Основные понятия о процессах переноса

Физические характеристики среды не могут быть выявлены без знания их природы. Основываясь на молекулярно - кинетической теории строения среды, определим наиболее важные характеристики ее.

Когда все параметры вещества равномерно распределены в пространстве, то такое состояние вещества называется равновесным. Если некоторые параметры вещества в исходном состоянии распределены неравномерно, то между соседними элементами вещества произойдет механический или энергетический обмен, который всегда приводит вещество в равновесное состояние, т.е. стремится сгладить имеющиеся в нем неоднородности. Характер взаимодействия смежных частей вещества, в результате которого система приходит в равновесное состояние или, по крайней мере, стремится к нему, зависит от молекулярного строения смежных частей вещества и от физических свойств процессов переноса, зависящих от конкретного параметра, который распределен неравномерно. В рамках изучаемой дисциплины наиболее важными видами процессов переноса характеристик среды, выравнивающихся в пространстве за счет хаотического теплового движения молекул, являются процессы переноса массы, энергии и количества движения. Эти процессы объединяются своим молекулярным характером

Рассмотрим те обстоятельства, которым подчиняются процессы молекулярного переноса характеристик движущейся среды.

Процесс перемещения массы вещества, осуществляемый путем теплового (беспорядочного) движения молекул называется диффузией. Диффузионное перемещение характерно равномерной интенсивностью по всем направлениям пространства.

Перенос массы может осуществляться также передвижением и (или) перемешиванием. Перенос массы передвижением носит название конвективного.

Перенос энергии в пространстве осуществляется носителями энергии. Носителями энергии, помимо элементарных частиц вещества (молекул, атомов, электронов и др.), могут являться также множества раздробленных частиц твердого тела (различные сыпучие массы), множества возмущенных масс в турбулентных потоках жидкостей и газов (турбулентные «моли»). Носителями энергии служат волны упругих колебаний частиц вещества среды или отдельных ансамблей частиц, электромагнитные волны излучения. Эти виды носителей энергии при сохранении волновых свойств могут рассматриваться также как перемещающиеся в пространстве частицы: фононы энергии упругих колебаний, фотоны энергии излучения. Скорость перемещения носителей энергии в пространстве: 10^-1 м/с и ниже (медленные течения вязких жидкостей и газов) – 300 ^. 10⁶ м/с (скорость света). Перенос энергии также может быть диффузным – перенос фотонов излучения в оптически плотных малопрозрачных средах.

Перенос импульса (количества движения) происходит при движении среды, имеющей слои с разными количествами движения. В результате теплового движения молекулы с разными импульсами перемещаются поперек направления движения среды. Такой перенос молекулами жидкости (газа) количества движения из одного слоя движущейся жидкости (газа) в другой создает внутреннее трение, а жидкость, в которой проявляется внутреннее трение, называется вязкой. Очевидно, что при турбулентном движении жидкости хаотически перемещающиеся во всех направлениях комки жидкости (турбулентные моли) также переносят количество движения и являются причиной существования так называемой турбулентной вязкости.

Рассмотрим количественное соотношение между результирующим потоком и неоднородностью рассматриваемой характеристики среды. Очевидно, что явление молекулярного переноса при неравномерном распределении какой-либо характеристики среды в окрестности элемента поверхности приводит к результирующему потоку через элемент поверхности в веществе.

Дата добавления: 2014-01-11