Технологические иследования процесса массопереноса - диффузии (166036)

Посмотреть архив целиком

Министерство образования и науки Украины










Реферат


по теме

«Технологические исследования процесса массопереноса-диффузии»


Содержание


1. Введение

2.Сущность понятия диффузия

3.Классификация методов экспериментального исследования

4. Феноменологическая теория дифузии

5. Безградиентные методы

6. Безактивационная теория

7. Термодинамическая сторона диффузии

8.Список изпользуемой литературы


Введение


С процессом массопереноса - диффузией приходится сталкиваться постоянно в явной или неявной форме в своей повседневной жизни, практической деятельности, научных и технологических исследованиях. Диффузионные процессы — явления достаточно широко распространенные. При анализе массопереноса, следует помнить, что он имеет четыре стороны, в совокупности своей отражающие суть явления. Одновременно каждая из сторон этого «четырехугольника» имеет некоторую самостоятельность и развивается по определенным направлениям независимо от других.

Прежде всего, это внешнее, макроскопическое проявление процесса диффузии. Внешнее, экспериментально наблюдаемое проявление диффузионного процесса связано с изменением в единице пространства количества диффундирующих частиц, т. е. их концентрации. Очевидно, что эта сторона явления связана с экспериментальными исследованиями, технологическим контролем процесса. Разработанные для этого различные методы наблюдения позволяют получать информацию о кинетике перераспределения вещества либо по измерению потока, проникающего сквозь мембрану, либо по количеству днффузанта, поглощенного или выделившегсся из образца (материала), либо по изменению концентрации в той или иной точке диффузионной зоны или образца, либо, наконец, по распределению компонентов в диффузионной зоне, т. е. той области системы, в пределах которой происходит перераспределение диффузионных компонентов пары.

Также есть и немного другие явления дифузии, а именно само- и взаимодиффузии .

Взаимодиффузия характеризует процесс взаимообмена массы между телами, когда имеет место неоднородность в распределении концентрации. Характерной особенностью взаимодиффузии является направленность в перемещении диффундирующих частиц в пространстве, чего нет в случае самодиффузии. Там движение носит хаотический, броуновский характер.

Самодиффузия отражает тепловое движение молекул либо среди себе подобных, либо в растворах постоянной концентрации. В этом случае молекулы каждого из компонентов раствора движутся со своей тепловой скоростью, а это движение с количественной точки зрения характеризуется парциальным коэффициентом самодиффузии. Естественно, что и методы исследования этих типов диффузионных явлений различны.


Сущность понятия диффузия


По определению: под диффузией следует понимать самопроизвольный процесс перераспределения веществ в пространстве, обусловленный тепловым движением частиц (атомов, молекул, сегментов, макромолекул).

Стоит упомянуть, что в центре внимания подавляющего числа работ, связанных с изучением диффузии, всегда находится характеристическая величина процесса — коэффициент диффузии. Во всех количественных исследованиях делается попытка экспериментально определить величину коэффициента диффузии и установить его зависимость от различных параметров. Решить эту задачу на основании результатов экспериментального наблюдения за внешним проявлением процесса и позволяет феноменологическая сторона «четырехугольника». В ее основе лежат законы диффузии, связывающие между собой в аналитической форме плотность потока вещества, проходящего в единицу времени через единицу сечения образца, с перепадом концентрации (градиентом концентрации) и коэффициентом диффузии; скорость изменения концентрации в заданной точке диффузионной зоны с градиентом плотности потока вещества.


Классификация методов экспериментального исследования


Приведенная классификация методов экспериментального исследования является наиболее общей, поскольку базируется на параметрах диффузионного процесса. Но в каждой группе материалов в зависимости от их физико-химических свойств эти методы имеют, естественно, разное физическое и конструктивное оформление. Например, для металлов, стекол, керамики и минералов традиционным методом получения информации о концентрационном профиле в диффузионной зоне является метод электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализа в сочетании с методикой поперечных срезов. Тот же метод используется и при изучении систем полимер — полимер, но поскольку термическая и радиационная стабильности полимеров невысоки, возможно использование лишь микроанализаторов с энергетической дисперсией. Для систем полимер — олигомер, полимер — растворитель и жидкость — жидкость этот метод вообще неприменим, и ту же информацию можно получить, используя методы оптической интерферометрии или сканирующей ИК-спектроскопии.

