Теплопроводность и диффузия газов

Теплопроводность и диффузия газов [c.115]

Если газ достаточно медленно и равномерно нагревается при постоянном давлении, то степень диссоциации, являющаяся функцией температуры и давления, достигает своего равновесного значения, что характеризует возможный процесс теплопередачи. Если нагревание происходит неравномерно, хотя и медленно, то возникают градиенты как температур, так и концентраций, вызывающие появление тепловых потоков соответственно за счет теплопроводности и диффузии. Под действием диффузии газ находится всегда в неравновесном состоянии, которое оказывает влияние на теплообмен. [c.703]

Для газов глубокая аналогия между теплопроводностью и диффузией становится особенно очевидной, поскольку в этом случае [c.418]

Вопрос о вязкости газов и ее связи с теплопроводностью и диффузией будет рассмотрен в начале последней, одиннадцатой главы курса. В настоящей главе внимание будет сосредоточено на случае несжимаемой жидкости (или соответственно газа при малых числах Маха). [c.354]

В качестве примера статистического исследования неравновесных процессов рассмотрим молекулярно-кинетическую теорию явлений теплопроводности и диффузии в газах. Используем модель идеального газа. Газ считается настолько разреженным, что принимаются во внимание только парные соударения. В то же время будем полагать, что нлотность газа еще достаточно велика, чтобы длина свобод- [c.230]

Поборники чистой феноменологии, считая, что физика должна только описывать наблюдаемые явления, т. е. ощущения наблюдателя, в те времена вообще отрицали существование атомов и молекул, как непосредственно не наблюдаемых. Они считали, что теория теплопроводности, диффузии и т. д. должна ограничиваться феноменологическими дифференциальными уравнениями входящие в них коэффициенты теплопроводности и диффузии оставались при этом теоретически неопределенными. Кинетическая теория газов, связавшая эти явления со свойствами молекул, как объективно существующих частиц материи, шла вразрез с идеалистическими воззрениями махистов и энергетиков . [c.537]

В первую часть сборника включены работы по вопросам методики экспериментальных исследований коэффициентов переноса (теплопроводности, вязкости, диффузии) газов, приведены результаты измерений и расчетов коэффициентов переноса для широкого круга веществ при высоких температурах. [c.3]

Нормальная скорость пламени Ып зависит от природы горючей смеси, от температуры и от давления. С увеличением температуры газов Т скорость молекулярного движения возрастает, химическая реакция развивается быстрее, теплопроводность и диффузия увеличиваются и нормальная скорость распространения пламени возрастает. При понижении давления р<1 ата скорость распространения пламени несколько повышается. Влияние повышения давления на скорость распространения изучено недостаточно. [c.179]

Распространение пламени является результатом передачи выделяющегося в пламени тепла от горячей газовой смеси к еще несгоревшему газу. Поскольку теплопроводность играет большую роль в распространении пламени, для установления закона распространения надо составить уравнение теплопроводности в горящем газе. Необходимо также учитывать изменение концентрации реагирующих компонентов от максимального значения в исходной смеси до нуля в продуктах реакции, найти связь между температурой и концентрацией в пламени и учесть зависимость скорости выделения тепла в пламени от концентрации. Эти рассуждения приводят к необходимости совместного решения уравнений теплопроводности и диффузии. [c.29]

В предыдущей главе мы рассмотрели ламинарное течение в пограничном слое, при котором перенос количества движения, тепла и вещества происходит в результате молекулярных процессов вязкости, теплопроводности и диффузии. При этом значения напряжения трения и теплового потока являются известными функциями распределения скорости и температуры. Для ламинарного течения можно написать полную систему уравнений, и в настоящее время существуют математические методы их решения. Расчеты требуют некоторого экспериментального уточнения вследствие неизбежной схематизации явлений в сложных случаях течений и неточного знания ряда физических характеристик газа, однако вводимые поправки невелики. [c.149]

