Словарь научных терминов
Физико-химическая гидродинамика

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ГИДРОДИНАМИКА, изучает механизм и количеств. закономерности процессов переноса в-ва, энергии и импульса через межфазную границу в гетерогенных системах, а также при хим. и фазовых превращениях на границе раздела фаз. Основными объектами исследования являются подвижные среды - жидкие, газообразные, псевдо-ожиженные - и их физико-хим. взаимодействия с ограничивающими твердыми стенками. Процессы переноса, изучаемые Ф.-х. г., протекают в газо-жидкостных хим. реакторах, ректификационных колоннах, абсорберах, скрубберах, отстойниках, кристаллизаторах, электролизерах и др., при сжигании топлива и теплообмене в энергетич. установках, при добыче и обогащении полезных ископаемых на предприятиях нефтяной, газовой и горноперерабатывающей пром-сти.

Первоначально Ф.-х. г. изучала тепло- и массоперенос при конвективном движении среды, сопровождающий прохождение электрич. тока в р-рах электролитов, абсорбцию и экстракцию при движении капель, пузырьков газа, твердых частиц и тонких жидких пленок; исследовалось также влияние ПАВ на волновое движение и массоперенос на пов-сти жидкости и т. п. В подобных системах вблизи межфазной границы образуется гидродинамич. пограничный слой http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/1/6/15216.jpeg скорость течения внутри к-рого постепенно меняется от скорости движения одной фазы (u1) до скорости движения др. фазы (u2). Толщина слоя http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/1/7/15217.jpegи картина течения внутри него помимо скоростей u1 и u2 зависят от вязкости и плотности движущихся фаз, типа течения и др. характеристик контактирующих сред. Напр., вблизи неподвижной твердой стенки, обтекаемой потоком жидкости, внутри пограничного слоя скорость жидкости постепенно нарастает от нуля у твердой стенки до скорости потока и. Если в жидкости содержится к.-л. активный компонент А, участвующий в гетерогенных превращениях или адсорбирующийся на твердой стенке, концентрация этого компонента меняется от значения CsA на стенке до C*A в потоке, что создает внутри жидкости диффузионный пограничный слой (толщинаhttp://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/1/8/15218.jpeg). Перенос компонента А в диффузионном слое http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/1/9/15219.jpeg вблизи межфазной границы осуществляется путем конвективной диффузии в поле постепенно ускоряющейся жидкости. Расчет скорости массообмена в описанных условиях составляет одну из типичных задач Ф.-х. г.

Ф.-х. г. заменила феноменологич. теории, использовавшиеся для описания конвективной диффузии и теплопереноса в физ.-хим. системах, из к-рых была наиб. распространена "пленочная" теория (модель Нернста), принимавшая существование вблизи твердой стенки слоя http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/0/15220.jpeg неподвижной жидкости. Успехи Ф.-х. г. связаны в первую очередь с последоват. применением представлений и расчетного аппарата гидродинамики, а также методов теоретич. физики к случаям конвек-тивного тепло- и массопереноса.

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 объема среды (см. также Массообмен, Переноса процессы, Теплообмен).

Задачи, решаемые Ф.-х. г., условно делят на внешние, внутренние 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 массопереноса компонента А к одиночной капле, движущейся в потоке др. жидкости (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 http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/1/15221.jpegм. б. соизмерима с радиусом капли r0, задача становится внутренней. Наконец, если скорости переноса А снаружи и внутри капли соизмеримы, расчет массопереноса приводит к смешанной задаче. Внеш. задачи характерны для конвективного тепло- и массопереноса в потоках, обтекающих одиночные твердые тела, капли, пузырьки газа или пара и т. п. Внутр. задачи возникают при расчете гидродинамич. сопротивления, тепло- и массопереноса внутри труб, каналов, пленок и т.д. Смешанные задачи типичны для процессов переноса в насадочных слоях, барбо-терах, фильтрах и пр., где существенно взаимное влияние элементов диспергированной фазы.

Для решения ур-ний конвективного переноса применяют стандартные методы мат. физики, спец. интегральные методы, методы теории размерностей и подобия. Последние особенно полезны для получения качеств. зависимостей, при масштабном переходе, разработаны численные методы (конечных разностей, граничных элементов и др.) и компьютерное моделирование.

