Cтраница 2
Однако теоретическое распределение концентрации в пористом теле трудно проверить, так как ввиду малого размера частиц сложно поставить эксперимент, из которого можно было бы установить действительное поле концентраций. Поэтому уравнения кинетики и должны устанавливать среднюю концентрацию частиц как функцию времени. К такому же выводу приводит технологический анализ экстракционного процесса. С технологической точки зрения важно знать, сколько вещества теряется вместе с инертными пористыми частицами. [16]
Во многих случаях химические реакции протекают настолько медленно, что в системе успевает установиться пространственно однородное состояние с одинаковыми температурами реагентов и продуктов реакций. Тогда для описания системы достаточно задать температуру Т, среднюю плотность массы g и средние концентрации частиц ( N Y для всех компонентов. [17]
Для систем с хим р-циями на характер распределения частиц большое влияние оказывает соотношение между характерными временами переноса реагентов и их хим. превращения. Если скорость хим. превращения мала, распределение частиц не сильно отличается от случая, когда р-ция отсутствует. Если скорость р-ции велика, ее влияние на характер распределения частиц велико и использовать средние концентрации частиц ( т.е. ф-ции распределения с п - 1), как это делается при использовании закона действующих масс, нельзя. [18]
Поэтому пробная частица регистрирует меньшую вязкость, нежели макроскопический шарик, размеры которого несоизмеримо велики как по сравнению с молекулами растворителя, так и по сравнению с частицами суспензии. Это обусловлено тем, что к каждой неподвижной частице примыкает слой жидкости, недоступный для других частиц. Поскольку же гидродинамическое взаимодействие сильнее всего проявляется при максимальном сближении, этот эффект неминуемо ослабляется, так как эффективная концентрация при таком сближении оказывается меньше средней концентрации частиц. [19]
В периодическом процессе средняя концентрация частиц С - постоянная величина, равная отношению числа частиц к объему реактора. Поэтому, измеряя каким-либо способом концентрацию в зоне выхода как функцию времени, мы можем экспериментально определить интересующую нас характеристику смешения а. Если же рассматривается непрерывный процесс, то представление о характере смешения проще всего получить, наблюдая за поведением импульсной загрузки. В этом случае средняя концентрация частиц С изменяется во времени вследствие вымывания частиц потоком. Однако относительная концентрация частиц на выходе а, определяемая преимущественно характером смешения, не будет существенно отличаться от относительной концентрации в периодическом процессе. Разумеется, последнее справедливо лишь при условии, что поток вещества через реактор не влияет на характер смешения. Это условие может нарушаться, если поток весьма интенсивен, а мешалка работает плохо. Таким образом, значение о, полученное экспериментальным путем в периодическом процессе, может быть затем использовано для расчета непрерывных процессов. [20]
Построение моделей для средних значений концентраций примеси тесно связано с проблемой турбулентной диффузии частиц. Действительно, концентрация примеси может быть введена как концентрация большого числа безынерционных и достаточно мелких частиц. Плотность вероятности положения одной, выбранной наугад частицы пропорциональна средней концентрации частиц. Применение диффузионной аппроксимации для описания турбулентного потока частиц обоснованно лишь тогда, когда характерное время корреляции скоростей частицы мало по сравнению с характерным временем задачи. Эти достаточно очевидные соображения наиболее последовательно изложены в [15], где также отмечена трудность использования диффузионных аппроксимаций для описания турбулентных потоков реагирующих примесей. [21]
В экспериментальной практике наиболее распространен первый случай. Однако второй и третий случаи не исключаются. Так, третий случай может иметь место при использовании в качестве индикатора радиоактивных изотопов. При этом сцинтил-ляционные счетчики, располагаемые вне аппарата, фиксируют обычно среднюю концентрацию частиц в расчете на полное сечение потока исследуемой фазы. [22]
В результате расщепления первичных ядер космических лучей появляются, в частности, радиоактивные изотопы с большими периодами полураспада. Самый важный из них - 10Ве, среднее время жизни которого т составляет 3 9 106 лет. Очевидно, если частицы релятивистские, измеряемое нами время жизни равно ут. Заметим, что 10Ве производится в реакциях расщепления в значительных количествах. Если учесть, что космические лучи проходят толщу вещества 5 г / см2, такая оценка возраста дает возможность определить среднюю концентрацию частиц на пути космических лучей к Земле. [23]
Следовательно, малые числа Пекле могут быть получены, если мала средняя скорость движения системы м0 или мала характеристическая длина L. Во многих случаях средние конвективные скорости достигают 0 01 см / с или больше. При этом числа Пекле оказываются не столь малы, чтобы в переносе вещества преобладала диффузия. Таким образом, преобладание диффузионного или конвективного переноса зависит в основном от характеристической длины L. Она уже была определена нами как длина, на которой ощутимы изменения концентрации. Рассмотрим воздушный поток над плоской поверхностью. Если средняя концентрация частиц в воздухе с Q, а концентрация у поверхности равна нулю, то основное изменение концентрации от с Q до нуля происходит вблизи поверхности. Ранее это уже было показано для молекулярной диффузии. Расстояние, на котором происходит это изменение концентрации, и есть характеристическая длина. Другими словами, молекулярная диффузия вносит вклад в конвективную диффузию только в узкой зоне вблизи поверхности. Это чрезвычайно важно, поскольку здесь не только резко уменьшается концентрация, но и скорость. [24]