Континуум химический

Волокнистые композиты отличаются от других многофазных материалов прежде всего высокой степенью направленности поверхностей раздела между упрочняющей фазой и окружающей ее матрицей. Еще одно важное отличие некоторых типов композитных материалов — наличие градиента химического состава в направлении, перпендикулярном поверхности раздела. Обычно считают, что это второе отличие, т. е. существование градиента химического состава, неблагоприятно, хотя возможны особые случаи, когда взаимная диффузия компонентов приводит к желательному упрочнению твердого раствора. Для понимания механики поверхностей раздела И их влияния на поведение композита в целом необходимо учитывать, представляет ли композит континуум или дисконтинуум в отношении как механических свойств, так и химического состава. [c.43]

Согласно существующим представлениям, идеальный композитный материал представляет собой совершенный механический континуум (что, как отмечалось выше, обеспечивается совершенством связи между компонентами композита) кроме того, у поверхности раздела должен существовать совершенный химический дисконтинуум. Иными словами, не должна происходить реактивная диффузия элементов, входящих в состав компонентов композита. Причины, по которым предпочтителен идеальный химический дисконтинуум, связаны с существом проблем, возникающих в отсутствие дисконтинуума. [c.46]

Требования механического континуума и химического дисконтинуума выполняются полностью или почти полностью лишь в композитах, компоненты которых являются термодинамически совместимыми материалами. Яркий пример композита такого типа— эвтектический композит, где одна из фаз эвтектической смеси представляет собой компонент с большой твердостью. Термодинамический генезис твердой фазы практически исключает реактивную диффузию между составляющими композита и одновременно обеспечивает механическую непрерывность в направлении, перпендикулярном поверхности раздела. [c.47]

Изотермические двухкомпонентные потоки. Исследования режимов течения двухфазных сред первоначально проводились в связи с нуждами нефтяной и химической промышленностей при малых давлениях и в изотермических условиях. Было установлено, что для вертикальных труб в основе режимов течения лежат четыре основные структуры (рис. 2.1) пузырьковый поток, в котором газовая фаза диспергирована в виде дискретных пузырей в непрерывной жидкости (см. рис. 2.1, а) снарядный режим течения, где большие порции газа (снаряды) периодически чередуются с жидкими пробками, внутри которых существуют мелкие пузыри (см. рис. 2.1, б) кольцевая структура течения, в которой жидкая фаза движется вдоль стенок канала в виде кольцевой пленки, а в ядре потока находится газ, поверхность пленки может быть покрыта сложной системой волн (см. рис. 2.1, в) капельный поток, в котором основная часть жидкости движется в виде дискретных капель в газовом континууме, а на стенке течет тонкая пленка жидкости, расход которой составляет несколько процентов от общего расхода (см. рис. 2.1, г). [c.38]

Настоящая глава, по существу, служит как бы введением в термодинамику реагирующих систем, точнее в энергетический анализ процессов горения, которому посвящена следующая глава. В разд. 2.1 говорилось о том, что в классической термодинамике равновесных процессов вещество рассматривается как некоторый континуум. Однако в данной главе мы увидим, что при изучении химических реакций необходимо учитывать факт существования молекул. Кроме того, при рассмотрении газовых смесей очень удобно ввести новую единицу количества вещества, называемую молем. [c.264]

Рассмотрим химически активную газовую смесь верхней атмосферы, состоящую из N компонентов. Термогидродинамическим параметрам, относящимся к разным компонентам смеси, будем далее присваивать различные индексы, в качестве которых будем использовать буквы греческого алфавита а, Р и у (а,р,у = 1,2,...,7V). Макроскопически смесь будем рассматривать как один континуум с усложненными свойствами, характеризуемый системой переменных состояния, к которым в первую очередь можно отнести среднемассовую плотность р(г,Г), температуру T r,f), термодинамическое давление p r,t) и числовые плотности n r,t) a = , 2,...,N) химических компонентов смеси. Переменные состояния являются функциями времени t и пространственных координат х, у, Z в относительной системе координат, неподвижной относительно планеты. [c.69]

Здесь 2 (г, г), / (/, О - соответственно удельная числовая плотность и полный субстанциональный диффузионный поток химического элемента у в многокомпонентном континууме. Поток / (г, ) включает перенос данного элемента у всеми диффузионными потоками молекулярных, компонентов (содержащих данный элемент среды) важно не смешивать величины 2 г,1), /у(г,Г) с плотностью 2 (г,0 и потоком / (г,г) элемента-компоненты" сорта у. При [c.73]