Для получения количеств. соотношений, описывающих скорость процессов переноса вблизи межфазной границы, в Ф.-х. г. используют два подхода: 1) изучают т. наз. элементарный акт процесса, а затем проводят статистич. описание множества одновременно протекающих "элементарных актов" в макроскопич. системе; 2) вводят эффективные значения физико-хим. параметров системы, усредненных по всей макросистеме или по ее части, и решают ур-ния переноса для указанных эффективных параметров. При таком подходе оказывается необходимым ввести эффективные значения транспортных св-в среды (вязкости, 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, ректификации и др.) широко используют результаты исследования переноса импульса и в-ва между потоком жидкости или газа и одиночными дисперсными включениями (твердыми, жидкими или газообразными). Напротив, при описании фильтрования, хим. превращений в насадочных и псевдоожижен-ных слоях, токообразования в пористых электродах и т. п. удобно применять эффективные значения скорости потока, гидравлич. сопротивления, вязкости, концентрации, электрич. потенциала и др. параметров.

Полученные в результате расчетов значения скорости мас-со(тепло)переноса, т. е. локальное http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/2/15222.jpeg или среднее http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/3/15223.jpeg значение коэф. массо(тепло)передачи на межфазной границе, обычно представляют в виде безразмерных величин - локального (Shx =http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/4/15224.jpegc x/D)или среднего (Sh =http://www.medpulse.ru/image/encyclopedia/2/2/5/15225.jpegl/D) значений числа Шервуда, где c и l соотв. текущее значение координаты на пов-сти и характерный линейный размер рассматриваемой системы, D - коэф. диффузии. В установившемся потоке вязкой жидкости величины Shx и Sh связаны с гидродинамич. параметрами потока (числом Рейнольдса Re) и транспортными св-ва-ми среды (числом Шмидта Sc или числом Прандтля Pr) зависимостью степенного вида. Напр., в случае конвективной диффузии к пов-сти вращающегося диска (одной из классич. задач Ф.-х. г.) указанная зависимость имеет вид Sh = 0,62Re0,5Sc0,33. При турбулентном режиме течения показатели степени меняются. Исследование зависимости Sh от Sc послужило важным методом изучения структуры турбулентного пограничного слоя и использовалось при расчете теплопередачи в жидкометаллич. теплоносителях. Представленная в виде безразмерных критериев скорость переноса удобна для сопоставления данных, полученных в разных условиях эксперимента. Критериальные зависимости используют при конструировании пром. аппаратов, при осуществлении 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 фаз (напр., в газовых диффузионных электродах).

Лит.: Левич В. Г., Физико-химическая гидродинамика, 2 изд., M., 1959; Кафаров В.В., Основы массопередачи, 2 изд., M., 1972; Берд Р., Стью-арт В., Лайтфут E., Явления переноса, пер. с англ., M., 1974; Франк-Каменецкий Д. А., Диффузия и теплопередача в химической кинетике, 3 изд., M., 1987. В. Ю. Филиновский.


