Условия термодинамического равновесия

В процессе переноса тепла (тепловое равновесие) условие равновесия определяется простым измерением  соприкасающихся фаз.

При переносе импульса (механическое равновесие) условие равновесия определяется измерением давления в соприкасающихся фазах.

Намного сложнее определение равновесия в процессах переноса массы. В замкнутой системе, которая состоит из двух и более фаз, переход возникает самопроизвольно и протекает до тех пор, пока не установится подвижное равновесие. Когда система достигла равновесия, она может находиться в нем сколь угодно долго, пока какое-либо воздействие не выведет её из данного состояния.

Таким образом, равновесное состояние изолированной системы определяется только внутренними условиями:

; ; , где температура, Р – давление,  химический потенциал i-го компонента

Все самопроизвольные процессы протекают в направлении достижения состояния равновесия. Чем больше система отклоняется от равновесия, тем выше скорость переноса субстанций. На практике: к открытым системам подводят вещество или энергию, тем самым осуществляют процесс переноса.

Законы переноса количества движения (импульса), энергии (теплоты) и массы

В химической технологии процессы переноса наиболее часто протекают в жидких, газовых и паро-газовых фазах при их движении или перемешивании. Скорость переноса зависит от гидродинамических условий в аппарате. Поэтому рассмотрим некоторые понятия гидравлики.

Гидравлика

- наука, изучающая законы равновесия и движения различных жидкостей.

Гидравлика подразделяется на гидростатику (изучает законы равновесия жидкости в состоянии покоя) и гидродинамику (изучает законы движения жидкости). (жидкости - это газы, пары, жидкости), то есть все вещества обладающие текучестью.  

Идеальная жидкость - абсолютно несжимаемая жидкость, не обладающая вязкостью.

Реальные жидкости - капельные и упругие. Капельные жидкости можно считать практически несжимаемыми.

Основные характеристики потока

Расход жидкости-объем жидкости, протекающий через какое-либо сечение потока в единицу времени называется объемным расходом жидкости. ; (м³/с)

В разных точках сечения потока скорость частиц жидкости неодинакова - на оси -max, у стенки=0. Поэтому в инженерных расчетах используют среднюю скорость, допуская, что все частицы потока движутся с одинаковой скоростью.

(м/с); (1)      S- площадь сечения потока      

Массовый расход жидкости:          (2)

(1) и (2)- называются уравнениями расхода.

Виды движения

При установившемся движении ; Скорость не зависит от времени , т.е. скорость является функцией только координат. .

При неустановившемся движении  и

(неустановившееся движение – истечение жидкости из отверстия в сосуде).

Режимы движения

.Существуют 2 принципиально различных вида движения - ламинарный и турбулентный. Переход от ламинарного движения к турбулентному зависит не только от скорости , но и от физических свойств жидкости .

Безразмерный комплекс, который называется критерием Рейнольдса, позволяет судить о режиме движения ;

ламинарное движение;

турбулентное движение.

2300 10000- переходный режим (движение неустойчиво).

(гладкие трубы). При шероховатости _кр может снижаться.

Когда жидкость движется по каналам некруглого сечения, вместо используют диаметр _э. _, где s - сечение потока; - смоченный периметр.