Для описания неизотермического течения продуктов сгорания в газовом тракте без учета акустических эффектов можно воспользоваться одной из двух самых простых предельных математических моделей процесса [15] адиабатического течения или полного мгновенного перемешивания газа в тракте. Модель адиабатического течения строится в предположении, что при течении вдоль тракта каждая порция (слой) образовавшегося у головки газа находится в адиабатических условиях, т. е. не обменивается теплотой (или массой) ни с соседними порциями газа, ни со стенками тракта. Это условие эквивалентно предположению о пренебрежении процессами теплопроводности и диффузии в столбе газа, т. е. равенству нулю значений коэффициентов теплопроводности и диффузии в газе. [c.154]

Модель мгновенного перемешивания соответствует очень быстрому (практически — мгновенному) обмену теплотой и массой (так как выравнивается не только температура, но и состав продуктов сгорания) между вновь образовавшейся порцией газа и всем остальным газом, находящимся в газовом тракте. В результате мгновенные значения температуры и состав продуктов сгорания по длине тракта газогенератора (камеры сгорания) оказываются одинаковыми для всех порций газа, кроме порции, образовавшейся в данный момент из жидких (или из газовых и жидких) компонентов. Такая модель процесса в столбе газа соответствует другим предельным значениям коэффициентов теплопроводности и диффузии, равным бесконечности. [c.154]

Уравнение (6.3.6) описывает процесс распространения акустических и энтропийных волн на участке канала цилиндрической формы без учета их рассеяния из-за вязкости, теплопроводности и диффузии. Тракт с переменной площадью сечения разбивается на ряд участков, каждый из которых считается цилиндрическим, и так как при выводе уравнения (6.3.6) было сделано предположение, что газ невязкий, то в случае необходимости потери на трение моделируются местными сосредоточенными сопротивлениями на границах участков. [c.236]

В условиях движения среды, когда образуется динамический пограничный слой и при разности концентраций на внутренней его границе и вне его, можно выделить диффузионный пограничный слой (аналогично тепловому пограничному слою). Толщина пограничного слоя зависит от скорости газов и при скорости, например, 1 лг/сек составляет бд==> = 0,05 мм. Можно положить, что массоперенос через диффузионный пограничный слой в направлении, нормальном к стенке, происходит в пограничном слое только путем молекулярной диффузии (по закону Фика). Подобно тому совместную передачу тепла в движущейся однокомпонентной среде теплопроводностью и конвекцией называют конвективным теплообменом, совместный молекулярный и макроскопический перенос массы называют конвективным массообменом. [c.178]

Уравнение Эйлера (26а) определяет движение идеальной жидкости. Для получения уравнений гидродинамики реальной (вязкой) жидкости или газа надо искать решение уравнения Больцмана, отличное от локального распределения Максвелла. Мы получим тогда уравнения Навье—Стокса, Барнетта и т. д., в которых коэффициенты вязкости, теплопроводности и диффузии выражаются через молекулярные характеристики. Эти уравнения представляют собой замкнутую систему уравнений термодинамики необратимых процессов. Такой вывод этих уравнений в общем случае выходит за рамки нашего курса. Мы ограничимся здесь только характеристикой методов решения кинетического уравнения Больцмана и рассмотрим ряд частных задач статистической теории неравновесных систем. [c.142]

Расиространение горения в смесях газа с горючими частицами может происходить как за счет процессов переноса — теплопроводности и диффузии, передачи тепла излучением, так и за счет газодинамических процессов — конвективного двпженпя относительно частиц горячих продуктов реакции, ударных и детонационных волн. Реализация того или иного механизма зависит от режима горения частиц, концентрации топлива, геометрии устройства, где горение осуществляется, и особенностей инициирования. При этом скорость распространения фронта горения изменяется в широком диапазоне от нескольких сантиметров до нескольких метров в секунду. [c.402]

