Zjawiska transportu 22-1

Podobne dokumenty
Wykład 3 Zjawiska transportu Dyfuzja w gazie, przewodnictwo cieplne, lepkość gazu, przewodnictwo elektryczne

Termodynamika. Część 12. Procesy transportu. Janusz Brzychczyk, Instytut Fizyki UJ

Gaz doskonały w ujęciu teorii kinetycznej; ciśnienie gazu

FIZYKA CZĄSTECZKOWA I TERMODYNAMIKA

WŁASNOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY

Projekt Inżynier mechanik zawód z przyszłością współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

wymiana energii ciepła

Teoria kinetyczna gazów

S ścianki naczynia w jednostce czasu przekazywany

Ciśnienie i temperatura model mikroskopowy

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Aerodynamika I Efekty lepkie w przepływach ściśliwych.

Testy Która kombinacja jednostek odpowiada paskalowi? N/m, N/m s 2, kg/m s 2,N/s, kg m/s 2

Układ termodynamiczny

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

SPRĘŻ WENTYLATORA stosunek ciśnienia statycznego bezwzględnego w płaszczyźnie

Przemiany energii w zjawiskach cieplnych. 1/18

Aerodynamika i mechanika lotu

Kinetyczna teoria gazów Termodynamika. dr Mikołaj Szopa Wykład

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

J. Szantyr Wykład nr 27 Przepływy w kanałach otwartych I

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

FIZYKA STATYSTYCZNA. d dp. jest sumaryczną zmianą pędu cząsteczek zachodzącą na powierzchni S w

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA. Poszukiwanie optymalnej średnicy rurociągu oraz grubości izolacji

Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej. Spis przyrządów: waga techniczna (szalkowa), komplet odważników, obciążnik, ławeczka.

Statyka płynów - zadania

Podstawy fizyki sezon 1 X. Elementy termodynamiki

1.5. ZWIĄZKI KONSTYTUTYWNE STRONA FIZYCZNA

Ćwiczenie N 13 ROZKŁAD CIŚNIENIA WZDŁUś ZWĘśKI VENTURIEGO

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

ĆWICZENIE 1. (8.10) Rozciąganie statycznie wyznaczalne, pręty o skokowo zmiennym przekroju, kratownice, Obciążenia termiczne.

Max liczba pkt. Rodzaj/forma zadania. Zasady przyznawania punktów zamknięte 1 1 p. każda poprawna odpowiedź. zamknięte 1 1 p.

Podstawowe prawa opisujące właściwości gazów zostały wyprowadzone dla gazu modelowego, nazywanego gazem doskonałym (idealnym).

KLUCZ PUNKTOWANIA ODPOWIEDZI

Wykład FIZYKA I. 15. Termodynamika statystyczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Wykład 1 i 2. Termodynamika klasyczna, gaz doskonały

WYMIANA CIEPŁA i WYMIENNIKI CIEPŁA

J. Szantyr Wykład nr 20 Warstwy przyścienne i ślady 2

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Zasady oceniania karta pracy

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

FIZYKA R.Resnick & D. Halliday

Zasada zachowania pędu i krętu 5

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

J. Szantyr - Wykład 3 Równowaga płynu

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Podstawy termodynamiki

Prawa ruchu: dynamika

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

Metoda Elementów Skończonych

PROFIL PRĘDKOŚCI W RURZE PROSTOLINIOWEJ

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

Ruch drgający. Ruch harmoniczny prosty, tłumiony i wymuszony

PORÓWNANIE WPŁYWU WYBRANYCH PARAMETRÓW CIĄGNIKA ROLNICZEGO NA JEGO DRGANIA

DYNAMIKA ŁUKU ZWARCIOWEGO PRZEMIESZCZAJĄCEGO SIĘ WZDŁUŻ SZYN ROZDZIELNIC WYSOKIEGO NAPIĘCIA

Modele matematyczne procesów, podobieństwo i zmiana skali

WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY

POWODZENIA! ZDANIA ZAMKNIĘTE. WOJEWÓDZKI KONKURS FIZYCZNY [ETAP SZKOLNY] ROK SZKOLNY 2009/2010 Czas trwania: 90 minut KOD UCZESTNIKA KONKURSU.

Wnikanie ciepła przy konwekcji swobodnej. 1. Wstęp

Stany skupienia materii

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

ZALEŻNOŚĆ CIŚNIENIA PARY NASYCONEJ WODY OD TEM- PERATURY. WYZNACZANIE MOLOWEGO CIEPŁA PARO- WANIA

Jednostki podstawowe. Tuż po Wielkim Wybuchu temperatura K Teraz ok. 3K. Długość metr m

Przepływy laminarne - zadania

Fizyka 14. Janusz Andrzejewski

Temperatura, ciepło, oraz elementy kinetycznej teorii gazów

GAZ DOSKONAŁY. Brak oddziaływań między cząsteczkami z wyjątkiem zderzeń idealnie sprężystych.

