В.Г. Левич - Физико-химическая гидродинамика (1124062), страница 10
Текст из файла (страница 10)
К ол м о горов, Рассеяние энергии пря локально изотропиой турбулентности,ДАН СССР 32,№1 (1941); А. М. Обухов, О распределении энергии в спектре турбулентного потока, Изв. АН СССР, серия геогр. и геофиз., № 4 — 5 (!94!); Л. Г. Лойця иск ий, Некоторые закономерности изотропного турбулентного потока. Тр. ((АГИ, № 440 (1939); М.
Д. Миллионщиковов, К теории изотропной турбулентности, Изв. АН СССР, серия геогр. и геофиз., № 4 — 5 (194!); А. Т ошпзе яд, Ргос. СашЬ. РЫ!. Бос. 44, № 4 (1948); ТЬ. Кагшап, Ргос. На!. Асад. Яос. 34, № 11 (1948); Е. к!сс Ь а г б з о п, Ргос. йоу. Зос. А. 110, № 756 (1926): А. М. О б у х о в, ДАН СССР 67, № 4 (1949); Н.
В го ш ш е1, зонги. Маг!п. Еез. 8, № 3 (1949); Л. П рандт лги Гидроаэродинймика. ИЛ, 1951; Дж. В эт че пор, Теория однородной нзотропной турбулентности, ИЛ, 1955. 6. В. Г. Лев ич, Ас!а РЬуз!сосйнп!са 0955 19, 117 (1943); его же, докторская диссертация, Казань, 1943 г. 7.
Ч ! е! з ! ! с Ь, Е. Е Е! ей!госйеш. 57, № 8 (1953); С. Е ! и, й. М о и ! ! о и а. О. Р я ! наш, 1плй а. Епй. СЬеш. 45, 636 (1953). 8. Сб. Современное состояние гидроаэродинамики вязкой жидкости, Под ред. С. Гольдштейна, ИЛ, 1948, т. П, Я 153 †1. гллвл и КОНВЕКТИВНЛЯ ДИФФУЗИЯ В ЖИДКОСТЯХ В 6. Диффузионная кииетика Как мы указывали во введении, характер протекания многих химических и физико-химических процессов в значитсчьиой степени определяется гидродинамическими факторами. К числу таких процессов относятся. прежле всего, гетерогениыс превращения в жидкостях и газах. Под гетерогенными превращениями пли рсакц>шми мы будем полразумевать химические или физи«о-химические превра1цеция, происходящие па некоторых поверхностях, например на границах разлсла фаз или па попсрхпостях, обладаю>цпх каталип>чсскими свойствамп.
При таком широком понимании термина гстсрогсппыс превращсщи к ним ну>кис отнести всс каталитические реакции, адсорбцию идесорбцию иа твердь>х и жидких поверхностях; растворение и осаждецие кристаллов из расплавов и растворов: э.чектрохимичсские реакции, илущие на поверхности электрода; погруженного в раствор электролита: испарение, сублимацию и конденсацию; адсорбцию газов жидкими и тверлыми поверхностями и т. д. Всякая гетерогенная реакция вкночаст в себя иссколько сталий: первой из иих является сталия переноса реагирующих частиц к поверхности, па которой происхолит реакция (реакционной поверхности), иа второй сталии процесса происходит соб>стасово гстсрогеипая реакция (химическое превращение, адсорб>ция — лесорбпия, разряд и образование ионов и т. д.); третья сталия заключается в отводе прореагировавцшх частиц от места реакпии. Ицогла течение гетерогенной рса>мгип сопровождается побочными процессами — значительным тепловылслением, образовзипем пузырьков при выделении газообразных продуктов реакции и т.
д., усложняю>цилш тсчсппе пропесса. Суммарная скорость гегерогспцого процесса определяется скоростями отлсльпых сталпй реакции. Если, олпако, скорость одного из этапов процесса мспьшс, чем скоросгь других, то, как всегда для реакций, идущих в несколько последовательных с>алий, суммарная скорость процесса булет определяться скоростью папи>олсс медленной стадии. В том случае, когда медленной стадией процесса ш>ляется коияектнинля диэвузия В жидкостях ~гл. ! подача или отвод реагентов от места реакции, говорят, что реакци! идет в диффузионной области или по диффузионной кинетике.
Еслг медленной стадией является стадия химического или физнческогс превращения, то скорость реакции определяется кинетикой процесса. Если скорости переноса реагентов и химической реакции сравннчь между собой, соответствующие реакции называются гетерогеннымг реакциями смешанного типа. С химической точки зрения наибольший интерес представляют реакции, скорость которы» определяется химической кинетикой. Однако фактически большинство гетерогенных реакций идет пс диффузионной кинетике. Это в особенности относится к гетерогенным реакциям, имеющим промышленное значение. Примерами подобных реакций могут служить процессы адсорбции хорошо растворимых газов жидкостями.