Однако туманообразование пока рассматривать не будем из следующих соображений. Во многих случаях, когда влагосодержа-ние газа невелико, образованием тумана в пограничном слое можно пренебречь ввиду незначительного количества. При анализе расчетных зависимостей необходимо выделять и исследовать влияние основных факторов — теплопроводности и диффузии — на взаимосвязанные процессы тепло- и массообмена во влажном газе при его непосредственном контакте в первую очередь с основной массой капель или пленок жидкости, а уже потом — с туманом. При получении эмпирических зависимостей влияние различных неучтенных факторов, в том числе туманообразования, нивелируется значениями коэффициентов и показателей степеней при числах подобия, определяемыми опытным путем. В зависимостях, основанных на аналогии тепло- и массобмена и представляющих собой равенства каких-либо относительных эффектов, например движущих сил, неучтенные при их аналитическом выводе факторы могут взаимно компенсировать друг друга, полностью или частично исключая свое влияние на эти зависимости. Учет влияния на тепло- и массообмен различных факторов, в том числе туманообразования, более всего необходим при аналитическом способе [c.24]

Системы ур-ний, описывающие Г. т. вязкого газа с происходящими в нём физ.-хим. превраи ениямп и процессами переноса — теплопроводностью и диффузией компонент газа, сложны, поэтому осн. количеств, результаты, необходимые при решении задач прикладного характера (напр,, при расчёте теплозащиты космич. аппаратов, в.ходящнх в атмосферу Земли или др. планет), получают из эксперимептов или при помощи численных методов решения ур-ний с использованием ЭВМ. [c.480]

В жидкостях теряют смысл понятия времени и длины свободного пробега частиц (неприменимо кинетич. ур-ние Больцмана для одночастичной ф-ции распределения). Аналогичную роль для жидкости играют величины Т1 II 1 — время и длина затухания пространственно-временных корреляционных функций динамич. переменных, описывающих потоки энергии и импульса Т1 и характеризуют затухание во времени и пространстве взаимного влияния молекул, т. е. корреляций. Для жидкостей полностью остается в силе понятие гид-родинамич. этапа Р. и локально-равновесного состояния. В макроскопически малых объемах жидкости, но ещё достаточно больших по сравнению с длиной корреляции локально-равновесное распределение устанавливается за время порядка времени корреляции (т т ) в результате интенсивного взаимодействия между частицами (а не только парных столкновений, как в газе) эти объёмы по-прежнему можно считать приближённо изолированными. На гндродивамич. этапе Р. в жидкости термодинамич. параметры и массовая скорость удовлетворяют таким же ур-ниям гидродинамики, теплопроводности и диффузии, как и для газов (при условии малости изменения термодинамич. параметров и массовой скорости за время т, и на расстояниях [c.328]

О перераспределении энергии. В случае движения газа с большой скоростью полная энергия складывается из кинетической энергии, физической и химической энтальпий. При этом происходит взаимоналожение трех кинетических процессов — внутреннего трения, теплопроводности и диффузии, интенсивность которых характеризуется тремя коэффициентами переноса ) , а и D. Соотношения между последними определяют как эффектные толщины пограничных слоев (динамического, теплового и диффузионного), так и распределение полной энергии в пограничном слое. [c.161]

Уже целое столетие развиваются экспериментальные и теоретические исследования экзотермических волн, распространяющихся в горючих смесях газов, а также в твердых и жидких горючих средах. Механизмом тепловыделения в таких средах являются экзотермические химические реакции, скорость протекания которых при комнатной температуре практически равна нулю и становится очень большой при температурах, достигаемых в ходе реакции (например, смеси водорода или ацетилена с кислородом или с воздухом, смесевые твердые топлива ракетных двигателей). Механизм распространения тепла в несгоревшую еще смесь естественно предполагать обусловленным процессами переноса — теплопроводностью и диффузией активных частиц, т.е. не связанным с макроскопическим упорядоченным движением среды. Однако уже в 1881г. Бертло и Вьей, Маллар и Ле Шателье открыли явление детонации, при котором горение распространяется по газовой среде со скоростями, в тысячи и миллионы раз превосходящими скорость нормального распространения пламени. Механизм распространения зоны тепловыделения в этом случае связан с прохождением по холодной горючей смеси сильной ударной волны, сжимающей и нагревающей смесь и тем самым включающей химическую реакцию с интенсивным тепловыделением роль процессов переноса в распространении зоны тепловыделения в практически реализуемых случаях химической детонации мала. [c.117]