Разумеется, область справедливости линейного представления (3.12) не является одинаковой для всех неравновесных процессов. Так, перенос тепла за счет теплопроводности практически всегда пропорционален градиенту температуры, в то время как скорость химической реакции пропорциональна величине химического сродства лишь в узкой части около равновесной области. В остальной области применимости модели континуума скорость химической реакции является экспонентой от величины химического сродства. [c.26]

Переходим к формулировке уравнения состояния. Как и в предыдущей лекции, будем рассматривать каждый элемент континуума многокомпонентной химически реагирующей газовой смеси как совокупность п химически чистых подсистем, каждая из которых находится в состоянии локального термодинамического равновесия. Одновременно считается, что равновесие между подсистемами отсутствует концентрация каждой компоненты смеси определяется уравнениями (2.8). [c.41]

Аналогичные теории и представления о прочности поверхности раздела при растяжении и сдвиге были развиты применительно к композитам первого класса. Приведенные Купером и Келли примеры композитов (таких, как медь — вольфрам) подтверждают справедливость выполненного ими анализа поведения систем с металлической матрицей. В системах второго и третьего классов на границе волокно — матрица появляется зона конечной ширины, отличающаяся по свойствам как от матрицы, так и от волокна. Анализ систем второго класса был начат Эбертом и др. [16]. Они использовали дифференциальные методы для оценки влияния диффузии в зоне раздела на механические свойства компонентов. Эта работа является одновременно и первым анализом немодельных систем, хотя она и была ограничена лишь системами с химическим континуумом, т. е. непрерывным изменением состава (см. гл. 2). В системах третьего класса наличие продукта реакции приводит к химическому дисконтинууму — прерывистому измене- [c.19]

Несмотря на благоприятное сочетание механического континуума и химического дисконтинуума, практическое применение ориентированных эвтектических композитов существенно ограничено по ряду обстоятельств. Термодинамика эвтектических n Tenf позволяет варьировать объемную долю упрочнителя лишь в очень узких пределах. Кроме того, выбор материалов матрицы и упрочнителя невелик, а материалы матрицы очень часто обладают большой плотностью. Наконец, процессы изготовления ориентированных материалов часто недопустимо дороги и позволяют получать изделия далеко не любой формы. [c.47]

Были предприняты попытки разработать аналитические методы, позволяющие прогнозировать влияние диффузии через поверхность раздела на механические свойства комшоиентов при этом градиенты состава в химическом континууме по нормали к поверхности раздела аппроксимировали с помощью дифференциальных методов [19]. Хотя развитый в работе [19] метод не является достаточно общим, там убедительно показано, что при наличии химически размытой зоны раздела вне зависимости от того, имеются ли в ней химические соединения или нет, композит превращается в многокомпонентное образование, каждый компонент которого вносит свой вклад в свойства композита. [c.49]

Д. п. по сплошному спектру ( континууму ) основана на определении либо абсолютной локальной интенсивности I (v) в к.-л. точке спектра, либо её относит, распределения в протяжённом участке (обычно в коротковолновой области). Осн. трудность этих методов связана с интерпретацией измеренных интенсивностей, т. к. в плазме могут одновременно действовать неск. механизмов генерации континуума (см. Излучение плазмы). С наибольшей надё/кностью Д. п. (оптически тонкой) проводится в тех условиях, в к-рых излучаемый ею континуум /д (v) представляет собой совокупность тормозного (на ионах) и рекомбинационного (одноэлектронного) континуумов, а сама плазма химически однокомпонентна. В атом случае для спектральных распределений интенсивности в тормозном /т (v) и рекомбинационном /р (v) континуумах имеют аналитические выражения, позволяющие определять Tg (при максвелловском распределении электронов) по наклону зависимости = (/т + р) от v. В случае немаксвелловской формы ф-ции распределения электронов из.мерения (v) позволяют исследовать вид fg (v). По абс. интенсивности континуума может быть найдена затем концентрация п , если известен ионный состав плазмы или эфф. заряд ионов плазмы, [c.607]

Внутренняя структура композитных материалов, особенно природного происхождения, отличается, как правило, сложным иерархическим строением. Структура по — лидисперсных композитных сред представляет собой сложный статистический ансамбль макро— и микроэлементов, различных по своим физико-химическим свойствам, гранулометрическому составу, разнообразных по форме, распределенных в объеме некоторого континуума и взаимодействующих между собой. Данному понятию соответствует структура не только твердых композитов, но и концентрированных дисперсных систем. При этом многие исследователи считают, что особо важную роль в формировании интегральных свойств композитов играет их геометрическое строение, поскольку именно оно определяет в конечном итоге скорость процессов структурооб-разования, характер протекания тепло— и массопереноса, упругопрочностные и проводящие свойства композитов. [c.21]