большая часть случаев растворения твердых тел в жидкостях, большинство электрохнмических и быстрых ,каталнтнческих реакций и ряд других. Поэтому исследование ки,нетики диффузионных процессов представляет большой практический интерес. Кроме того, как будет показано ниже, исследование некоторых случаев диффузионной кинетики может представить интерес для гидродинамической аеории турбулентности и теории тепло- передачи. В тех случаях, когда интерес представляет кинетика гетерогенного превращении. из суммарной скорости реакции, наблюдаемой на опыте, следует исключить факторы, относящиеся к диффузионной стадии.
Если известно теоретическое выражение для скорости диффузионной стадии, подобное исключение может быть проведено точно и без труда. Между диффузней вещества и переносом тепла в жидкой среде .существует тесная связь, и может быть проведен целый ряд аналогий. На этих аналогиях мы подробнее остановимся в дальнейшем. Здесь мы можем лишь указать на то, что одним из наиболее интересных приложений теории диффузионной кинетики может служить ее приложение к исследованию сложных вопросов теплопередачи, в особенности в условиях больших теплонапряженностей. В соответствии с целями данной книги мы в основном ограничимся в своем рассмотрении проблемами диффузионной кинетики в жидкостях.
Вопросы диффузионной кинетики в газах будут разобраны лишь постольку, поскольку это понадобится для выявления сходства и различия между процессами переноса вещества жидкой В газовой средами. Диффузионная кинетика реакций в твердой фазе (так называемые топохимические реакции) в книге не рассматривается. В последующих параграфах будет развита общая теория диф.фузионных процессов в жидкостях и даны приложения ее к гетерогенным реакциям, протекающим на границе раздела твердое й 7! овшиг.
ллиньи о диет>зионной кинетикг в жидкостях 4>> тело — жидкость, а также рассмотрены некоторыс особенное>и реакций смешанного типа. В главе Н1 булут рассмотрены некоторь>е особенности лиффузионной кинетики электрохимических реакций, в глзвах Л11, Х, Х11 рассматривается диффузионная кинстика на границах рзз,клз жидкость — газ и жилкость — >килкость.
ф 7. Общие данные о диффузионной кииетпке в жилкостях Изучение скоростсй гетерогенных процессов в >килкостях началось с изучения простейшей лиффузио шой кинетики растворения твердых тел в жилкостях. Анализ зна >ительного эксисричсн галын>го материала привел А. 1-1. Щукарева 111 к устаповлсшпо экспериментального закона растворения, записанного так: Я = — /г /сч — св) >, !7,!) где Π— количество вся!сетка, раствор>иошсгося и гюипшу времеви. 8 — величина поверхности растпоряюншгося тс,ш, с„— концентрация иасыщенного раствора, ся — фактическая коицсптрзщн раствора в данный момент зрел>сии, /г — коэффициент пропорциональности.
дальнейшие исслеловаиия, в первую очсрель Нсристз )2, 3, 4), показали, что коэффициент /г пропорционален коэффициенту лиффузии венгества в жидкости О. так что выражение для г,> может быть записано в виде (7,2) где б — некоторая постоянная. Формула (7,2) выражает основное содержание тсории гетерогенных реакций 1!ериста.
Согласно теории г!ерпста, в слое жидкости, непосредственно прилсга>ощем к поверхности раствор>иошегося твердого тела, всегда возникает пасв> 1енный раствор растворяющегося вещества. Скорость гетероге>шых реакций; йлуших по диффузиоииой кииетике '), определяется диффузией, возиика>ошей нслслствие наличия разности концентраций растворяющегося вешсстнз ме>кду >) В первоначальной фор»>диропкс теории Нсрнстз с ипзлось, что все гетерогенные процессы идут по диффузионной кннстнке. Бпосдсдс>вии был обнаружен ряд гетерогенных реакций, скорость котор>,п опрсдедялзсь скоростью самого гетерогенного превра~лепил, а нс дчффу>ионпмчн пропсссзчи.
Нужно, олнзко, иметь н инду, >то главным ° >омс>поя этол >сорин являлось предположение о мехзшнмс лнффузноипого, а пс гстсрогюпюго процесса. /!альией взя критика теория Нсрпстз будет ироизводнтьгя изчи ичснно иод этим углом зрения, п>к как ошибочность псрвояачальиой трактовки в настоящее время ис вызнязст ииканих сомиснии. 11>всстпо очсиь Г>ель~лов число разнообразных гетерогенных процессов, илу>цих нс по диффузионной кииетике. Примерами их мо>ут служить процесс рззря >а ионов водорода и кислорода >и поверхности мстззднчсскнх электродов, ряд слу >вся крис>аллизапни и т. и. 50 КОНВЕКТИВНАЯ ДИФФУЗИЯ В ЖИДКОСТЯХ [гл, и слоем жидкости. непосредственно прнлегаюгцим к поверхности, н толщей жидкости. Если й означает размер области, проходил~ой лиффундирующими частицами, то формула (7,2) выражает обычный закон стационарной диффузии в неподвижной среде между бесконечными плоскостями, на которых заданы различные концентрации с„ и сз, находящимися на расстоянии 8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