В этой области наряду с экспериментальными работами пшроко проводятся теоретич кие исследования по диффузии, теплопроводности и вязкости газов, устанавливаются уравнения состояния реальных газов. За поспедиие годы накопилось значительное количество данных по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, представляющих практический интерес. [c.5]

Аналогичные простые рассуждения с помон1ью представления о средней длине свободного пробега позволяют выяснить смысл таких явлений, как теплопроводность и диффузия в газах, а также определить зависимость коэффициентов теплопроводности и диффузии от длины свободного пробега молекул. Во всех этих явлениях тепловое движение молекул осуществляет перенос (импульса, тепла, числа частиц), который ведет к выравниванию пространственного неоднородного состояния газа и к приближению к равновесному состоянию. Для теории таких явлений, называемых [c.12]

Уравнения турбулентного пограничного слоя для многокомпонентной меси реагирующих газов можно найти, например, в уже цитированной выше монографии Б. Дорранса. Эта система уравнений, так же как и более простая система уравнений турбулентного пограничного слоя в несжимаемой однородной жидкости, является незамкнутой. Действительно, lipoMe обычных неизвестных (скорости, давления, плотности, темпера- гуры или энтальпии, концентраций), число которых соответствует числу уравнений, в ней содержатся еще неизвестные коэффициенты турбулентного переноса (коэффициенты турбулентной вязкости, теплопроводности и диффузии). В настоящее время едва ли не единственно возможным путем замыкания системы уравнений турбулентного пограничного слоя в многокомпонентной смеси реагирующих тазов является путь обобщения. < уществующих полуэмпирических теорий турбулентности в несжимаемой я идкости на случаи течения, в которых необходимо учитывать влияние факторов сжимаемости, тепло- и массообмена, химических реакций и т. д-, и еще, конечно, использования известных аналогий Рейнольдса. При таком обобщении вид формул полуэмпирических теорий турбулентности полностью сохраняется и только плотность считается переменной величиной, зависящей от давления и те1№ературы. [c.539]

Помимо механизма тепловыделения химической природы, о котором речь шла выше, существуют и другие механизмы теплоподвода к газу. При очень высокой температуре—порядка сотен миллионов и миллиардов градусов—в некоторых газах (находящихся при этих условиях в плазменном состоянии, т. е. представляющих собой смесь тяжелых частиц—ионов и легких частиц—свободных электронов) могут происходить ядерные реакции с превращением огромной энергии ядерных связей в конечном счете в тепловую энергию плазмы. При ЭТОМ механизмы распространения зоны тепловыделения, связанные с переносом тяжелых частиц (ионная теплопроводность и диффузия), перестают быть главными, основными же становятся электронная теплопроводность, излучение и диффузия высокоэнергетических нейтронов. Эти механизмы могут в некоторых случаях обеспечивать распространение зон тепловыделения (так называемого ядерного горения) с громадной скоростью (в дейтерий-тритиевой смеси с плотностью порядка 0,22 г/см скорость составляет 10 —10 км/с), превосходящей скорость звука, определяемую тепловым движением тяжелых частиц—ионов, не только в холодной смеси, нов некоторых случаях и в продуктах реакции. [c.109]

