Н.С. Зефиров - Химическая энциклопедия, том 5 (1110092), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Систему ур-ний Ф.-х. г, составляют ур-ния переноса в-ва, кол-ва движения и энергии, получаемые на основе баланса перечисленных величин внутри произвольно выбранного элементарного обьема среды (см. также Массоойм«п, Переноса процессы, Теплообмеп). Задачи, решаемые Ф.-х.г., условно делят на внешние, внугренние и смешанные в зависимости от протяженности фазы, определяющей скорость процесса переноса, и толщины пограничного слоя вблизи межфазной границы, где происходит осн. изменение концентрации, т-ры или скорости движения среды. Напр., расчет мвссопереноса хомпонента А к одиночной капле, движущейся в потоке др, жидкоспг (экстракция), сводится к разл. задачам: если лимитирующей стадией является перенос компонента А в окружающем каплю потоке, говорят о внешней задаче. Напротив, если лимитирующей является конвективная диффузия внутри капли, а толщина слоя Ь м.
б. соизмерима с радиусом капли гэ, задача становится вйутренней. Наконец, если скоросги переноса А снаружи и внугри капли соизмеримы, расчет массопереноса приводит к смешанной задаче. Внеш. задачи характерны для конвективного тепло- и массоперсноса в потоках, обтекающих одиночные твердые тела, капли, 169 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ 89 пузырьки газа или пара и т. п. Внугр.
задачи возникают при расчете пщродииамич, сопротивления, тепло- и массопереноса внутри труб, квнаюв, пленок и т.д. Смешанные задачи типичны для процессов переноса в насадочных слоях, барботерах, фильтрах и пр., где существенно взаимное влияние элементов диспергированной фазы. Для решения ур-ний конвектнвного переноса применяют стандартные методы мат, физики, спец. интеграгьные методы, методы теории размерностей и подобия. Последние особенно полезны для получения качеств. зависимосгей, при масьипабпом переходе; разработаны численные методы (хонечных разностей, граничных элементов и др.) и компьютерное моделирование.
Для получения количеств. соотношений, описывающих скорость процессов переноса вблизи межфазной ~раницы, в Ф.-х. г. используют два подхода: 1) изучают т. наз, элементарный акт процесса, а затем проводят статисгич. описание множества одновременно протекающих «элементарных актов» в макроскопич, системе; 2) вводят эффективные значения физико-хим. параметров системы, усредненных по всей макросистеме или по се части, и решают ур-ния переноса для указанных эффехтивных параметров.
При таком подходе оказывается необходимым ввести эффехтивные значения транспортных св-в среды (агзкости, коэф. диффузии и трения и др.). Выяснение связи эффективных значений с характеристиками и структурой среды составляет самостоят, задачу. Напр., при разработке аппаратуры для хим. реакторов и технол.
процессов разделения (абсорбции, экстракции, ректнфикации и др.) широко используют результаты исследования переноса импульса и в-ва между потоком жидкости или газа и одиночными дисперсными включениями (твердыми, жидюши или газообразными). Напротив, при описании фильтрования, хим. превращений в насадочиых и псевдоо;киженных слоях, токообразования в пористых электродах и т.п. удобно применять эффективные значения скорости потока, гндравлич. сопротивления, вязкости, концентрации, электрич, потенциала и др, параметров. Полученные в результате расчетов значения скорости массо(тепло)переноса, т.
е. локальное Ь„или среднее р значение коэф. массо(тепло)передачи на межфазной границе, обычно предсгааыют в виде безразмерных величин — локального (Ь)ь = В,х/))) или среднего (ЬЬ = Ь)/0) значений числа Шервуда, где х и 1 соотв. текущее значение координаты нв пов-сти и характерный линейный размер рассматриваемой сисгемы, Р— козф. диффузии. В установившемся потоке вязкой жидкости величины Зй„и ЗЬ связаны с пщродина«ич.
параметрами потока (числом Рейнольдса Ке) и транспортными св-вами среды (числом Шмидта Зс или числом Прандтля Рг) зависимостью степенного вида. Напр., в случае конвективной диффузии к пов-сги вращающеюся диска (одной из классич. задач Ф.-х.г.) указанная зависимость имеет вид З)з = О,б2Кеазбсз зз. При турбулентном режиме течения показатели степени меняются. Исследование зависимости ЗЬ от Бс послужило важным методом изучения сгруктуры турбулентного пограничного слоя н использовалось при расчете теплопередачи в жидкометаллнч. теплоноситглях, Представленная в виде безразмерных критериев скорость переноса удобна Дгы сопосгавления данных, полученных в разных условиях эксперимента Критериальные зависимости используют при конструировании иром, аппаратов, при осущесгвлении масштабного перехода от лаб, к реальным установкам.
