Дефиниция на транспортните явления

Даниела Натали Диас Сепеда
MC по биомедицинско инженерство и физика

Терминът транспортни явления се отнася главно до три вида процеси: пренос на импулс, пренос на енергия и пренос на маса. Тези три основни области на изследване включват съответно динамика на флуидите, пренос на топлина и пренос на маса на различни химически видове.

Изследването на транспортните явления е фундаментално за развитието на различни научни области, включително физика, химия, машинно инженерство и химическо инженерство, наред с много други. Струва си да се спомене, че по същество всички транспортни явления основават поведението си на законите за запазване (материя и енергия).

транспорт на инерция

Преносът на инерция се отнася до движещи се материали, по-специално течности. Динамиката на флуидите е отговорна за изучаването на тези процеси, която се занимава с принципите, при които протича процесът. движение на течности при различни условия като поток през тръби, турбуленция, отворени канали и др. други. Изследването на трансфера на инерция е полезно в приложения като аеродинамичен дизайн и проектиране на сухопътни превозни средства, дори в биологични системи като кръвния поток в човешкото тяло.

енергиен транспорт

От друга страна, преносът на топлина е основен процес, който описва как енергията под формата на топлина преминава от едно място на друго. Това се случва при три основни механизма, които са проводимост, конвекция и радиация. Проводимостта е пренос на топлина в едно твърдо вещество в контакт с друго, конвекцията е пренос на топлина през него на движение на флуиди и излъчване е преносът на топлина чрез електромагнитни вълни, като микровълни и инфрачервена.

Разбирането как възниква феноменът на пренос на топлина е от съществено значение в приложения като проектирането на топлообменници, устройства за отопление или охлаждане на помещения, кухненски уреди и др. много други.

Пренос на маса

Преносът на маса се отнася до механизма, чрез който материята преминава от едно място на друго в рамките на определена система, или чрез фазова промяна, или чрез включени химически процеси. Тук идва дифузията на съединения или други химически видове, като молекули или йони, описанието на реакциите, които се случват в определени процеси, като физиологични, наред с други. Преносът на маса играе важна роля в операциите на единиците, които се прилагат в промишлени процеси, като абсорбция, екстракция, сушене и дестилация.

Транспортните явления могат да се изучават под лупата на три различни нива, отнасящи се до различни мащаби: макроскопични, микроскопични и молекулни. Започвайки от макроскопично ниво, в което се предлагат уравнения, известни като баланс, които описват как импулсът, енергията и масата в една система са засегнати при определена промяна. Споменатата промяна може да бъде въвеждането или премахването на някои от елементите, дължащи се на входящи вещества, енергия или външни течения. Тези баланси се съсредоточават върху разликите от първоначално състояние до момент от време, когато условието е настъпило в процеса, оставяйки настрана разбирането на всички детайли на системата. Изследването на транспортните явления на макроскопично ниво ни помага да разберем проблема от глобална гледна точка, а в определени приложения, като инженерство, това е всичко, което е необходимо.

Следващото е микроскопичното ниво, под което се изследват малки региони в системата, Уравненията, описващи промяната, също се прилагат тук, но само в рамките на малката област на проучване. Целта на изследването на микроскопично ниво е да се получи информация, по-подробна отколкото на макроскопично ниво, като температура, налягане и концентрационни профили, които могат да бъдат екстраполирани към други региони, за да се получи по-подробна рентгенова снимка на проучване. И накрая, молекулярното ниво се стреми да разбере фундаментално транспортните явления, т.е Тоест разбиране на механизмите на масата, импулса и енергията по отношение на сили и структура молекулярно. Тези видове изследвания се възприемат от научни клонове като теоретична физика, физична химия и много рядко инженерство.

Примери за приложение

Някои приложения на изследването на транспортните явления включват разрешаването на индустриални, биологични, селското стопанство и метеорологията, тогава нека помним, че всички тези процеси се управляват от законите за запазване на материята и енергия. Инженери и учени, посветени на тази област на изследване, използват уравнения, за да моделират тези явления и прогнозира поведението му при различни условия, в допълнение към търсенето на начини за оптимизиране на управляваните процеси за тях. По-конкретно промишлени процеси като дестилация, сушене на зърна и дървесина, процеси на ферментация за производство на храни и напитки, обработка на вода, минно дело, рафиниране на нефт, всички те са разработени и продължават да се усъвършенстват благодарение на прилагането на феномените на транспорт.