Термодинамика явлений переноса

ТЕРМОДИНАМИКА ЯВЛЕНИЙ ПЕРЕНОСА [c.24]

Параметры подобия. Рассматриваемые в термодинамике процессы могут быть сопряжены не только с изменением термических параметров, но и с изменением таких свойств вещества, как вязкость, теплопроводность, диффузия и т. д., существенно влияющих на поле скоростей в потоке вещества или на распределение температур и концентраций, а в конечном счете и на интенсивность процессов переноса импульса, теплоты, вещества. Относительная величина, а следовательно, и влияние различных явлений переноса характеризуется безразмерными параметрами, называемыми критериями или параметрами подобия. [c.215]

Кроме того, введение в выражение для или Т( вторых и более высокого порядка производных от скорости по координате не отвечает схеме зависимостей, устанавливаемых термодинамикой необратимых процессов для явлений переноса, согласно которой, как это было подробно выяснено в гл. X, плотность потока импульса должна выражаться через градиент скорости. [c.396]

Уравнение Гиббса (1-1-4) совместно с теоремой Онзагера (1-1-3) является основой для выбора потоков и термодинамических сил. Для удобства их применения в разнообразных явлениях переноса произведем некоторые преобразования. Уравнение Гиббса, отображающее второй закон термодинамики, напишем для удельных величин энтропии, внутренней энергии, объема и концентрации (5 = 5/.М, ы = 17/М, v = V M, [c.8]

Явления конвективно-диффузионного переноса рассматриваются в книге с позиций термодинамики необратимых процессов и нелинейной термомеханики сплошных сред. Во втором издании автор значительное место уделил асимметричной гидродинамике, имея в виду, что ряд химических материалов представляет собой типичные реологические среды, для которых классические уравнения переноса неприменимы. Закономерности, основанные на нелинейных законах переноса с учетом памяти (системы с наследственностью), более точно описывают явления переноса в таких средах. [c.3]

Дальнейшим развитием термодинамики необратимых процессов является нелинейная термодинамика сплошных сред, созданная работами К. Трусделла и его последователей [Л.1-8—1-10]. В ней рассматриваются явления переноса для любых материальных сред с нелинейными законами. [c.27]

В настоящее время существуют три феноменологические теории явлений переноса в сплошной среде 1) термодинамика необратимых процессов (ТНП) [c.72]

Распространение малых возмущений в двухфазной среде сопровождается комплексом значительно отличающихся физических процессов, описание которых является задачей различных разделов физики 1) термодинамики (термодинамические процессы в волновом фронте, термодинамические циклы, приводящие к диссипации энергии, и т.д.) 2) газовой кинетики (фазовые превращения, явления переноса, явления релаксации и др.) 3) общей теории волн (дифракция, интерференция, отражение, преломление и т. д.) 4) акустики (распространение малых возмущений, явления резонанса) [c.80]

Взаимосвязь между явлениями молекулярного переноса непосредственно следует из физической сущности этих явлений. Аналитическое описание явлений переноса в их взаимосвязи возможно на основе методов термодинамики необратимых процессов, которая была создана голландскими и бельгийскими физиками (Онзагер, де Гроот, Пригожин). [c.24]

Применение термодинамики необратимых процессов к явлениям переноса позволяет не только уточнить существующие способы расчета тепло- и массообмена, но и получить принципиально новые решения ряда проблемных вопросов современной техники. [c.24]

К сожалению, необходимо отметить, что в целом в представленных работах мало используются методы термодинамики необратимых процессов, которые дают наиболее общий и глубокий подход к макроскопическому описанию явлений переноса. На этом пути, особенно учитывая новейшее развитие методов термодинамики необратимых процессов, могут быть получены существенно новые научные результаты, интерпретация многих физических явлений и эффективные способы расчета различных технических устройств. [c.4]

Статистическая механика дает динамическую основу для вывода законов термодинамики. Она обеспечивает также метод получения уравнения состояния в явном виде и термодинамических функций системы, которые выражаются в конечном итоге через атомную структуру рассматриваемой системы. В этой главе будем рассматривать в основном статистическую механику идеальных газов включая некоторые обобщения. Принимаемое в наших рассуждениях допущение о идеальности газов применимо для большинства приложений в гидродинамике сжимаемых сред ц при рассмотрении явлений переноса. [c.196]

