|
|
Эмпирические уравнения явлений переносаПри нарушении равновесия в системе возникают неравновесные процессы. Если равновесие нарушить и предоставить систему самой себе, то возникает процесс релаксации, в результате которого система возвращается в исходное состояние. Если воздействие извне постоянно, то неравновесное состояние сохраняется во времени, возникшие процессы будут стационарны (не зависят процессы от времени). Нарушение равновесия приводит к переносу из одних мест среды в другие вещества, энергии или импульса. Интенсивность процесса характеризуется потоком той же величины. Поток скалярная величина. Плотностью потока физической величины называется ее количество, переносимое в единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению переноса. Выравнивание концентрации примесных молекул в системе называется диффузией. В одномерном случае плотность потока молекул jN вдоль направления z определяется эмпирической формулой, законом Фика (Адольф Фик 1829 – 1901, – немецкий ученый):
где D называется коэффициентомдиффузии, а Аналогично выравнивание температуры в системе сопровождается потоком тепла, плотность которого jq определяется эмпирическим законом теплопроводностиФурье (Жан Батист Жозеф Фурье(1768 – 1830) – французский математик и физик):
где К называется коэффициентомтеплопроводности, а характеризует изменение температуры по направлению z. Процесс, при котором в системе от одного участка к другому передается количество движения (импульс), называется вязкостью. Плотность потока импульса jp определяется эмпирическим уравнением вязкости
где h называется коэффициентомвязкости (или коэффициентомдинамической вязкости), а
где S – площадь соприкосновения слоев. Коэффициенты диффузии, теплопроводностии вязкостиопределяются экспериментально или оцениваются на основании молекулярно-кинетических представлений. Для газов эти оценки приводят к следующим формулам:
где vср – средняя скорость теплового движения молекул
где σ – эффективное сечениестолкновений молекул, d – эффективный диаметрмолекул. Если в системе имеется локальная неоднородность по температуре или по концентрации молекул, то с течением времени она выравнивается. Для оценки характерного размера области, на границах которой температура или концентрация приблизительно в е ≈ 2,7 раз меньше по сравнению с максимальным значением, можно использовать приближенные формулы:
где L диф – смещение молекул при диффузии, Lтепл – характерный размер области изменения температуры, τ – время от начала выравнивания неоднородности, ср – удельнаятеплоемкостьпри постоянном давлении. 3.1.5 Явления переносав жидкостях* В жидкостях, как и в газах, наблюдаются явления диффузии, теплопроводностии вязкости. Однако механизмы явлений переноса в жидкостях иные, Коэффициенты переноса в газах определяются длиной свободного пробега молекул, в жидкостях же расстояние между молекулами порядка размеров самих молекул, поэтому молекулы жидкости могут лишь колебаться в пределах, ограниченных межмолекулярными расстояниями. Тепловое движение молекул жидкости - это-колебание их, сменяющееся скачками, вызванными флуктуациями энергии. При скачках и происходит перенос массы, импульса, энергии. Промежуток времени между двумя скачками τ называют временем "жизни" или временем релаксации. Осуществление скачка из одного равновесного состояния в другое, связано с преодолением некоторого потенциального барьера W. Поэтому время "оседлой" жизни молекулы - это время ожидания флуктуации энергии, достаточной для преодоления барьера W:
Так как
Явления диффузии, вязкостии, теплопроводностив жидкостях описываются теми же законами, что и в газах. Отличие механизма переноса сказывается на значениях коэффициентов переноса и на характере их температурной зависимости.
  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...  ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
, (3.1.18)
характеризует изменение (градиент) концентрации по направлению z.
, (3.1.19)
, (3.1.20)
показывает, как изменяется скорость в направлении z, перпендикулярном направлению движения слоя жидкости или газа. Обмен импульсом приводит к возникновению силы вязкого трения Fтр между соседними слоями жидкости. Ньютоном в 1687 году был установлен основной закон для силы вязкого трения:
, (3.1.21)
, (3.1.22)
,(3.1.23)
, (3.1.24)
, i – число степеней свободымолекулы газа, п – концентрация молекул, р – плотность газа, cV – удельнаятеплоемкостьгаза при постоянном объеме. Среднюю длину свободного пробега молекул газа λ и частоту соударений ν определяют по формулам:
и 
, (3.1.25)
, (3.1.26)
. (3.1.27)
, а 
, то коэффициент диффузиив жидкости равен:
,