Явления переноса в жидкостях

В жидкостях, как и в газах, наблюдаются явления диффузии, теплопроводности и вязкости. Но механизм этих процессов в жидкостях иной, чем в газах. В отличие от газов, в жидкостях отсутствует понятие длины свободного пробега. Это связано с тем, что в жидкостях среднее расстояние между молекулами такого же порядка, как и размеры самих молекул. Молекулы жидкости могут совершать лишь малые колебания в пределах, ограниченных межмолекулярными расстояниями. Такие колебания молекул время от времени сменяются скачками на некоторое расстояние d, происходящими из-за получения молекулой в результате флуктуации избыточной энергии от соседних молекул. Колебания, сменяющиеся скачками, – и есть тепловые движения молекул жидкости.

ДИФФУЗИЯ.

Для явления диффузии в жидкости справедлив закон Фика:

I = - D (dq/dx), (16.8.)

где I – диффузионный поток в направлении оси x, D – коэффициент диффузии, а (dq/qx) - градиент концентрации по оси x. Если время между скачками молекул через t, тогда величина σ/t - скорости молекулы.

Это дает возможность сравнить σ со средней длинной свободного пробега, а σ/t - со средней скоростью молекул. Тогда по аналогии с идеальными газами коэффициент диффузии (точнее самодиффузии) жидкости равен:

D = (1/6)σ(σ/t) = (1/6)(σ/t). (16.9.)

Коэффициент самодиффузии сильно зависит от температуры, т.е. с повышением температуры он увеличивается. Численное значение коэффициента диффузии у жидкостей много меньше чем у газов.

Лекция № 17.

ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ.

Течение называется ламинарным, если вдоль потока каждый

слой скользит относительно соседних, не перемешиваясь с ними, и турбулентным, если вдоль потока происходит интенсивное вихреобразование и перемешивание жидкости. Ламинарное течение наблюдается при небольших скоростях движения. При турбулентном течении частицы жидкости приобретают составляющие скоростей, перпендикулярные течению, поэтому они могут переходить из слоя в слой. Характер течения зависит от безразмерной величины, числа Рейнольдса: R_e = (r<v>d)/h = <v>d/n, (17.1.)

где n = h/r - кинематическая вязкость; r - плотность жидкости; <v> - средняя по сечению трубы скорость жидкости; d - диаметр трубы. При малых значениях числа Рейнольдса (R_e < 1000) наблюдается ламинарное течение, переход от ламинарного к турбулентному происходит в области

[ 1000 < R_e < 2000], а при R_e > 2300 — турбулентное.