Стефан Флоу - Stefan flow

Поток Стефана , иногда называемый потоком Стефана , является явлением переноса относительно движения химических частиц по проточным жидкостям (обычно в газовой фазе ) , что индуцируется поток от производства или удаления вида на интерфейсе . Любой процесс, который добавляет интересующие частицы или удаляет их из текущей жидкости, может вызвать поток Стефана, но наиболее распространенные процессы включают испарение , конденсацию , химическую реакцию , сублимацию , абляцию , адсорбцию , абсорбцию и десорбцию . Он был назван в честь австрийского физика, математика и поэта Йозефа Стефана за его раннюю работу по расчету скорости испарения.

Поток Стефана отличается от диффузии, описанной законом Фика , но диффузия почти всегда также происходит в многовидовых системах, которые испытывают поток Стефана. В системах, подвергающихся одному из процессов добавления или удаления компонентов, упомянутых ранее, добавление или удаление порождает средний поток в текущей текучей среде, поскольку текучая среда рядом с границей раздела перемещается за счет добычи или удаления дополнительной текучей среды процессами, происходящими на границе раздела. . Перенос видов этим средним потоком - это поток Стефана. Когда также присутствуют градиенты концентрации видов, диффузия переносит виды относительно среднего потока. Общая скорость переноса частиц затем определяется суммированием потоков Стефана и диффузионных вкладов.

Пример потока Стефана возникает, когда капля жидкости испаряется на воздухе. В этом случае смесь пар / воздух, окружающая каплю, является текущей текучей средой, а граница раздела жидкость / пар капли является границей раздела. По мере того как капля поглощает тепло из окружающей среды , часть жидкости испаряется в пар на поверхности капли и уходит от капли, когда она вытесняется дополнительным паром, испаряющимся из капли. Этот процесс заставляет текучую среду удаляться от капли с некоторой средней скоростью, которая зависит от скорости испарения и других факторов, таких как размер и состав капель. В дополнение к этому среднему потоку, должен существовать градиент концентрации в окрестности капли (предполагая изолированную каплю), поскольку текущая среда - это в основном воздух вдали от капли и в основном пар вблизи капли. Этот градиент вызывает диффузию Фика, которая переносит пар от капли и воздух к ней относительно среднего потока. Таким образом, в рамках капли поток пара от капли быстрее, чем для чистого потока Стефана, поскольку диффузия действует в том же направлении, что и средний поток. Однако поток воздуха от капли медленнее, чем поток чистого Стефана, поскольку диффузия работает, чтобы транспортировать воздух обратно к капле против потока Стефана. Такой поток испаряющихся капель важен для понимания процесса сгорания жидкого топлива, такого как дизельное топливо, в двигателях внутреннего сгорания, а также для конструкции таких двигателей. Поток Стефана от испаряющихся капель и сублимированных частиц льда также играет важную роль в метеорологии, поскольку он влияет на формирование и рассеяние облаков и осадков.

Ссылки

• CT Bowman, Курс по горению , 2004, справочные материалы по курсу Стэнфордского университета для ME 371: Основы горения.
• CT Bowman, Курс по горению , 2005, справочные материалы по курсу Стэнфордского университета для ME 372: Приложения для сжигания.