Эта экспериментально-методическая сторона явления неразрывно связана с другой стороной «четырехугольника», которую можно обозначить как «феноменологическая теория диффузии». Если при экспериментальных измерениях инструментом в руках исследователя - являются чаще всего физические методы, то в феноменологической теории таким инструментом является аппарат математической физики. С его помощью получены аналитические уравнения, связывающие изменение тех или иных внешних параметров, регистрируемых в опыте, с координатой диффузии, временем, коэффициентом диффузии, размерами образца. Поскольку, как правило, неизвестной величиной в этих уравнениях является коэффициент диффузии, то обработка экспериментальных данных с их помощью позволяет получать количественную информацию о его величине, устанавливать соответствие принятой математической модели реальному процессу.

Эти стороны так тесно связаны между собой, что естествен вопрос, в чем же проявляется их самостоятельность и независимость. Экспериментальный аспект связан с разработкой, выбором и совершенствованием методов измерения, позволяющих фиксировать интересующий параметр процесса с большой точностью, обладающих высокой селективностью и разрешением. Недостаточная точность измерения в настоящее время является преградой, например, при изучении диффузии в многокомпонентных системах, когда экспериментатору желательно получать информацию о парциальных потоках каждого из компонентов системы, а также при изучении диффузии через границу раздела двух контактирующих сред, когда наибольший интерес представляет информация о распределении концентрации по диффузионной зоне уже на начальных этапах образования адгезионного соединения.

Самостоятельность феноменологической стороны «четырехугольника» иная. Она связана главным образом с решением математических проблем, возникающих как при решении той или иной системы дифференциальных уравнений, отражающих большое многообразие реальных задач, так и при статистической обработке результатов измерений. Из сказанного ясно, что эта сторона «четырехугольника» имеет самый общий характер и с равным успехом может быть использована для любых систем. Специфика каждой системы заключается в абсолютной величине коэффициента диффузии, в характере его изменения с температурой, давлением, концентрацией.Тесная взаимосвязь этих двух сторон проявляется и в возможности априорного расчета математических моделей реальных технологических процессов, поскольку для этого необходимо создать систему аналитических уравнений и выбрать значения коэффициента диффузии.


Феноменологическая теория дифузии


Необходимо отметить, что используемые в опытах методологические подходы и аналитические уравнения для их описания во многих случаях полностью отражают реальные технологические процессы. Рассмотрим несколько наиболее типичных задач и покажем, как они могут быть реализованы при решении проблем медицины, защиты окружающей среды, коррозии металлов. Мне кажется, что очень показательна в этом случае нерешенная задача, связанная с определением комфортных условий для человека в системе: среда — одежда (обувь) — человек. С точки зрения диффузионных процессов мы можем абстрагироваться от человека как индивидуума, а рассматривать его как некоторый «источник» паров воды периодического действия, работа которого иногда сопровождается вспышками, связанными с эмоциональным состоянием. В этом случае роль одежды (а это, как правило, пористый полимерный материал) сводится к созданию таких условий в пространстве под одеждой, чтобы влажность и температура либо сохранялись постоянными, либо изменялись достаточно медленно, чтобы организм успевал адаптироваться к условиям окружающей среды. Очевидно, что решение этой проблемы требует, с одной стороны, постановки эксперимента, с помощью которого можно было бы получить необходимую информацию о коэффициентах диффузии пористых материалов, с другой—" количественные сведения о периодичности источника и его производительности, с третьей — привлечь исследователей, специалистов в области феноменологической теории диффузии, которые помогли бы создать математический образ системы, записать и решить дифференциальные уравнения и найти такое соотношение между параметрами сорбции, пористой структуры, коэффициентов переноса, которые бы обеспечили комфортные условия во внутри-одеждном пространстве. Эта информация должна была бы послужить технологам путеводным маяком для создания новых более совершенных типов полимерных пористых материалов.


Случайные файлы

Файл
22419.rtf
70643.rtf
24004.rtf
10764-1.rtf
48192.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.