คำจำกัดความของปรากฏการณ์การขนส่ง

ดาเนียลา นาตาลี ดิแอซ เซเปดา
เอ็มซี สาขาวิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์และฟิสิกส์

คำว่าปรากฏการณ์การขนส่งส่วนใหญ่หมายถึงกระบวนการสามประเภท: การขนส่งโมเมนตัม การขนส่งพลังงาน และการขนส่งมวลชน การศึกษาหลักทั้งสามสาขานี้เกี่ยวข้องกับพลศาสตร์ของไหล การถ่ายเทความร้อน และการถ่ายเทมวลของสารเคมีสายพันธุ์ต่างๆ ตามลำดับ

การศึกษาปรากฏการณ์การขนส่งเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ รวมถึงฟิสิกส์ เคมี วิศวกรรมเครื่องกล และวิศวกรรมเคมี และอื่นๆ อีกมากมาย เป็นที่น่าสังเกตว่าโดยพื้นฐานแล้ว ปรากฏการณ์การขนส่งทั้งหมดมีพฤติกรรมตามกฎแห่งการอนุรักษ์ (สสารและพลังงาน)

การขนส่งโมเมนตัม

การขนส่งโมเมนตัมหมายถึงวัสดุที่กำลังเคลื่อนที่ โดยเฉพาะของเหลว พลศาสตร์ของไหลมีหน้าที่รับผิดชอบในการศึกษากระบวนการเหล่านี้ ซึ่งเกี่ยวข้องกับหลักการที่กระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้น การเคลื่อนที่ของของไหลภายใต้สภาวะต่างๆ เช่น การไหลผ่านท่อ ความปั่นป่วน ช่องเปิด เป็นต้น คนอื่น. การศึกษาการถ่ายโอนโมเมนตัมมีประโยชน์ในการใช้งาน เช่น การออกแบบตามหลักอากาศพลศาสตร์และยานพาหนะทางบก แม้แต่ในระบบทางชีววิทยา เช่น การไหลเวียนของเลือดในร่างกายมนุษย์

การขนส่งพลังงาน

ในทางกลับกัน การถ่ายเทความร้อนเป็นกระบวนการพื้นฐานที่อธิบายว่าพลังงานในรูปของความร้อนส่งผ่านจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งได้อย่างไร สิ่งนี้เกิดขึ้นภายใต้กลไกหลักสามประการ ได้แก่ การนำ การพาความร้อน และการแผ่รังสี การนำความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนในของแข็งหนึ่งไปสัมผัสกับอีกของแข็งหนึ่ง การพาความร้อนคือการถ่ายเทความร้อนผ่าน การเคลื่อนที่และการแผ่รังสีของของไหลคือการถ่ายเทความร้อนโดยอาศัยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ไมโครเวฟ และ อินฟราเรด.

การทำความเข้าใจว่าปรากฏการณ์การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นได้อย่างไรเป็นสิ่งสำคัญในการใช้งาน เช่น การออกแบบ เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน อุปกรณ์ทำความร้อนหรือทำความเย็นในห้อง เครื่องใช้ในครัว และอื่นๆ อื่น ๆ อีกมากมาย

การโอนมวล

การถ่ายโอนมวลหมายถึงกลไกที่สสารเคลื่อนผ่านจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งภายในระบบหนึ่งๆ ไม่ว่าจะโดยการเปลี่ยนเฟสหรือโดยกระบวนการทางเคมีที่เกี่ยวข้อง ต่อไปนี้เป็นการแพร่กระจายของสารประกอบหรือสารเคมีชนิดอื่นๆ เช่น โมเลกุลหรือไอออน คำอธิบายของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกระบวนการบางอย่าง เช่น กระบวนการทางสรีรวิทยา และอื่นๆ อีกมากมาย การถ่ายเทมวลมีบทบาทสำคัญในการทำงานของหน่วย ซึ่งนำไปใช้ในกระบวนการทางอุตสาหกรรม เช่น การดูดซับ การสกัด การทำแห้ง และการกลั่น