Если волна давления опережает тепловую волну, идущую от зоны тепловыделения, то в волне давления газ адиабатически сжимается и температура его возрастает. Как следствие, увеличивается скорость экзотермических реакций в газе и в нем происходит интенсивное тепловыделение. Скорость распространения волны тепловыделения такого вида определяется скоростью распространения волны повышения давления в газе. В дальнейшем (в гл. И) будет установлено, что волны непрерывного повышения давления в газе распространяются со скоростью звука и имеют тенденцию превращаться в разрывы—скачки уплотнения, скорость распространения которых по газу сверхзвуковая. Таким образом, механизм, о котором идет речь, приводит к сверхзвуковой скорости распространения зон тепловыделения по газу. Этот механизм может быть не связан с физикохимическими процессами переноса энергии и вещества на молекулярном и субмолекулярном уровнях он может приводить к распространению зоны экзотермических химических реакций и при полном отсутствии теплопроводности и диффузии. [c.111]

Хорошо изучена теоретически и экспериментально структура экзотермических волн, в которых тепло выделяется при химических реакциях и которые распространяются либо благодаря теплопроводности и диффузии (волны медленного горения), либо благодаря ударной волне, нагревающей газ и инициирующей химические реакции (волны сильной и нормальной детонации). Показано теоретически, что описанные механизмы тепловыделения и распространения волны могли бы приводить к образованию волн сверхзву- [c.116]

После подстановки значения (154) уравнение (156) допускает еще много решений одно из них должно, во всяком случае, давать состояние смеси газов, которая покоится под влиянием внешних сил, по прекращении всех явлений теплопроводности и диффузии, в сосз де, стенки которого удовлетворяют предположениям, сделанным при выводе уравнения (146), т. е. длительное время не отнимают у газа и не сообщают ему тепла. [c.167]

Экспериментальные результаты но другим жидкостям (помимо сжиженных инертных газов) показывают, что теория, учитывающая лишь вязкость и теплопроводность, не может полностью объяснить поглощение и дисперсию, обнаруженную в жидкостях. Это связано с тем, что в классической гидродинамике в отличие от релаксационных теорий не предусматривается возможность различных энергетических состояний частицы. Однако классическую теорию можно изменить так, чтобы включить эти эффекты. Один из путей модификации классической гидродинамики заключается в принятии предположения, что вязко-тепловые и релаксационные эффекты действуют одновременно и независимо. Сакади [69] и Мейкснер [56] провели такого рода рассмотрение, и Мейкснер показал, что в жидкостях, особенно таких, для которых время релаксации имеет порядок 10 с, эффекты, обусловленные внутренними превращениями, и эффекты, обусловленные вязкостью, теплопроводностью и диффузией, практически аддитивны во всем частотном интервале, исследованном в эксперименте, и что потери, вызванные вязкостью и теплопроводностью, успешно описываются классическим коэффициентом поглощения (40). [c.173]

Размер М. представляет собой до нек-рой степени условную величину, т. к. каждая М. окружена силовым полем бесконечной протяженности. Однако силовое поле М. быстро убывает с расстоянием от ее центра. Размеры М. определяются равновесным расстоянием, на к-рое они могут быть сближены при ббльших расстояниях превалируют силы притяжения, при меньших — отталкивания. Порядок величины размеров М. может быть определен из коэффициентов диффузии, теплопроводности и вязкости газов, или из плотности вещества в коидепспрованном состоянии, в к-ром М. практически плотно упакованы. [c.281]

При построении инженерной теории скачков уплотнения примем, что газ идеальный, процесс — энергетически изолирован, а скачки уплотнения — поверхности разрыва параметров потока (6 = 0). Конечная, хотя и изчезающе малая, толщина фронта скачка уплотнения в реальном газе обусловлена влиянием вязкости, теплопроводности и диффузии. [c.213]

При больших числах Рейнольдса толщина П. с. очень мала по сравнению с характерными размерами тела. Поэтому почти во всей области течения, за исключением тонкого П. с., влияние сил вязкости несущественно по сравнению с инерционными силами, и жидкость в этой области можно рассматривать как идеальную. Одновременно вследствие малой толщины П. с. давление в нём в поперечном направлении можно практически считать постоянным. В результате весьма эффективным оказывается такой метод изучения обтекания тел потоком жидкости (газа), когда всё поле течения разбивается на две части — область течения идеальной жидкости и тонкий П. с. у поверхности тела. Течение в первой области изучается с помощью ур-ний движения идеальной жидкости, что позволяет определить распределение давления вдоль поверхности тела тем самым определяется и давление в П. с. Течение внутри П. с. рассчитывается после этого с учётом вязкости, теплопроводности и диффузии, что позволяет определить поверхностное трение и коэфф. тепло- и массооб-мена. Однако такой подход оказывается неприменимым в явном виде в случае отрыва потока от поверхности тела. Он неприменим и при малых Ке, когда влияние вязкости распространяется на довольно большую часть возмущённой области течения. [c.556]