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 3 19.X Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

Grupa A. Sprawdzian 2. Fizyka Z fizyką w przyszłość 1 Sprawdziany. Siła jako przyczyna zmian ruchu

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

Plan wynikowy fizyka rozszerzona klasa 3a

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Zasada zachowania pędu

KĄCIK ZADAŃ Drugi stopień olimpiady fizycznej na Ukrainie (rok 2000)

J.Szantyr Wykład nr 5 Podobieństwo przepływów II Analiza wymiarowa równania zachowania energii. Postać wyjściowa równania zachowania energii:

Metoda Elementów Skończonych

Awarie. 4 awarie do wyboru objawy, możliwe przyczyny, sposoby usunięcia. (źle dobrana pompa nie jest awarią)

7. Drgania i fale. Drgania

Spotkania z fizyka 2. Rozkład materiału nauczania (propozycja)

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

Wykład 6: Przekazywanie energii elementy termodynamiki

podać przykład wielkości fizycznej, która jest iloczynem wektorowym dwóch wektorów.

Zaburzenia periodyczności sieci krystalicznej

Technika próżni / Andrzej Hałas. Wrocław, Spis treści. Od autora 9. Wprowadzenie 11. Wykaz ważniejszych oznaczeń 13

STATYKA I DYNAMIKA PŁYNÓW (CIECZE I GAZY)

5. Ruch harmoniczny i równanie falowe

Układ termodynamiczny Parametry układu termodynamicznego Proces termodynamiczny Układ izolowany Układ zamknięty Stan równowagi termodynamicznej

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

Projekt METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH w programie COMSOL Multiphysics 3.4

Transkrypt:

Zjawiska transport - Zjawiska transport Zjawiska transport są zjawiskai, które występją jeżeli kład terodynaiczny nie jest w stanie równowagi: i v! const - w kładzie występje akroskopowy przepływ gaz lb cieczy, ii n const - w kładzie występją różnice stężeń, iii T const - w kładzie występją różnice teperatry W przypadk i występje zjawisko nazywane lepkością albo transporte pęd W przypadk ii występje zjawisko dyfzji albo transport asy W przypadk iii występje przewodnictwo cieplne albo transport energii Zjawiska transport związane są z oddziaływaniai iędzy cząsteczkai jakie ają iejsce w czasie ich zderzeń, są zate konsekwencją specyficznych sił iędzycząsteczkowych i skończonych roziarów cząsteczek Zjawiska transport ożna wyjaśnić, jeżeli przyjie się odel cząsteczek kl bilardowych o określonej średnicy i oddziałjących tylko w czasie sprężystych zderzeń d 0 ~ 0 Średnice cząsteczek są rzęd W warnkach noralnych w gazie średnie odległości iędzy cząsteczkai są rzęd 0 7 Średnia droga swobodna cząsteczki i średni czas iędzy zderzeniai Do zderzenia dochodzi jeżeli r < d

Zjawiska transport - W czasie t cząsteczka przebywa średnio drogę zakreślając objętość V v t, v d π W tej objętości średnio znajdje się N V n środków innych cząsteczek gaz, z któryi wybrana cząsteczka zderza się Zate w czasie t cząsteczka zderza się średnio z N n v π d t t razy W jednostce czas zachodzi zate średnio zderzeń N s π d n v t Ponieważ inne cząsteczki też się porszają, to we wzorze powinna występować średnia względna prędkość cząsteczek, która jest razy większa Ostatecznie średnia częstość zderzeń wynosi s π d a średni czas iędzy zderzeniai n v ~ 0 9 s -, 9 τ ~ 0 s π d n v

Zjawiska transport -3 Średnia odległość przebywana przez cząsteczkę iędzy kolejnyi zderzeniai nazywa się średnią drogą swobodną i wynosi 7 λ v τ ~ 0 π d n W warnkach noralnych w gazie λ >> d >> d Zjawisko lepkości w gazie rozrzedzony ( λ ) Między dwiea płaszczyznai, które porszają się względe siebie z prędkością v znajdje się warstwa rozrzedzonego gaz Porszająca się płaszczyzna wprawia w rch dodatkowe asy gaz z czy związana jest siła opor nazywana siłą lepkości W warstwie gaz o grbości h prędkość przepływ gaz zienia się od v do 0! Występje zate gradient średniej prędkości v (z " ) skierowany prostopadle do prędkości przepływ Siła lepkości występje również w say gazie iędzy sąsiednii warstwai porszającyi się z innyi prędkościai Jej źródłe jest wyiana cząsteczek iędzy warstwai Zaznaczoną warstwę cząsteczki opszczają i wnikają do niej w wynik rch tericznego cząsteczek!"wyiana cząsteczek przez dolną granicę powodje spowolnienie warstwy i przyspieszenie dolnej!"wyiana cząsteczek przez górną granicę powodje przyspieszenie warstwy i spowolnienie górnej