Термодинамика в отличие от молекулярной физики изучает макроскопические свойства тела или системы тел и процессы их взаимодействия, не интересуясь микроскопической картиной. Это обстоятельство имеет особо важное значение при исследовании переноса влаги в капиллярнопористых телах, где молекулярная картина необычайно сложна. В то же время применение термодинамических методов не означает отказ от молекулярно-кинетического метода. Термодинамика и молекулярно-кинетическая теория должны взаимно дополнять друг друга, один и тот же опытный материал должен служить предметом комплексного анализа. Перенос влаги неотделим от переноса тепла, и явления тепломассопереноса необходимо рассматривать в их неразрывной связи. Поэтому вполне естественным является применение к массопереносу тех методов и той системы понятий, которые с успехом применяются в явлениях переноса тепла. [c.383]

Введение. В гл. 4—8 мы будем подробно рассматривать течение реагирующей газовой смеси в пограничном слое. Прежде чем углубляться в эту сложную проблему, кажется разумным проанализировать некоторые ее аспекты, связанные с газовой динамикой, термодинамикой, химическими реакциями, пользуясь упрощенными и до некоторой степени даже иллюстративными методами, сохраняя, однако, существенные черты явлений. С этой точки зрения в настоящей главе рассматриваются явления переноса массы, оплавления и испарения поверхности и поведения твердого материала под воздействием интенсивных потоков тепла. [c.59]

Однако лучше оба эти уравнения переноса вывести в общем виде из термодинамики необратимых процессов и, исходя из них, рассмотреть различные явления переноса (кинетические явления). 0 мы сделаем в следующих параграфах. Появляющиеся при этом кинетические коэффициенты мы тогда сможем вычислить количественно, с помощью результатов, полученных в следующих параграфах, и сравнить с результатами эксперимента. Это и будет составлять содержание заключительной части Г этой главы. [c.218]

Книга представляет собой первую попытку изложения основных положений термодинамики необратимых процессов в форме тематически подобранных задач с решениями и указаниями. В нее включено более ста задач по общим и специальным вопросам линейной и нелинейной термодинамики необратимых процессов, по вопросам, охватывающим щирокий круг явлений переноса энергии, массы и импульса в термодинамических системах, осложненных фазовыми превращениями, вязким и пластическим движением среды, диссипацией энергии в газах и плазме, релаксационными явлениями и химическими реакциями в магнитном поле. [c.2]

В настоящее время как часть курса Термодинамика и статистическая физика он включен в учебные программы университетов. Наряду с этим он широко используется в ряде специальных дисциплин в теории переноса, механике сплошной среды, физике твердого тела, биофизике и других. Имеется уже обширная литература по термодинамике необратимых процессов, посвященная изложению ее феноменологических и статистических основ. Вместе с тем при изучении и активном овладевании термодинамикой необратимых процессов ее теоретическая схема лучше всего раскрывается в решениях конкретных термодинамических задач, когда наглядно проявляется одно из основных достоинств аппарата этого раздела теоретической физики — возможность изучения явлений в их взаимной связи. Поэтому настоящая книга была задумана с целью иллюстрации методов термодинамики необратимых процессов на основе тематически подобранных задач. Для этого в книгу включено более ста задач по общим и специальным вопросам линейной и нелинейной термодинамики необратимых процессов, а также по вопросам, охватывающим широкий круг явлений переноса энергии, массы и импульса в термодинамических системах, осложненных фазовыми превращениями, вязким и пластическим движением среды, диссипацией энергии в газах и плазме, релаксационными явлениями и химическими реакциями в магнитном поле. Книга содержит много оригинальных задач, возникших в связи с недавними исследованиями в различных областях физики. Большинство задач, и среди них задачи проблемного характера, даны с решениями, остальные приводятся с указаниями и ответами. К ряду задач даются комментарии, поясняющие историю и значимость соот- [c.4]

Для системы, описанной в задаче 46, провести с позиций линейной термодинамики совместный анализ явлений переноса заряда и массы, полагая, что электрохимический потенциал системы есть 1] = - - где д — заряд единицы массы вещества, (р — электрический потенциал. [c.65]

