Трубка Стефана - Stefan tube

Схема трубки Стефана. Обратите внимание на то, что сверху не обязательно должна быть поперечная горизонтальная труба. Справа математически эквивалентная более простая модель.

В химическая инженерия, а Трубка Стефана это устройство, которое было разработано Йозеф Стефан в 1874 г.[1] Часто используется для измерения коэффициенты диффузии.[1][2] Он состоит из вертикальной трубы, поверх которой течет газ, а на дне находится лужа летучий жидкость, которая поддерживается в бане с постоянной температурой.[1][3][4] Жидкость в бассейне испаряется, распространяется через газ над ним в трубке и уносится потоком газа через горловину трубки наверху.[1][3] Затем измеряется падение уровня жидкости в трубке.[4]

Трубка обычно имеет небольшой диаметр, чтобы не допустить конвекция.[4]

Математическое моделирование трубки Стефана очень похоже на то, как можно моделировать диффузию духи молекулы аромата из (скажем) капли духов на коже или одежде, испаряющейся через воздух к носу человека. Между моделями есть некоторые отличия. Однако оказалось, что они мало влияют на результаты при сильно разбавленных концентрациях пара.[5]

Анализ

При анализе системы делаются различные предположения. Жидкость, условно обозначаемая А, не является ни растворимый в газе в трубке, условно обозначаемый B, ни реагирует с этим.[3] Уменьшение объема жидкости А и увеличение объема газа B с течением времени можно пренебречь для целей решения уравнений, описывающих поведение, и можно сделать предположение, что мгновенный поток в любой момент времени является значением установившегося состояния.[4][2] В этом устройстве нет радиальных или окружных компонентов. градиенты концентрации, возникающие в результате конвекции или турбулентности, вызванной чрезмерно сильным потоком в верхнем отверстии трубки, и поэтому диффузию можно рассматривать как простой одномерный поток в вертикальном направлении.[1][6] В мольная доля из А в верхнем горловине трубки равен нулю, как следствие потока газа.[2] На стыке между А и B поток B равен нулю (потому что не растворяется в А), а мольная доля - равновесное значение.[6][4]

Поток B, обозначенный NB, таким образом, равен нулю по всей трубке,[4] его диффузионный поток вниз (вдоль градиента концентрации) уравновешивается его конвективным потоком вверх, вызванным А.[3][6]

Применяя эти предположения, систему можно смоделировать с использованием Законы диффузии Фика[1] или как Диффузия Максвелла – Стефана.[6]

Рекомендации

Перекрестный индекс

  1. ^ а б c d е ж Линхард, 2019 и раздел 11.7.
  2. ^ а б c Тейлор и Кришна 1993, п. 21.
  3. ^ а б c d Дуонг 1998, п. 343.
  4. ^ а б c d е ж Кирван 1987, п. 88.
  5. ^ Teixeira et al. 2012 г. С. 75–77.
  6. ^ а б c d Тейлор и Кришна 1993, п. 22.

Источники

  • Линхард, Джон Х. IV; Линхард, Джон Х. V (2019). Учебник по теплопередаче (5-е изд.). Минеола, Нью-Йорк: Dover Pub.
  • Дуонг, До D (1998). «Основы диффузии и адсорбции в Porus Media». Адсорбционный анализ: равновесия и кинетика. Серия по химическому машиностроению. 2. World Scientific. ISBN  9781783262243.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Кирван, Дональд Дж. (1987). «Принципы массообмена». В Руссо, Рональд В. (ред.). Справочник по технологии процесса разделения. Джон Вили и сыновья. ISBN  9780471895589.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Тейлор, Росс; Кришна, Р. (1993). Многокомпонентный массообмен. Серия Wiley в химической инженерии. 2. Джон Вили и сыновья. ISBN  9780471574170.CS1 maint: ref = harv (связь)
  • Teixeira, Miguel A .; Родригес, Оскар; Гомеш, Паула; Мата, Вера; Родригес, Алирио (2012). «Перфоманс парфюмерии». Парфюмерная инженерия: дизайн, характеристики и классификация. Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  9780080994079.CS1 maint: ref = harv (связь)

дальнейшее чтение