Definition af transportfænomener

Daniela Nataly Díaz Zepeda
MC i biomedicinsk teknik og fysik

Udtrykket transportfænomener refererer hovedsageligt til tre typer processer: momentumtransport, energitransport og massetransport. Disse tre store studieretninger involverer henholdsvis væskedynamik, varmeoverførsel og masseoverførsel af forskellige kemiske arter.

Studiet af transportfænomener er grundlæggende for udviklingen af ​​forskellige videnskabelige områder, herunder fysik, kemi, maskinteknik og kemiteknik, blandt mange andre. Det er værd at nævne, at grundlæggende baserer alle transportfænomener deres adfærd på bevaringslovene (stof og energi).

momentum transport

Momentumtransport refererer til materialer i bevægelse, specifikt væsker. Væskedynamik er ansvarlig for studiet af disse processer, som omhandler de principper, hvorunder processen foregår. bevægelse af væsker under forskellige forhold såsom strømning gennem rør, turbulens, åbne kanaler, blandt andre. Studiet af momentumoverførsel er nyttigt i applikationer såsom aerodynamisk og landkøretøjsdesign, selv i biologiske systemer såsom blodgennemstrømning i den menneskelige krop.

energitransport

På den anden side er varmeoverførsel en grundlæggende proces, der beskriver, hvordan energi i form af varme passerer fra et sted til et andet. Dette sker under tre hovedmekanismer, som er ledning, konvektion og stråling. Ledning er overførsel af varme i et fast stof i kontakt med et andet, konvektion er overførsel af varme igennem af væskebevægelse og stråling er overførsel af varme ved hjælp af elektromagnetiske bølger, såsom mikrobølger og infrarød.

At forstå, hvordan varmeoverførselsfænomenet opstår, er essentielt i applikationer som design af varmevekslere, rumvarme- eller køleapparater, køkkenmaskiner m.fl. mange andre.

Masseoverførsel

Masseoverførsel refererer til den mekanisme, hvorved stof passerer fra et sted til et andet inden for et bestemt system, enten ved en faseændring eller ved involverede kemiske processer. Her kommer diffusionen af ​​forbindelser eller andre kemiske arter, såsom molekyler eller ioner, beskrivelsen af ​​reaktioner, der forekommer i visse processer, såsom fysiologiske, blandt andre. Masseoverførsel spiller en vigtig rolle i enhedsoperationer, som anvendes i industrielle processer, såsom absorption, ekstraktion, tørring og destillation.

Transportfænomener kan studeres under forstørrelsesglasset på tre forskellige niveauer, med henvisning til forskellige skalaer: makroskopisk, mikroskopisk og molekylær. Startende på det makroskopiske niveau, hvor der foreslås ligninger kendt som balance, som beskriver hvordan momentum, energi og masse i et system påvirkes under en vis ændring. Denne ændring kan være indførelse eller fjernelse af nogle af elementerne på grund af input af stof, energi eller eksterne strømme. Disse balancer fokuserer på forskellene fra en begyndelsestilstand til et tidspunkt, hvor tilstanden opstod i processen, idet man ser bort fra forståelsen af ​​alle detaljer i systemet. Studiet af transportfænomener på et makroskopisk niveau hjælper os med at forstå et problem fra et globalt perspektiv, og i visse applikationer, såsom ingeniørarbejde, er det alt, der skal til.

Dernæst er det mikroskopiske niveau, under hvilket små områder i systemet undersøges, Ligninger, der beskriver en ændring, gælder også her, men kun inden for den lille region af undersøgelse. Formålet med en undersøgelse på mikroskopisk niveau er at opnå information, mere detaljeret end på makroskopisk niveau, såsom temperatur, tryk og koncentrationsprofiler, som kan ekstrapoleres til andre regioner for at opnå et mere detaljeret røntgenbillede af undersøgelse. Endelig søger det molekylære niveau grundlæggende at forstå transportfænomener, dvs Det vil sige at forstå mekanismerne for masse, momentum og energi i form af kræfter og struktur molekylær. Disse typer undersøgelser er vedtaget af videnskabelige grene såsom teoretisk fysik, fysisk kemi og meget lejlighedsvis ingeniørvidenskab.

Anvendelseseksempler

Nogle anvendelser af studiet af transportfænomener omfatter opløsning af industrielle, biologiske, landbrug og meteorologi, så lad os huske, at alle disse processer er styret af lovene om bevarelse af stof og energi. Ingeniører og videnskabsmænd dedikeret til dette studiefelt bruger ligninger til at modellere disse fænomener og forudsige dens adfærd under forskellige forhold, udover at søge efter måder at optimere de styret processer på for dem. Mere specifikt industrielle processer såsom destillation, tørring af korn og træ, gæringsprocesser til fremstilling af fødevarer og drikkevarer, vandbehandling, minedrift, olieraffinering, alle af dem blev udviklet og fortsætter med at blive perfektioneret takket være anvendelsen af ​​fænomenerne transportere.