Данная глава не охватывает всего круга даже макроскопических явлений, характерных для термодинамических систем. Это связано прежде всего с двумя взятыми нами на себя офаничениями а) используемые для описания состояния системы параметры, являясь средними значениями, не флуктуируют б) мы отказались от описания явлений, в которых присутствуют различного характера потоки. Этот общий дефект квазистатического подхода будет частично преодолен в томе 3, гл. 1, 4 (там мы установим естественную связь теории термодинамической устойчивости, рассмотренной в 6, с теорией флуктуаций, рассмотрим вытекающий из П-2 начала термодинамики вопрос о направленности процессов, происходящих в термодинамических системах, 6 макроскопических явлениях переноса и т.д.). [c.144]

Исходные положения полуфеноменологической теории явлений переноса были изложены в 1 (квазистатическая теория) и в 3 (квазистационарная реакция системы на возмущение, спектральные представления и т. д.), в этих же параграфах содержалось и основное обсуждение основных моментов теории. Мы не раз отмечали, что теория имеет откровенно полуфеноменологический характер, при этом приставка полу- отмечает то обстоятельство, что в нашем рассмотрении мы используем не только основные положения макроскопической термодинамики, но и самые обшие представления о характере реакции системы, в частности принцип причинности, запрещающий системе в своей реакции предвосхищать изменение действующего на нее возмущения. [c.234]

Заканчивая обсуждение некоторых вопросов статистического обоснования неравновесной термодинамики, добавлю, что подобное, обсуждение можно также провести, используя кинетическую теорию газов малой плотности. Оказывается, что в так называемом первом приближении Энскога, соответствующем линейным явлениям переноса, также можно обосновать законы термодинамики необратимых процессов. [c.212]

Во-первых,—единообразный подход к решению задач кинетики. Автор основывается на вариационном методе решения кинетического уравнения, справедливо отмечая, что другие аналитические методы эффективны лишь в применении к более или менее упрощенным моделям. К сожалению, вариационный метод не всегда пользуется тем вниманием, которого он заслуживает. В связи с этим особый интерес для теоретиков может представить гл. VII, посвященная общей теории явлений переноса. В ней, в частности, выявляется связь вариационного метода с основными принципами термодинамики необратимых процессов. [c.5]

Одним из важнейших применений линейной термодинамики необратимых процессов является построение теории термоэлектрических явлений, которые всегда связаны с необратимым переносом тепла. Экспериментально известны три термоэлектрических явления в изотропных телах. [c.22]

Аналоговое моделирование — это Моделирование, основанное на аналогии (в более точных терминах — изоморфизме) явлений, имеющих различную физическую природу, но описываемых одинаковыми математическими уравнениями. Примером может служить аналогия процесса передачи теплоты теплопроводностью и процесса переноса электрического заряда в электропроводной среде и то и другое явления описываются одним и тем же дифференциальным уравнением. Аналоговое моделирование осуществляется обычно на аналоговых вычислительных машинах (АВМ). Методика изучения тепловых явлений (в основном теплопроводности) в учебных лабораториях на аналоговых моделях изложена в [48]. В учебных лабораториях термодинамики аналоговое моделирование пока не испоЛь-зуется. [c.239]

В природе и в промышленных установках протекают процессы обмена различных объектов энергией и массой (иногда применяют вместо термина обмен — перенос). Самым распространенным явлением тепло-и массопереноса в природе является испарение воды в океанах, протекающее за счет солнечной энергии химическое вещество Н2О покидает жидкую фазу (воду океана) и поступает в газообразную (воздух). Процесс сушки сырых материалов является типичным примером тепло- и мас-сообмена в промышленных процессах. Удаление влаги осуществляют в сушильных установках в результате теплообмена материала с горячим воздухом или горячей газо-воздушной смесью и при этом тепло- и массообмен протекают совместно. Тепло- и массообмен может происходить не только в физических процессах, по часто сопровождается и химическими реакциями. Процесс горения и газификации твердого топлива в промышленных топках и газогенераторах является примером тепло-и массообмена в таких устройствах. Процессы тепло- и массообмена сложны по своей природе, они связаны с движением вещества — конвективной (молярной) и молекулярной диффузией и определяются законами аэродинамики и газодинамики, термодинамики, передачи энергии в форме тепла, передачи лучистой энергии и превращением ее в теплоту и наоборот. [c.133]

Расчет неравновесных потоков представляет достаточно сложную задачу, так как требует совместного решения уравнений газодинамики, термодинамики и кинетики релаксационных процессов. По этой причине при рассмотрении неравновесных явлений часто ограничиваются случаем одномерного стационарного течения идеально-газовой смеси. Обычно не учитывают вязкость, теплопроводность и диффузию. Процессы внутреннего переноса у стенки каналов исследуют обычно в приближении пограничного слоя, полагая при этом, что роль пограничного слоя сводится к уменьшению поперечного сечения канала. Методы расчета пограничного слоя при наличии химических реакций изложены в работах [368—373]. [c.119]