1,10-фенантролин 3-фосфоглицераткиназа N-фенилнафтиламины Фаз правило Фазовое равновесие Фазовые переходы Фазовый анализ Фарадея законы Фарадея постоянная Фарадея эффект Фармакокинетика Фармацевтическая химия Фарнезол Фарфор Фаянс Фаянса - пакета правило Фелинга реактив Фелландрены Феназепам Феназин Фенамин Фенантрен Фенетидины Фенетол Фенилаланин Фенилацетальдегид Фенилацетилен Фенилгидразин Фенилендиамины Фенилизоцианат Фенилин Фенилуксусная кислота Фенилфенолы Фенилфлуорон Фенилхлорсиланы Фенилэтиламины Фенилэтиловый спирт Фенкарол Феноксазин Фенол Феноло-альдегидные смолы Феноло-формальдегидные смолы Фенолсульфокислоты Фенолфталеин Фенолы Фенольные смолы Фенопласты Фенотиазин Фентоламин Фенхены Фенхол Фенхон Ферментативный катализ Ферментсодержащие волокна Ферменты Фермий Феромоны Ферредоксин Ферримагнетики Ферриты Ферромагнетики Ферросплавы Ферроцен Фертильные материалы Фибриллированные нити Фибрин Физико-химическая гидродинамика Физико-химическая механика Физико-химический анализ Физическая химия Физические методы анализа Физостигмин Фиксаналы Фиксирование фотографического изображения Фильтрование Финкельштайна реакция Фитогормоны Фиттига реакция Фишера - тропша синтез Фишера - хеппа перегруппировка Фишера реактив Фишера реакция Фишера формулы Флавиновые коферменты Флавон Флавоноиды Флокулянты Флокуляция Флори-q-температура Флорион Флороглюцин Флотация Флуорантен Флуорен Флуоресцентные красители Флуоресцентные отбеливатели Флуоресцентный анализ Флуоресценция Флуоресцирующие красители Флюорит Фолацин Фолиевая кислота Фолина реакция Фолион Фопурин Формазаны Формалин Формальдегид Формамид Форманилид Форматирование Формиаты Форполимеры Фосген Фосгенирование Фосфазосоединения Фосфакол Фосфат-ацетилтрансфераза Фосфатазы Фосфатидилглицерины Фосфатидилинозит Фосфатидилсерины Фосфатидилхолины Фосфатидилэтаноламины Фосфатидовые кислоты Фосфаты конденсированные Фосфаты неорганические Фосфаты органические Фосфиды Фосфиналкилены Фосфинаты Фосфинистые кислоты Фосфиниты Фосфиновые кислоты Фосфиноксиды и фосфинсульфиды Фосфины Фосфиты неорганические Фосфиты органические Фосфоглицериды Фосфодиэстеразы Фосфоенолпируват-карбоксикиназа Фосфоинозитиды Фосфолипазы Фосфолипиды Фосфоназо Фосфонат-фосфатная перегруппировка Фосфонаты Фосфониевые соединения Фосфонистые кислоты Фосфониты Фосфоновые кислоты Фосфор Фосфора галогениды Фосфора кислоты Фосфора оксиды Фосфора тиохлорид Фосфора хлориды Фосфораны Фосфоресцентный анализ Фосфоресценция Фосфорилирование Фосфористая кислота Фосфористой кислоты амиды Фосфоритная мука Фосфориты Фосфорная кислота Фосфорноватая кислота Фосфорноватистая кислота Фосфорной кислоты гексаметилтриамид Фосфорные удобрения Фосфорорганические полимеры Фосфорорганические соединения Фосфорсодержащие гетероциклы Фосфосфинголипиды Фотобумага Фотографическая Фотографические материалы Фотографические эмульсии Фотография цветная Фотография чёрно-белая Фотоионизация Фотокатализ Фотолиз Фотолитография Фотометрический анализ Фотонно-нейтронный анализ Фотоокисление Фотоперенос протона Фотоперенос электрона Фотопластинки Фотоплёнки Фотополимеризация Фоторезисты Фотосинтез Фотохимические реакции Фотохимия Фотохромизм Фотоэлектронная спектроскопия Фотоэлектрохимия Фотоэмульсионные микрокристаллы Фрагментации реакции Франций Фреоны Фреттинг-коррозия Фриделя - крафтса реакция Фридлендера синтез Фрикционные материалы Фриса перегруппировка Фруктаны Фруктоза Фталазин Фталевая кислота Фталевые кислоты Фталевый ангидрид Фталексоны Фталид Фталимид Фталогены Фталодинитрилы Фталоцианиновые красители Фталоцианины Фталоцианогены Фтивазид Фтор Фторакрилатные каучуки Фторволокна Фториды Фторирование Фтористоводородная кислота Фторкаучуки Фторлоны Фторобораты Фторолефины Фторопластовые лаки Фторопласты Фторорганические соединения Фторосиликаты Фторофосфаты Фторсилоксановые каучуки Фтортензиды Фторуглepoды Фторуксусная кислота Фторурацил Фугитивность Фузидиевая кислота Фукоза Фуксины Фуллерены Фульвены Фумарат-гидратаза Фумаровая кислота Фумиганты Фунгициды Функции кислотности Функциональная группа Функциональность полимеров Функциональный анализ Фурадонин Фуразан Фуран Фурановые смолы Фурилдиоксим Фуриловые смолы Фуроксан Фуросемид Фурфуриловый спирт Фурфурол Фурье-спектроскопия