Наконец, данное преобразование сохраняет все вторичные процессы химической кинетики, следовательно, оно пригодно для моделирования многих явлений, рассмотренных в 34, которые не укладываются в рамки механики континуума. С другой стороны, оно имеет то большое преимущество, что позволяет воспроизводить путем моделирования многие аэротермодинамиче-ские явления, протекающие в верхних слоях атмосферы, при испытаниях на моделях небольших размеров вблизи поверхности земли. [c.149]

Составной частью аэрономики является изучение турбулентных движений газовой среды с усложненными характеристиками, при моделировании которой следует учитывать многокомпонентность и сжимаемость потока, переменность теплофизических свойств, наличие химических реакций и воздействие негравитационных сил. Эти дополнительные эффекты не позволяют, в общем случае, использовать результаты, полученные в рамках традиционного описания течений однородной сжимаемой жидкости (в приближении Буссинеска), применимые в метеорологии. С другой стороны, разработанная полуэмпирическая теория коэффициентов турбулентного обмена для течений в многокомпонентном пограничном слое не может быть в полной мере использована для целей аэрономики, в частности, из-за отсутствия гравитационных эффектов в структуре используемых уравнений. Поэтому, чтобы моделировать подобные среды, необходима разработка новых математических моделей многокомпонентной турбулентности, адекватно описывающих процессы динамики, тепло- и массопереноса и кинетики в химически активном газовом континууме. В силу сложности физикохимической картины турбулентного движения теоретические подходы к решению данной проблемы должны быть по своему характеру полуэмпирическими . [c.6]

Этой проблематике и подчинена предлагаемая читателю монография. Ее основная цель состоит в разработке и обосновании полуэмпирических моделей турбулентности многокомпонентных реагирующих газовых смесей как математической основы описания структуры, динамики и теплового режима тех областей планетной атмосферы, которые формируются под воздействием комплекса аэрономических процессов и турбулентного перемешивания. Сюда относятся развитие макроскопической теории диффузионных процессов молекулярного переноса в газовых смесях в качестве основы описания тепло- и массопереноса в многокомпонентной среде верхней и средней атмосферы построение для многокомпонентного реагирующего газового континуума полуэмпирических моделей крупномасштабной турбулентности, позволяющих, в частности, удовлетворительно описывать турбулентный перенос и влияние турбулизации потока на скорости протекания химических реакций разработка усложненных моделей многокомпонентной турбулентности, включающих, в качестве замыкающих, эволюционные уравнения переноса для одноточечных вторых корреляционных моментов турбулентных пульсаций термогидродинамических параметров, предназначенных для постановки и решения разнообразных аэрономических задач, в [c.6]

Содержание книги можно условно разделить на две части, в первой из которых (главы 1-5) подробно излагаются методы математического описания турбулентных течений многокомпонентных реагирующих газовых смесей, а во второй (главы 6-8) представлены конкретные примеры численного моделирования аэрономических задач. Первая глава, имеющая вводный характер, содержит некоторые общие положения теории турбулентности и обсуждение вопросов специфики природных сред, в которых многокомпонентная турбулентность играет важную роль. Во второй главе рассмотрена феноменологическая теория тепло- и массопереноса в ламинарной многокомпонентной среде и методами термодинамики необратимых процессов, с учетом принципа взаимности Онзагера, выведены определяющие соотношения для термодинамических потоков диффузии и тепла в многокомпонентной смеси газов. Третья глава посвящена построению модели турбулентности многокомпонентного химически активного газового континуума. С использованием средневзвешенного осреднения Фавра получены дифференциальные уравнения баланса вещества, количества движения и энергии (опорный басис модели) для описания среднего движения турбулентной многокомпонентной смеси реагирующих газов, а также дан вывод реологических соотношений для турбулентных потоков диффузии, тепла и тензора рейнольдсовых напряжений. В четвертой главе развита усложненная модель турбулентности многокомпонентного континуума с переменной плотностью, опирающаяся (в ка- [c.7]