Ф.-х. г. изучает также нарушения устойчивости конвективного потока под влиянием тепло- и массопереноса, ускорение процессов обмена под влиянием вторичных потоков, интенсивный тепло- и массообмен на межфазной границе, процессы переноса в системах, где происходит контакт трех фш (напр., в ивовых диффузионных электродах). Лев.: Л с» в« В Г., Ч»еп«о за«вз«са«» пза»а»»амвка 2 юа М., 1959; Кафаров В.В.,О«воаым«сс»а«г«ааз»,2»за.,м.,!зхй Б«ра г., стью«рт В., Лаятфут К, яв««вю а«р«воае, а«р. с пэз., М., 197«; ФэапкКаи«п«авиа Д.А„дпффузва а т«азов«реп«а з з»матюк»а «»в«г»«Ч 3 азк, м., 1987. В.
ль Фили»иск«а 170 90 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ФИЗИКО-ХИМИЧВСКАЯ МКХАНИКА, рщдеа коллоидной химии, изучающий мех. (Реологич.) св-за дисперсных систем и материалов, а также влияние среды на разрушение, деформацию и диспергирование твердых и жидких тел.
Ф.-х. м. возникла в 30-40-х гг. 20 в, и оформилвсь как самостоят. на- Е. ная дисциплина в 50-х гг. в осн, благодаря работам . А. Ребиндера. В 1928 им был установлен эффект вдсорбционного понижения прочности твердого тела, находящег(юя в напряженном состоянии вследствие обратимой адсорбфии на его пов-сги частиц из окружающей среды (эффект Реби н д ера). Впоследствии было обнаружено, что поверкностныьш процессами, приводящими к эффекту Рсбицдера, помимо адсорбции, м.
б. смачивание (особенно твердых тел расплавами, близкими по мол. природе), элекгрич. заряжание пов-сги, хим. р-ции. К проявлениям эффекта Ребигшера относят, помимо многократного снижения прочности, также хрупюзе ршрушение металлов в контакте с металлич, расплавом, растрескивание стекол, керамики и горных пород в присуг. воды, разрушение твердых полимерных материалов под влиянием орг, р-рителей. Другая форма проявления эффекта Ребиндера — пластифицирующее действие среды на твердые материалы, напр. воды на пгпс, орг, ПАВ на металлы. Совр.
Ф.-х.м. Развивается на основе представлений об определяющей роли физико-хим. явлений на границе раздела фаз — смачивания, адсорбпии, адгезии и др.— во всех процессах, обусловленных иаимод. между часпщами дисперсной фазьк в т. ч, структурообразования (см, Сюруюаурообразояанае в дисперсных системах). Коагуляционные структуры, в г-рых взаимод. частиц ограничивается их соприкосновением через прослойку дисперсионной среды, определяют вязкость, пластичность, тиксотропное поведение жидка дисперсных систем, а также зависимосгь сопротивления сдвигу от скорости течения. Структурм с фазовыми контактами образуются в кристаллич.
и аморфных твердых телах и дисперсных материалах при спекании, прессовании, изотермич. перегонке, а также при выделении новой высокодисперсной фюы в пересыщенных р-рах и расплавах, напр. в минер. связующих или полимерных материалах, Мех. характеристики таких тгл — прочность, долговечность, износостойкость, упруго-пластич. св-ва и упруго-хрупкое разрушение — обусловгены силами сцепления в контактах, числом контактов (на 1 смз пов-сти раздела фаз), типом контактов, дисперсностью системы и могут изменяться в широких пределах.
Так, двя глобулярной пористой монодисперсной структуры прочность материала может варьировать от 10 до 10' Н(мз. Возможно образование иерархич. уровней дисперсной структуры; первичные частицы — их агрегаты — флокулы — структурированный осадок. Сплошные материалы, в частности металлы и сплавы, в рамках представлений Ф.-х, м. Рассматриваются как предельный случай полного срастания зерен структуры с фазовыми контактами. На основе изучения скорости струкгурообразования, типа возникающих контактов и их прочности Ф.-х.
м. разрабатывает способы эффективного управления структурно-мех. св-вами материалов при оптим. сочетании состава среды и мех. воздействий. установлено, что малые добавки ПАВ позволяют при правильном их выборе радикально изменять св-ва данной границы раздела фаз в нужном направлении, обеспечивая хорошее сцепление частиц либо, наоборот, ослабляя и преодолевая силы сцепления. Так, в лиофобных системах (стеклянные частицы в углеводородных средах, пшрофобизованные пов-сти в полярных жидкостях) свободная энерпи в коагуляционньпг контактах достигает величин порядка 10 ь Дж/смз, а в лиофильных системах (напр., гидрофобизованные слоями ПАВ полярные частицы в углеводородной среде) — порядка 10 з Дж/см'.
Для Ф.-х. м, характерно всестороннее изучение структурно-реологич. характеристих материалов, в т.ч. в области нелинейного поведения, при широком варьировании условий (напряженного состояния, т-ры, состава среды, пересыщений и т. п.); непосредственное эксперим. изучение элементарных актов при коитюгтных взаимодействиях; разнообразие мех.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