ปรากฏการณ์การขนส่งสามารถศึกษาได้ภายใต้แว่นขยายที่มีสามระดับที่แตกต่างกัน ซึ่งอ้างอิงถึงระดับที่แตกต่างกัน: มองเห็นด้วยตาเปล่า จุลทรรศน์ และโมเลกุล เริ่มต้นที่ระดับมหภาค ซึ่งมีการเสนอสมการที่เรียกว่าสมดุล ซึ่งอธิบายว่าโมเมนตัม พลังงาน และมวลในระบบได้รับผลกระทบอย่างไรภายใต้การเปลี่ยนแปลงบางอย่าง การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวอาจเป็นการนำเข้าหรือการกำจัดองค์ประกอบบางส่วน เนื่องจากการป้อนเข้าของสสาร พลังงาน หรือกระแสภายนอก เครื่องชั่งเหล่านี้มุ่งเน้นไปที่ความแตกต่างจากสถานะเริ่มต้นจนถึงจุดในเวลาที่มีเงื่อนไขเกิดขึ้นในกระบวนการ โดยละทิ้งความเข้าใจในรายละเอียดทั้งหมดของระบบ การศึกษาปรากฏการณ์การขนส่งในระดับมหภาคช่วยให้เราเข้าใจปัญหาจากมุมมองทั่วโลก และในการใช้งานบางอย่าง เช่น วิศวกรรม นั่นคือสิ่งที่จำเป็นเท่านั้น

ถัดไปคือระดับจุลทรรศน์ซึ่งมีการตรวจสอบบริเวณเล็กๆ ภายในระบบ สมการที่อธิบายการเปลี่ยนแปลงยังใช้ที่นี่ แต่เฉพาะภายในขอบเขตเล็กๆ ของ ศึกษา. วัตถุประสงค์ของการศึกษาในระดับจุลภาค คือเพื่อให้ได้ข้อมูลที่มีรายละเอียดมากกว่าในระดับมหภาค เช่น อุณหภูมิ ความดัน และ โปรไฟล์ความเข้มข้น ซึ่งสามารถคาดการณ์ไปยังบริเวณอื่นๆ เพื่อให้ได้ภาพเอ็กซ์เรย์ที่มีรายละเอียดมากขึ้น ศึกษา. ในที่สุดระดับโมเลกุลพยายามที่จะเข้าใจปรากฏการณ์การขนส่งโดยพื้นฐานนั่นคือ นั่นคือการทำความเข้าใจกลไกของมวล โมเมนตัม และพลังงานในแง่ของแรงและโครงสร้าง โมเลกุล การศึกษาประเภทนี้ได้รับการยอมรับจากสาขาวิทยาศาสตร์ เช่น ฟิสิกส์เชิงทฤษฎี เคมีกายภาพ และวิศวกรรมศาสตร์เป็นครั้งคราว

ตัวอย่างการใช้งาน

การประยุกต์ในการศึกษาปรากฏการณ์การขนส่งบางประการ ได้แก่ ความละเอียดทางอุตสาหกรรม ชีวภาพ เกษตรกรรมและอุตุนิยมวิทยา ขอให้เราจำไว้ว่ากระบวนการทั้งหมดนี้อยู่ภายใต้กฎการอนุรักษ์สสารและ พลังงาน. วิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่อุทิศตนให้กับการศึกษาสาขานี้ใช้สมการเพื่อสร้างแบบจำลองปรากฏการณ์เหล่านี้และ คาดการณ์พฤติกรรมภายใต้เงื่อนไขต่างๆ นอกเหนือจากการมองหาวิธีเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการที่ควบคุม สำหรับพวกเขา. โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการทางอุตสาหกรรม เช่น การกลั่น การอบแห้งเมล็ดพืชและไม้ กระบวนการหมักเพื่อการผลิตอาหารและเครื่องดื่ม การบำบัดน้ำ การทำเหมือง การกลั่นน้ำมัน ทั้งหมดนี้ได้รับการพัฒนาและยังคงสมบูรณ์แบบต่อไปด้วยการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์ของ ขนส่ง.