Рассмотрим неподвижный сферический газовый пузырек, находящийся в жидкости. Предположим, что внутренние циркуляции газа отсутствуют (Ре -> 0) и все сопротивление тепломассо-переносу сосредоточено в газовой фазе. Процесс массопереноса через межфазную границу сопровождается процессом теплопере-носа. Соответствующие уравнения теплопроводности (1. 3. 3) и диффузии (1. 4. 3) при сделанных предположениях имеют вид [c.309]

Коэффициенты вязкости, диффузии, теплопроводности и термодиффузии для реагирующих газов в указанном приближении могут быть найдены из уравнения (3.4.33). Однако в правую часть этого уравнения входит еще плотность вероятности упругого взаимодействия при столкновеьии частиц аир. [c.112]

В 5.4 было сформулировано необходимое условие существо-вания нестационарности процессов переноса в открытых реакционноспособных системах (5.4.3). Представляет интерес проверка этого условия. С этой целью рассмотрим обтекание лобовой критической точки инертного тела вращения, которое во все время процесса тепломассообмена сохраняет постоянную достаточно высокую температуру, холодным потоком реакционноспособного газа, состоящего из СО, О2, N2. В газовой фазе протекает гомогенная химическая реакция 2 СО + О2 = 2 СОа. Возникает вопрос о квазистационарности состояния газовой фазы. С физической точки зрения, очевидно, что если характерное время гомогенной реакции значительно меньше характерного аэродинамического времени и времен релаксации молекулярных процессов переноса (теплопроводности, диффузии компонентов и диффузии импульса), то состояние газа нельзя считать ква-зистационарным. Действительно, в этом случае скорость возникновения неоднородностей полей температур и концентраций вследствие химической реакции выше скоростей их исчезновения вследствие процессов молекулярного переноса и состояние газа нельзя считать квазистационарным. Поскольку внутренняя энергия и концентрации компонентов единичной массы ограничены, могут иметь место колебания полей температур и концентраций. [c.399]

Теплопроводность опре деляется тепловым движением микрочастиц тела, т. е. движением микроструктурных частиц вещества (молекул, атомов, ионов, электронов). Обмен энергией между движущимися частицами происходит в результате непосредственных столкновений их при этом молекулы более нагретой части тела, обладающие большей энергией, сообщают долю ее соседним частицам, энергия которых меньше. В газах перенос энергии происходит путем диффузии молекул и атомов, в жидкостях и твердых диэлектриках — путем упругих волн. В металлах перенос энергии осуществляется колеблющимися ионами решетки и диффузией свободных электронов ( электронным газом ) значение упругих колебаний кристаллической рещетки в этом случае не имеет большого значения. [c.134]

В этой же работе Больцман делает расчет вероятностей различных состояний системы и доказывает, что наиболее вероятным состоянием является то, при котором энтропия ее достигает максимума доказывает, что при всяком взаимодействии реальных газов (диффузия, теплопроводность и т. д.) отдельные молекулы вступают во взаимодействие в согласии с законами теории вероят ностей... и заключает <аВторое начало оказывается, таким образом, вероятностным законом . Отсюда следует, что второе начало, будучи статистическим законом, неприменимо к Вселенной, тела которой движутся ке хаотично, а каждое по своим динамическим законам а кроме того, что второе начало может нарушаться тем чаще, чем меньше частиц в системе и чем меньше их скорости. [c.165]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...