Авторы приносят благодарнюсть проф. С. Р. де-Грооту за полезную дискуссию по некоторым принципиальным вопросам термодинамики явлений переноса. [c.4]

Предлагаемая вниманию читателей мшопрафия посвящена аналитической теории тепло- и массопереноса в неподвижных средах и дисперсных системах. Для того чтобы решения системы дифференциальных уравнений тепло- и массопереноса могли быть использованы в других процессах переноса, все они даны в критериальных соотношениях с использованием методов теории подобия (теория обобщенных переменных). Таким образом, монография по сути дела является аналитической теорией термодинамики неравновесных состояний. Поскольку Л итера1тура по термодинамике необратимых процессов крайне бедна, то пер1вая глава монографии посвящена основным сведениям из термодинамики явлений тепло- и массопереноса. [c.4]

В основе терм один амики явлений переноса лежат два фундаментальных закона природы закон сохранения массы и закон сохранения и превращения энергии, а также принцип возрастания энтропии (второй закон класоической термодинамики) последний является основой теоремы Онзагера. [c.7]

Средства классической термодинамики далеко еще не исчерпаны с точки зрения нахождения новых зависимостей. Первым шагом в этом направлении является создание правильной физической картины, осно вываясь на которой путем последовательного исключения начальных ограничивающих условий (ограничения в отношении структуры и фор мы материала, физических условий, системы теплопередачи и т. д.) мож но открыть дорогу к новым исследованиям. Если, кроме этого, распрост раним наше изучение и на физику взаимодействия происходящих в ма териале явлений переноса, то придем к методам термодинамики необ ратимых процессов, при. помощи которых получим возмож1ность обобщенного математического формулирования нестациона рных явлений переноса. [c.14]

Бдльшая часть динамических функций, встречающихся в термодинамике или в теории явлений переноса, зависит от потенциала взаимодействия, в, следовательно, имеет конечный радиус Действия порядка Ьс. Благодаря этому область интегрирования фактически обрезается на этом расстоянии Таким образом, среднее отлично от нуля лишь тогда, когда объем корреляций лежит внутри эффективной области интегрирования (фиг. 18.5.4). Как только t становится много больше Тс, волна корреляции выходит из зтой области, В и pf более не перекрываются и интеграл практически [c.241]

Однако теоретическое рассмотрение явлений переноса в металлических сплавах [69—71] с точки зрения термодинамики необратимых процессов сущесувенно поколебало правомочность выводов о знаке заряда частиц водорода на основании миграции под действием электрического поля к положительному или отрицательному полюсу. Только при отсутствии взаимодействия между частицами мигрирующего комлонента и носителями заряда в металле (электронами и электронными дырками) эффект переноса будет определяться зарядом частиц [c.20]

Последовательное рассмотрение процессов упругого деформирования и теплопроводности в их взаимосвязи возможно только на основе термодинамических соображений. Томсон (1855) впервые применил основные законы термодинамики для изучения свойств упругого тела. Ряд исследователей [Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшиц (1953) и др.] с помощью методов классической термодинамики получили связанные уравнения термоупругости. Однако в рамках классической термодинамики строгий анализ справедлив лишь для изотермического и адиабатического обратимых процессов деформирования. Реальный процесс деформирования, неразрывно связанный с необратимым процессом теплопроводности, является в общем случае также необратимым. Термодинамика необратимых процессов, разработанная в последние годы, позволила более строго поставить задачу о необратимом процессе деформирования и дать единую трактовку механических и тепловых процессов, нашедшую отражение в работах Био (1956), Чедвика (1960), Боли и Уэйнера (1960) и др. В связи с этим более четко определилась теория термоупругости, обобщающая классическую теорию упругости и теорию теплопроводности. Она охватывает следующие явления перенос тепла теплопроводностью в теле при стационарном и нестационарном теплообмене между ним и внешней средой термоупругие напряжения, вызванные градиентами температуры динамические эффекты при резко нестационарных процессах нагрева и, в частности, термоупругие колебания тонкостенных конструкций при тепловом ударе термомеханические эффекты, обусловленные взаимодействием полей де( юрмации и температуры. [c.6]

