Определение транспортных явлений

Даниэла Натали Диас Сепеда
М.К. в биомедицинской инженерии и физике

Термин «феномен переноса» относится в основном к трем типам процессов: переносу импульса, переносу энергии и переносу массы. Эти три основные области исследований включают, соответственно, гидродинамику, теплообмен и массоперенос различных химических веществ.

Изучение явлений переноса имеет основополагающее значение для развития различных научных областей, включая физику, химию, машиностроение и химическую технологию, среди многих других. Стоит отметить, что, по сути, все явления переноса основывают свое поведение на законах сохранения (материи и энергии).

импульсный транспорт

Перенос импульса относится к движущимся материалам, в частности к жидкостям. Гидродинамика отвечает за изучение этих процессов, которое касается принципов, согласно которым этот процесс происходит. движение жидкостей в различных условиях, таких как поток через трубы, турбулентность, открытые каналы и т. д. другие. Изучение передачи импульса полезно в таких приложениях, как аэродинамика и проектирование наземных транспортных средств, даже в биологических системах, таких как кровоток в человеческом организме.

энергетический транспорт

С другой стороны, теплообмен — это фундаментальный процесс, который описывает, как энергия в виде тепла передается из одного места в другое. Это происходит по трем основным механизмам: проводимости, конвекции и излучению. Проводимость – это передача тепла в одном твердом теле при контакте с другим, конвекция – это передача тепла через Движение жидкости и излучение — это передача тепла посредством электромагнитных волн, таких как микроволны и инфракрасный.

Понимание того, как происходит явление теплопередачи, имеет важное значение в таких приложениях, как проектирование теплообменники, устройства для обогрева или охлаждения помещений, кухонная техника и многое другое. многие другие.

Массовый трансфер

Массоперенос относится к механизму, с помощью которого вещество переходит из одного места в другое внутри определенной системы либо путем фазового перехода, либо в результате задействованных химических процессов. Здесь идет диффузия соединений или других химических веществ, таких как молекулы или ионы, описание реакций, которые происходят в определенных процессах, например, физиологических, среди других. Массоперенос играет важную роль в единичных операциях, которые применяются в промышленных процессах, таких как абсорбция, экстракция, сушка и дистилляция.

Явления переноса можно изучать под лупой трех разных уровней, относящихся к разным масштабам: макроскопическому, микроскопическому и молекулярному. Начиная с макроскопического уровня, где предлагаются уравнения, известные как баланс, которые описывают, как на импульс, энергию и массу в системе влияют определенные изменения. Указанное изменение может представлять собой введение или удаление некоторых элементов из-за поступления материи, энергии или внешних токов. Эти балансы фокусируются на различиях от начального состояния до момента времени, когда условие возникло в процессе, оставляя в стороне понимание всех деталей системы. Изучение явлений переноса на макроскопическом уровне помогает нам понять проблему с глобальной точки зрения, а в некоторых приложениях, например в технике, это все, что необходимо.

Далее следует микроскопический уровень, на котором исследуются небольшие области внутри системы. Уравнения, описывающие изменение, здесь также применимы, но только в небольшой области изучать. Целью исследования на микроскопическом уровне является получение информации, более подробной, чем на макроскопическом уровне, такой как температура, давление и профили концентрации, которые можно экстраполировать на другие регионы для получения более подробной рентгеновской картины. изучать. Наконец, молекулярный уровень стремится фундаментально понять явления транспорта, то есть То есть понимание механизмов массы, импульса и энергии с точки зрения сил и структуры. молекулярный. Эти типы исследований применяются в таких научных областях, как теоретическая физика, физическая химия и, очень редко, инженерия.

Примеры применения

Некоторые применения изучения явлений переноса включают разрешение промышленных, биологических, сельского хозяйства и метеорологии, то давайте вспомним, что все эти процессы управляются законами сохранения материи и энергия. Инженеры и ученые, работающие в этой области исследований, используют уравнения для моделирования этих явлений и прогнозировать его поведение в различных условиях, а также искать пути оптимизации управляемых процессов. для них. В частности, промышленные процессы, такие как дистилляция, сушка зерна и древесины, процессы ферментации для производства продуктов питания и напитков, водоподготовка, горное дело, нефтепереработка — все они развивались и продолжают совершенствоваться благодаря применению явлений транспорт.