Процессы тепло — и массообмена в природе
Тепломассообмен - раздел физики, в котором рассматриваются процессы переноса теплоты (энергии) и массы (вещества).
Явления теплообмена связаны с необратимым переносом энергии из одной части пространства в другую и вызваны разностью температур.
Явления массообмена связаны с необратимым перемещением вещества из одной части пространства в другую и вызваны разностью концентраций.
Если оба явления сопутствуют друг другу и их приходится рассматривать во взаимосвязи, то соответствующие процессы называют тепломассообменом. Когда явления теплообмена и массообмена мало влияют друг на друга, их можно рассматривать порознь, иногда имеет место только какое-нибудь одно явление. Соответствующие процессы в этих случаях называют процессами тепло - и массообмена, теплообмена, массообмена.
Перенос теплоты и вещества происходит благодаря молекулярному или конвективному процессу.
Молекулярный перенос осуществляется микрочастицами (атомами, молекулами) в среде с неоднородным распределением температуры или концентрации.
Конвективный перенос осуществляется макрообъёмами среды при их перемещении.
Перенос энергии происходит с помощью механизма теплопроводности, конвекции и излучения.
Теплопроводность - молекулярный перенос энергии в сплошной среде, вызванной разностью температур.
Конвекция - перенос энергии совместно молекулярными и конвективными механизмами, вызванный также разностью температур. Излучение - перенос энергии электромагнитными волнами. Этот процесс обусловлен превращением внутренней энергии вещества в энергию излучения, переносом излучения и его поглощением веществом.
Перенос массы происходит с помощью двух механизмов: диффузии и конвективного массообмена.
Диффузия - молекулярный перенос вещества в среде, вызванный разностью концентраций (концентрационная диффузия), температур (термодиффузия) или давлений (бародиффузия).
Конвективный массообмен - перенос массы, вызванный совместным действием конвективного переноса вещества и диффузии.
Приведём примеры, связанные с переносом тепла и массы в природе. Теплообмен человека со средой (тепло - и массообмен); перенос тепла из жилища в окружающую среду и, наоборот, из среды в жилище (теплообмен); перенос энергии от Солнца к Земле (теплообмен); различные способы переработки вещества и продуктов — от приготовления пищи до сложных производственных технологических процессов - также связаны с переносом энергии и вещества в пространстве (тепломассообмен).
Такие процессы, как испарение, сушка, образование облаков, представляют собою целый комплекс явлений тепломассообмена, сопровождающихся фазовыми превращениями.
В некоторых случаях имеют место какие-нибудь одни процессы. Например, процессы диффузии при производстве транзисторов, интегральных схем. В других случаях эти процессы настолько переплетаются, что трудно выделить один из них в качестве основного. Например, при взаимодействии мощных потоков лазерного излучения с веществом происходит нагревание последнего до температуры плавления, затем испарение; испарившееся вещество выбрасывается в окружающее пространство; дальнейшее поступление энергии приводит к ионизации паров, образованию плазмы и т. д.
Благодаря сложности процессов тепломассообмена, целесообразно начать их изучение отдельно, т. е. рассмотреть порознь явления кондукции, конвекции, излучения, диффузии, конвективного массообмена, а затем обратить внимание на более глубокое изучение методов исследования таких явлений, в которых процессы могут встречаться в любой комбинации.