Изучение важнейших физико-химических механизмов в условиях турбулентного течения многокомпонентной реагирующей газовой смеси, ответственных за пространственно-временные распределения и вариации определяющих макропараметров (плотности, скорости, температуры, давления, состава и т.п.), особенно эффективно в сочетании с разработкой моделей турбулентности, отражающих наиболее существенные черты происходящих при этом физических явлений. Турбулентное движение в многокомпонентной природной среде отличается от движения несжимаемой однородной жидкости целым рядом особенностей. Это, прежде всего, переменность свойств течения, при которой среднемассовая плотность, различные теплофизические параметры, все коэффициенты переноса и т.п. зависят от температуры, состава и давления среды. Пространственная неоднородность полей температуры, состава и скорости турбулизованно-го континуума приводит к возникновению переноса их свойств турбулентными вихрями (турбулентный тепло- и массоперенос), который для многокомпонентной смеси существенно усложняется. При наличии специфических процессов химического и фотохимического превращения, протекающих в условиях турбулентного перемешивания, происходит дополнительное усложнение модели течения. В геофизических приложениях часто необходимо также учитывать некоторые другие факторы, такие, как влияние планетарного магнитного поля на слабо ионизованную смесь атмосферных газов, влияние излучения на пульсации температуры и турбулентный перенос энергии излучения и т.п. Соответственно, при моделировании, например, состава, динамического и термического состояния разреженных газовых оболочек небесных тел теоретические результаты, полученные в рамках традиционной модели турбулентности однородной сжимаемой жидкости, оказываются неприемлемыми. В связи с этим при математическом описании средних и верхних атмосфер планет возникает проблема разработки адекватной модели турбулентности многокомпонентных химически реагирующих газовых смесей, учитывающей сжимаемость течения, переменность теплофизических свойств среды, тепло- и массообмен и воздействие гравитационного поля и т.п. Эти проблемы рассматриваются в данной части монографии. [c.9]

Вместе с тем, подобное осреднение (одинаковое для всех переменных состояния) в случае многокомпонентного континуума с изменяющейся плотностью р, приводит не только к громоздким гидродинамическим уравнениям среднего движения, что связано с необходимостью удержания в структуре уравнений корреляторов типа р VJ, р У-У , р2 и т. п., но и к затруднениям физической интерпретации каждого отдельного члена осредненных уравнений. Поэтому далее при разработке моделей турбулентности химически активной газовой среды будем использовать, наряду с обычным средним значением некоторой пульсирующей величины A(r,t), так называемое средневзвешенное значение этой величины (среднее по Фавру Фавр, 1969)), задаваемое, например, соотношением [c.117]

Буссинеск, 1977), то обе процедуры осреднения совпадают. В то же время, использование осреднения (3.1.5) для ряда пульсирующих термогидродинамических параметров в случае сжимаемого многокомпонентного газового континуума в значительной степени упрощает запись и анализ осредненных гидродинамических уравнений Ван Мигем, 1977 Маров, Колесниченко, 1987). Кроме того, оно удобно по той причине, что экспериментальные исследования турбулентных течений, проводимые традиционными методами, приводят, по-видимому, к измерению как раз именно этих средних значений (подробнее см., например, Компаниец и др., 1979)). Отметим, что на возможность использования средневзвешенных параметров потока при моделировании турбулентного движения однородной жидкости с переменной плотностью указывалось и ранее Ван Драйст, 1952) позднее подобный подход к описанию многокомпонентных химически активных сплошных сред на основе неравновесной термодинамики был реализован в работе Колесниченко, 1980). [c.118]

Осредненные уравнения сохранения химических элементов. Дифференциальную форму законов сохранения для отдельных химических элементов в осредненом турбулизованном многокомпонентном континууме найдем, исходя из [c.123]

В 3.1 в рамках модели сплошной среды на основе общих законов сохранения получены основные гидродинамические уравнения в частных производных, предназначенные для описания осредненных турбулентных движений газофазных реагирующих смесей. Проблема замыкания этих уравнений сопряжена с дополнительными трудностями. Первая трудность возникает из-за необходимости учитывать сжимаемость химически активного континуума. К сожалению, до последнего времени мало внимания обращалось на течения с большими изменениями массовой плотности. В метеорологии рассматривались конвективные сжимаемые течения исключительно при использовании приближения Буссинеска. В этом приближении изменение плотности учитывается лишь в членах, описывающих влияние ускорения силы тяжести. Однако такой подход абсолютно неприменим, например, к турбулентному дефлаграционному горению, когда в потоке могут возникать многократные изменения плотности. Вторая трудность, на которой мы остановимся подробно в Гл. 4, связана с необходимостью моделирования большого числа дополнительных парных корреляций пульсаций температуры и концентраций, появляющихся при осреднении источниковых членов производства вещества в уравнениях, описывающих изменение состава смеси. Эволюционные уравнения переноса для подобных корреляций в случае сжимаемых реагирующих течений сильно усложняются. [c.136]

