. konvektsiya. ommaviy uzatish, molyar diffuziya va moddalarning konvektiv o'tishining birgalikdagi ta'siri tufayli konvektiv massa almashinuvi deyiladi. Massa oqimi - ma'lum bir sirt orqali unga normal yo'nalishda vaqt birligida o'tadigan moddalar miqdori. U I bilan belgilanadi va kg/s bilan o'lchanadi. Massa oqimining zichligi j - sirt birligidan o'tadigan massa oqimi j = di dt . Ommaviy oqim quyidagi sabablarga ko'ra yuzaga keladi: - moddaning konsentratsiyasining notekis taqsimlanishi, deyiladi konsentratsiyaning tarqalishi; - bir xil bo'lmagan harorat maydoni termal diffuziyani keltirib chiqaradi; - bir xil bo'lmagan bosim maydoni barodiffuziyaning paydo bo'lishini aniqlaydi. Agar ikki komponentli aralashmada makro harakat bo'lmasa va harorat va bosim tizimning butun hajmida doimiy bo'lib qolsa, molekulyar diffuziya tufayli komponentlardan birining massa oqimining zichligi Fik qonuni bilan aniqlanadi: bu erda D - diffuziya koeffitsienti, m 2 / s; c i - bu komponentning mahalliy konsentratsiyasi, komponent massasining aralashmaning hajmiga nisbati, kg / m 3 ; - konsentratsiya gradienti (vektor), kg/m 4 . Ko'rib chiqilayotgan holatda harakatlantiruvchi kuch kontsentratsiya gradientidir. Ifodadagi "-" belgisi massa oqimi zichligi konsentratsiyani pasaytirish tomon yo'naltirilganligi va kontsentratsiya gradienti teskari yo'nalishda bo'lishi bilan bog'liq. Fik qonuni natijada konsentratsiyaning tarqalishini tavsiflaydi moddaning asosiy qismini olib yuradi. Moddaning uzatilishi harorat gradienti ta'sirida ham amalga oshiriladi. Moddaning bunday uzatilishi termal diffuziya (Soret effekti) deb ataladi. Kattaroq massaga ega bo'lgan komponentning molekulalari past haroratlar mintaqasiga o'tishga intiladi. Molekulalarning bir xil massalari bilan, keyin kattaroq molekulalar sovuq hududga o'tishga intiladi. Termal diffuziya natijasida kontsentratsiya gradienti paydo bo'ladi.
Konsentratsiya gradienti kontsentratsiya diffuziyasining harakatlantiruvchi kuchi bo'lib, uning kattaligi bu jarayonning intensivligini belgilaydi. Gazlarning kinetik nazariyasidan ma'lumki (va tajribalar buni tasdiqlaydi) D ning qiymati harorat oshishi bilan ortadi va gaz bosimi ortishi bilan kamayadi. Uning qiymati komponentlarning nisbatiga ham bog'liq, ammo bu qaramlik zaif, u juda kamdan-kam hollarda hisobga olinadi. Umuman olganda, D koeffitsienti fizik konstantalar sinfiga tegishli bo'lib, uning qiymatlari eksperimental tarzda aniqlanadi va tegishli ma'lumotnomalarda keltirilgan. Massa kontsentratsiyasiρi aslida berilgan komponentning zichligi. Agar aralashmaning tarkibiy qismlari ideal gaz holatida bo'lsa va ularning har biri uchun holat tenglamasi qo'llaniladi. pi/ρi= RiT , formulani qisman bosim gradienti nuqtai nazaridan yozish mumkin. Bu erda D pi - bosim gradienti bilan bog'liq bo'lgan molekulyar diffuziya koeffitsienti. D pi = D i /R i T va D i = D i /R i T = D i /R 2 T = D ekanligi aniq, bu aralashmaning ikkala komponenti uchun diffuziya koeffitsienti bir xil ekanligini ko'rsatadi. Agar aralashma bir jinsli bo'lmasa va uning turli nuqtalarida uning harorati har xil bo'lsa, u holda termal diffuziya sodir bo'ladi: komponentlardan birining og'irroq va katta molekulalari sovuq hududlarga, ikkinchisining engil va kichik molekulalari issiq hududlarga o'tishga intiladi (bu shunday deyiladi). Soret effekti). Agar aralashmada turli xil bosimli hududlar mavjud bo'lsa, unda og'ir molekulalarga ega bo'lgan komponent yuqori bosim mintaqasiga, boshqa komponent esa pasaytirilgan bosim mintaqasiga kirganda barodiffuziya sodir bo'ladi. Ushbu hodisalarning mexanizmi molekulyar-kinetik nazariya tomonidan ochib berilgan, ammo biz uni chuqur o'rganmaymiz, chunki bu umumiy fizik nazariyaning mavzusi. Umumiy holda, barcha uch turdagi diffuziya mavjud bo'lganda, termal va barodiffuziya ma'lum bir kontsentratsiya gradientini hosil qiladi, bu esa qarama-qarshi yo'naltirilgan konsentratsiyali massa almashinuvini keltirib chiqaradi. Shunday qilib, vaqt o'tishi bilan harorat va bosim gradientlari mavjud bo'lganda ham kontsentratsiya muvozanatini o'rnatish mumkin. Bunday holda, massa oqimining zichligi jarayonning barcha tarkibiy qismlarini hisobga olgan holda aniqlanadi bu erda D t = k t D, D p = k p D - issiqlik va barodiffuziya koeffitsientlari; k t va k p - termal diffuziya va barodiffuziya nisbati. Konvektiv massa uzatishda massa oqimi w tezligi va komponentning zichligi bilan aniqlanadi. ρi
Molekulyar va konvektiv o'tishlar natijasida moddalarning umumiy oqimi bo'ladi Komponentning entalpiyasi massa bilan birga o'tkaziladi bu erda hi - o'ziga xos entalpiya. Bu shuni anglatadiki, massa almashinuvi mavjud bo'lganda, issiqlik oqimining zichligi quyidagi tenglama bilan tavsiflanadi: Bu erda birinchi atama issiqlik o'tkazuvchanligi, ikkinchisi - konvektsiya, uchinchisi - molekulyar diffuziya bilan issiqlik o'tkazuvchanligini hisobga oladi. Massa almashinuvi bizning kundalik hayotimizda muhim ro ’ l o ' ynaydi . Modda almashinuvi - bu biz kundalik ish davomida biz choyga shakar qo'shish, sabzavotli salatga tuz qo'shish, sovutgichdagi suvni havoga bug'lash, nam kiyimlarni quritish va hokazo kabi ko'plab jarayonlarda sodir bo'ladigan hodisa. Massa almashinuvi moddaning bir joydan ikkinchi joyga ko'chishini o'z ichiga oladi. Bu ventilyator yoki kondisioner tufayli yuzaga keladigan havo harakati va bosim farqi yoki nasos tufayli quvur orqali suv oqimi kabi quyma suyuqlik harakatidan farq qiladi. Massa almashinuvida harakat ikki muhit o'rtasidagi moddalar kontsentratsiyasining farqi tufayli yuzaga keladi. Ikki gazni konteynerda ajratuvchi chegara olib tashlangandan keyin aralashtirish 1-rasmda ko'rsatilganidek, konsentratsiyalar farqi hisobiga massa almashinuviga misol bo'ladi. Moddaning konsentratsiyasi moddaning hajm birligiga to'g'ri keladigan miqdorini belgilaydi. Bu miqdor massa yoki molyar asosda bo'lishi mumkin. Muayyan moddaning massa kontsentratsiyasi zichlik deb ataladi va quyidagicha ifodalanadi