Нет сомнений, что поиск новых концепций совершенно необходим. Уже сам факт существования сильновзаимодействующих ансамблей дефектов, наличие крупномасштабных массоперемещений и участие поворотных каналов в явлениях переноса придают кристаллу новые качества. Так, вследствие появления дисклинационных компонент в континууме дефектов резко изменяется характер их взаимодействия. Возникают эффекты дальнодействия и кривизны, изменяется асимптотика полей микронапряжений. Необходимость соблюдения условий сплошности во фрагментированных объектах приводит к самосогласованному перемещению отдельных частей кристалла, инициирует мощные повороты вещества, вызывает специфические явления локализации и делокализации деформации. При определенных обстоятельствах самосогласованное перемещение элементов среды вообще осуществляется через новые каналы массопереноса (например, за счет потери ориентационной устойчивости или возникновения турбулентностей) или необычной реакции деформируемого кристалла на внешние воздействия (когда возникает структурный отклик, охватывающий сразу большие объемы материала). Это заставляет обращаться к изучению проблемы в рамках представлений нелинейной термодинамики из-за совершенно очевидной тен- [c.4]

Явления, характеризующиеся общностью закономерностей протекающих процессов по переносу массы, количества движения и энергии, получили название явлений переноса. Явления переноса в газах изучаются с помощью кинетической теории газов, кинематического уравнения Больцмана, в металлах - с помощью кинетической энергии электронов в металле, а переноса энергии в непроводящих кристаллах - с помощью кинетического уравнения для фононов решетки. Общую фемено-логическую теорию явлений переноса, применимую к произвольной системе (газообразной, жидкой или твердой), дает термодинамика необратимых процессов. Из нее следует, что наиболее быстро при сравнимых условиях явления переноса протекают в газах, медленнее -в жидкостях и еще медленнее - в твердых телах. [c.82]

Термодинамика необратимых процессов интенсивно развивалась последние двадцать лет главным образом в связи с известными работами Онсагера, выполненными еще в 30-х годах (см. по этому вопросу лекции де Гроота. Фиши и Клейна), и к настоящему времени ее уже можно с известным правом рассматривать как законченную физическую теорию, имеющую свой метод и многочисленные приложения к разнообразным физическим явлениям,. например к явлениям переноса, химической кинетике, различным физико-химическим процессам. Но следует все же отметить, что термодинамика необратимых процессов еще не обладает той степенью теоретической завершенности, как термодинамика равновесных процессов, все соотношения которой могут быть обоснованы с помощью статистической механики, т. е. метода Гиббса. Соотношения термодинамики необратимых процессов содержат феноменологические постоянные — кинетические коэффициенты, определяемые экспериментально. Для теоретического их вычисления используется обычно кинетическое уравнение, которое можно, однако, строго сформулировать лишь для простых систем, например газа малой плотности, электронов в металле, кристаллической решетки со слабой ангармоничностью. В связи с этим [c.5]

Развитие термодинамики необратимых процессов сделало возможным изучение сложных явлений, состоящих из шюкольких одновременно происходящих процессов разной природы, и привело к созданию единого способа феноменологического описания их. Это в свою очередь сделало правомерным, а возможно и обязательным, совместное рассмотрение явлений, которые изучались ранее независимо одно от другого. Исходя из этого в книге эффекты диссипации энергии при движении жидкости или газа, т. е. перенос импульса и теплоты, рассматриваются как составные части термодинамики. Едва ли кто-нибудь в настоящее время будет оспаривать, что теплопередача является одним из разделов динамики теплоты, т. е. термодинамики. [c.5]

ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕРМОДИНАМИКИ НЕОБРАТИМЫХ ПРОЦЕССОВ (ТЕРЛШЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, ДВИЖЕНИЕ И ПЕРЕНОС ТЕПЛОТЫ В ЖИДКОСТИ, ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ) [c.170]

Для решения задачи оптимизации трибосистем, реализующих явление избирательного переноса, в [64] предложено использовать аппарат и принципы неравновесной термодинамики. Зону элементарного контакта разбивают на области, внутри которых, согласно Гленодорфу-Пригожину, предполагается существование локального равновесия, т е. отсутствие градиентов термодинамических величин типа химического потенциала и температуры, напряжения сдвига. Записывают уравнение Гиббса в локальной форме для каждой области и, считая, что полная энергия сохраняется, получают суммарный дифференциал энтропии в виде [c.110]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...