Построена усложненная математическая модель турбулентности для многокомпонентного химически активного континуума, позволяющая рассматривать разнообразные геофизические и аэрономические задачи, в которых существенны сжимаемость потока, переменность теплофизических свойств, влияние стратификации среды и вращения планеты. Такая модель включает, в качестве базисных, наряду с гидродинамическими уравнениями для среднего движения смеси, замыкающие эволюционные уравнения переноса для одноточечных вторых моментов пульсирующих термогидродинамических параметров течения. [c.207]

Из (5.1.18), (5.1.25) и (5.1.34) видно, что объемная скорость возникновения полной энтропии а в турбулизованном многокомпонентном химически активном газофазном континууме представляет собой билинейную форму, образованную обобщенными термодинамическими потоками и сопряженными с ними термодинамическими силами, имеющими существенно различную физическую природу. В нее вносят вклад перенос тепла, вещества, импульса, а также химические реакции. Так, производство энтропии <Т >]-А опи- [c.220]

В рамках феноменологической теории турбулентности многокомпонентного химически активного газового континуума рассмотрен термодинамический подход к замыканию гидродинамических уравнений осредненного движения на уровне моделей первого порядка, позволивший найти более общие выражения для турбулентных потоков в многокомпонентной среде, чем те, которые выводятся с использованием понятия пути смешения. Представление турбулизованного континуума в виде термодинамического комплекса, состоящего из двух подсистем - подсистемы среднего движения (осредненного молекулярного и турбулентного хаоса) и подсистемы пульсационного движения (турбулентной надструктуры) дало возможность получить при использовании методов неравновесной термодинамики реологические соотношения для турбулентных потоков диффузии, тепла и количества движения, обобщающие на случай многокомпонентных смесей соответствующие результаты гидродинамики однородной жидкости. [c.233]

Система дифференциальных уравнений модели. При численном моделировании земной гомопаузы будем исходить из системы осредненных гидродинамических уравнений смеси, включающих в себя уравнение неразрывности для континуума в целом (3.2.4) диффузионные уравнения (3.2.5) для отдельных химических компонентов среды, учитывающие аэрономические реакции и процессы молекулярной и турбулентной диффузии реологические соотношения Стефана-Максвелла типа (5.3.23) для осредненных молекулярных диффузионных потоков уравнение для внутренней энергии осредненного турбулизованного континуума (3.1.78) гидростатическое уравнение (3.3.4) и осредненное уравнение состояния для давления (3.2.2). [c.248]

Подавляющее большинство гидродинамических процессов и процессов тепло- и массопереноса, определяющих термогидродинамическое состояние природных объектов, таких как атмосферы и недра звезд и планет, происходят на различных пространственно-временных масштабах (от распространения малых примесей в региональном объеме атмосферы планеты до образования гигантских газо-пылевых туманностей, звездных ассоциаций и галактических скоплений) и носят, как правило, турбулентный характер. Турбулентность приобретает ряд особенностей в условиях, когда газ является многокомпонентным, что обычно имеет место в реальных природных средах. Наиболее исчерпывающе такие особенности проявляются при относительно малой плотности газовой смеси, что характерно, в частности, для разреженных газовых оболочек небесных тел -верхних атмосфер планет, состояние которых дополнительно определяется многочисленными комплексами элементарных процессов, инициируемых солнечным ультрафиолетовым и рентгеновским излучением. Теоретическое описание и моделирование турбулентности многокомпонентного химически активного континуума в приложении к планетным атмосферам, определяемое понятием аэро-номика, носит, таким образом, достаточно общий характер и позволяет составить представления об основных принципах и подходах, используемых при описании широкого класса турбулентных природых сред. [c.312]

В большинстве прикладных задач не удается описать течение газа, используя лишь модель идеального газа. Реальное течение сопровождается физико-химическими процессами, природа которых и методы математического описания существенно усложняются. Система уравнений и граничных условий, приведенная в 1 гл. для многоскоростной, многотемпературной и реагирующей сплошной среды, дает общее представление о сложности задачи описания движения такого континуума в наиболее общем случае. На практике приходится в основном иметь дело именно с такого рода течениями. Однако, несмотря на одновременное протекание различных релаксационных процессов, их удается разделить и изучать независимо, поскольку взаимное влияние по существу невелико. В частности, неравновесное возбуждение или дезактивацию колебательных степеней свободы можно изучить, используя неравновесные значения концентраций различных компонент, полученные в предположении равновесия поступательных и колебательных степеней свободы. Характер неравновесного протекания химических реакций в двухфазной среде лишь в слабой степени зависит от динамического и теплового состояния частиц. В связи с этим в настоящей главе будут раздельно рассмотрены неравновесные физико-химические процессы, которые могут иметь место в соплах, в том числе неравновесное возбуждение колебательных степеней свободы, химические реакции, неравновесные двухфазные течения. [c.190]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...