Молекулярная и турблентная диффузия. Первый закон Фика.

Молекулярной диффузией называется перенос распределяемого вещества, обусловленный беспорядочным движением самих молекул. Молекулярная диффузия описывается первым законом Фика, который был установлен немецким ученым А. Фиком в1855 году, согласно которому количества вещества , продиффундировавшего за время через элементарную поверхность (нормальную к направлению диффузии) пропорционально градиенту концентрации этого вещества:

D- коэффициент молекулярной диффузии[ м²/с].

Удельный поток вещества, переносимого молекулярной диффузией

через единицу поверхности (S=1) в единицу времени () равен

-удельное количество вещества или скорость молекулярной диффузии.

Физический смысл коэффициента диффузии- он показывает какое количество вещества диффундирует в единицу времени через единицу

поверхности при градиенте концентрации, равном единице.

M-еще называют потоком вещества.

m-удельный поток вещества.

Знак минус в законе Фика указывает на то, что молекулярная диффузия всегда протекает в направлении уменьшения концентрации

распределяемого компонента.

Коэффициент молекулярной диффузии (D) представляет собой физическую константу, характеризующую способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду. Величина (D) не зависит от гидродинамических условий, в которых протекает процесс.

Значения коэффициента (D) являются функцией свойств распределяемого вещества, свойств среды, температуры и давления. Обычно величины (D) возрастают с увеличением температуры и понижением давления (для газов). В каждом конкретном случае значение (D) определяют по полуэмпирическим уравнениям с учетом температуры и давления.

Коэффициенты диффузии газа в среду другого газа имеют значения , при диффузии газа в жидкость они в10⁴раза меньше и составляют 1 см²/сутки. Таким образом молекулярная диффузия является весьма медленным процессом, особенно в жидкостях.

Количество вещества dMT, переносимого в пределах фазы вследствие турбулентной диффузии, принимается, по аналогии с молекулярной диффузией, пропорционально поверхности , времени и градиенту концентраций и определяется по уравнению

где E- коэффициент турбулентной диффузии.

Соответственно удельный тепловой поток вещества, переносимого путем турбулентной диффузии через единицу поверхности в единицу

времени, или скорость турбулентной диффузии, составляет

Коэффициент турбулентной диффузии(E) показывает какое количество вещества передается посредством турбулентной диффузии в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентрации, равном единице.

Коэффициент выражается в тех же единицах, что и D, т.е. в м²/с. Однако, в отличие от D, коэффициент турбулентной диффузии не является физической константой, он зависит от гидродинамических

условий, определяемых в основном скоростью потока и масштабом турбулентности.