Zjawiska transport -4 Prędkość przepływ gaz a składową pozioą << v dżo niejszą od średniej prędkości rch tericznego i zieniającą się wraz ze współrzędną z Weźy pod wagę owną powierzchnię graniczną iędzy warstwai gaz na wysokości z Cząsteczki porszają się w przypadkowych kiernkach i w czasie t średnio przejdzie przez powierzchnię ograniczającą warstwę z góry w dół n v t i taka saa liczba przejdzie z doł do góry Cząsteczki przechodzące z doł do góry ostatni raz zderzyły się z innyi średnio w odległości λ poniżej, czyli w iejsc o współrzędnej z + λ Zate ich składowa pozioa prędkości wynosi ( z + λ) Przenoszą one wszystkie składową pęd p (związaną z przepływe) w ilości n v ( z + λ ) t Podobnie cząsteczki przechodzące z góry w dół przenoszą przez powierzchnię graniczną pęd n v ( z λ ) t Wypadkowy transport pęd przez powierzchnię iędzy warstwai wyniesie Ostatecznie wynosi on n v t [ ( z λ ) ( z + λ)] n v λ t 3 ( z + λ) ( z λ) ( z) + ( z) λ λ

Zjawiska transport -5 Zgodnie z II zasadą dynaiki ziana pęd na jednostkę czas równa jest sile (lepkości) Fz n v λ S η 3 Nowy współczynnik nazywa się współczynnikie lepkości (t obliczony dla gaz rozrzedzonego) W naszy przykładzie η n v λ 3 F η ~ h jest proporcjonalna do prędkości h, czyli wartość siły lepkości W gazie zate 3kT λ π d oraz v n kt η n v λ v 3 3 πd πd η ~ Lepkość nie zależy od ciśnienia gaz jeżeli tylko gaz jest rozrzedzony ( λ >> d ) ale nie za bardzo W gazie bardzo rozrzedzony ( λ > D ) doinją zderzenia z porszającyi się powierzchniai i siła lepkości zleży od ciśnienia T

Zjawiska transport - Przewodnictwo cieplne (transport energii) w gazie rozrzedzony W stanie stacjonarny (stalony) w gazie stali się rozkład teperatry wzdłż osi z od T do T Przez gaz przepływa ciepło Gaz nie jest w stanie równowagi (występje gradient teperatry) Cząsteczki przechodzą przez owną powierzchnię graniczną z const w obie strony przenosząc energię (kinetyczną rch tericznego) n v t E( z λ) Energia przenoszona przez cząsteczki z doł do góry n v t E( z + λ) i z góry na dół Wypadkowy transport energii (ciepła) przez powierzchnię graniczną z const wynosi E Q n v t λ Q W - strień ciepła S t E E T T E c np: kt c k T E 3 3 i Strień ciepła ilość ciepła przewodzonego przez jednostkową powierzchnię w jednostce czas

Zjawiska transport -7 Strień ciepła (energii) jest wektore o kiernk gradient teperatry i przeciwny zwrocie S Qz T n v λ c 3! S Q S Qz T κ κ - współczynnik przewodnictwa cieplnego! κ gradt κ T równanie przewodnictwa cieplnego Dla gaz rozrzedzonego κ wynosi c c κ n v c λ v 3 3 πd πd kt dla argon w T 73 K W κ 5 0 K κ ~ T κ η c CV M C V ciepło olowe M asa olowa W rzeczywistości κ η C V M (3, 5)

Zjawiska transport -8 Dyfzja (transport asy) Dla proszczenia rachnków zajiey się zjawiskie saodyfzji Z saodyfzją ay do czynienia jeżeli gaz składa się z cząsteczek jednego rodzaj, z których część jest oznaczona (np radioaktywna albo różniąca się składe izotopowy) Np CO : C O 8 O i 4 C O O n koncentracja cząsteczek znaczonych W stanie równowagi n const jest stała w całej objętości Załóży, że z jakiegoś powod w gazie został wytworzony nierównoierny rozkład cząsteczek znaczonych przy czy ciśnienie jest stałe n n( z) n const W takiej sytacji kład nie jest jż w stanie równowagi Oznaczy przez J z - strień cząsteczek znaczonych przez powierzchnię z const C N J z S t Strień cząsteczek liczba cząsteczek przechodzących przez jednostkową powierzchnię w jednostce czas Podobnie jak poprzednio ożey zapisać J z n vn ( z λ ) vn ( z + λ) vλ 3 n J z D Powyższe równanie to jednowyiarowe równanie saodyfzji

Zjawiska transport -9 D współczynnik saodyfzji Dla gaz rozrzedzonego D v λ 3 D pπd ( kt ) 3 D ~ ~ dla T const n p 3 D ~ T dla p const dla N w teperatrze T 73 K i pod ciśnienie p at 4 D 0,85 0 s D gdzie ρ - jest gęstością gaz η n ρ Rzeczywista wartość stosnk D η (3,5) ρ