Massa almashinish jarayoni mexanizmi Reja: 1. Massa o’tkazish, massa berish koeffitsiyentlari o’rtasidagi bog’liqliklar. 2. Massa almashinish jarayonlarining modellari. Asosiy tushuncha va atamalar. 1. Massa o’tkazish, massa berish koeffitsiyentlari o’rtasidagi bog’liqliklar. Ma’lumki biror modda massasining ikkinchi fazaga ajratib turuvchi yuza orqali o’tishi massa o’tkazish deb nomlanadi. Bu jarayon juda murakkabdir, chunki massa berish va turbulent oqimlarning gidrodinamik qonuniyatlari yaxshi o’rganilmagan. suyuqlik va gaz (bug`) yoki ikkala faza orasida massa o’tkazish jarayonini tushuntiruvchi sxema keltirilgan. Fazalar bir - biriga nisbatan turbulent rejimga oid tezlikda harakat qilmoqda va ular o’rtasida ajratuvchi yuza mavjud. Tarqaluvchi modda massasi M faza Фу (ammiakning havo bilan aralashmasi)dan suyuq faza Фх (suv) ga o’tmoqda. Shunday qilib, Фх faza yadrosidan fazalarni ajratib turuvchi yuzaga va ajratib turuvchi yuzadan Fx fazaning yadrosiga massa berish jarayoni sodir bo’ladi. Ajratuvchi yuza qarshiligini (agar uning miqdori sezilarli bo’lsa) engib, bir fazadan ikkinchisiga massa o’tadi, ya’ni massa o’tkazish jarayoni ro’y beradi. Ma’lumki, massa almashinish jarayoni har bir fazadagi oqim turbulentlik tuzilishi bilan uzviy ravishda bog‘liq. Gidrodinamikadan ma’lumki, suyuqlik oqimining devor yaqinida harakat paytida chegaraviy qatlam hosil bo‘ladi. Har bir faza yadro va chegaraviy qatlamdan tashkil topgan bo‘ladi. Faza yadrosida moddaning tarqalishi ko‘pchilik hollarda turbulent pulsasiya yordamida amalga oshadi va tarqaluvchi moddaning konsentrasiyasi, 5.8-rasmda ko‘rsatilgandek, o‘zgarmas bo‘ladi. Chegaraviy qatlamda esa, turbulentlik asta sekin so‘nib, konsentrasiya esa o‘zgarib boradi. Ajratuvchi yuzaga yaqinlashgan sari, konsentrasiya o‘zgarishi keskinlashadi. Bevosita ajratuvchi yuzada moddaning tarqalish tezligi juda kichik bo‘ladi va u molekulyar diffuziyaning tezligiga bog‘liq bo‘lib qoladi. Fazalararo ishqalanish va sirtiy taranglik kuchlari ta’sirida ajratuvchi yuza yaqinida konsentrasiya keskin, to‘g‘ri chiziqli qonun bo‘yicha o‘zgaradi. Shunday qilib, suyuqlik oqimining turbulent harakati paytida faza yadrosidan ajratuvchi yuzagacha yoki teskari yo’nalishda massaning berilishi ham molekulyar, ham turbulent diffuziyalar usulida boradi. Lekin, tarqalayotgan massaning asosiy qismi turbulent diffuziya usulida o’tadi. Demak, massa almashinish jarayonini intensivlash uchun oqim turbulentlik darajasini ko’paytirib, chegaraviy qatlam qalinligini kamaytirish zarur. Ma’lumki, oqim turbulentlik darajasini ko’paytirish uchun suyuqlik tezligini oshirish kerak bo’lsa, chegaraviy qatlam qalinligini kamaytirish uchun aralashtirish, pulsastiya, tebranish, elektromagnit maydon yoki ultratovush kabi usullarni qo’llash mumkin. Ishchi va muvozanat konstentrastiyalari orasida chiziqli bog`liqlik sharoitida, biror G fazadan L fazaga massa o’tkazish jarayonini ko’rib chiqamiz. Fazalarni ajratuvchi chegarada muvozanat holatiga erishiladi deb qabul qilamiz. G fazadan fazalarni ajratuvchi chegaraviy yuzaga tarqalgan modda miqdori ushbu tenglamadan topiladi: Fazalarni ajratuvchi chegaraviy yuzadan L faza yadrosiga berilgan modda miqdori esa quyidagi tenglamadan aniqlanadi: Muvozanat konstentrastiya ym=mx ekanligi ma’lum bo’lgani uchun, L fazadagi konstentrastiya x ni G fazadagi muvozanat konstentrastiyasi orqali ifodalasa mumkin: Yuqorida keltirilgan oxirgi ikki tenglamalarning chap va o’ng tomonlarining yig`indisi, hamda ych = ymch ga tengligini hisobga olsak ushbu ko’rinishdagi tenglamani olamiz: Massa o’tkazishning asosiy tenglamasidan: Xuddi shu usulda L faza uchun massa o’tkazish koeffistientini aniqlash formulasini keltirib chiqaramiz: 2. Massa almashinish jarayonlarining modellari. Massa berish mexanizmi bir vaqtda ham molekulyar, ham konvektiv usullarda massa o’tish bilan xarakterlanadi. Massa o’tkazish esa, undan ham murakkab jarayondir, chunki fazalarni ajratuvchi chegaraning ikkala tomonida massa berish jarayonlari ro’y beradi. Shu kungacha fazalar orasidagi harakatchan yuza chegarasida boradigan massa o’tkazish jarayonining nazariyasi yaratilmagan. Shuning uchun ham massa o’tkazish mexanizmining bir qator soddalashtirilgan nazariy modellari ishlab chiqilgan. Ko’pchilik modellar quyidagi tahminlar asosida yaratilgan: 1. Bir fazadan ikkinchisiga massa o’tish jarayonidagi umumiy qarshilik ikkala faza va ularni ajratuvchi yuza qarshiliklarining yig`indisiga teng. Lekin, ko’pincha ajratuvchi yuzadagi qarshilik nolga teng deb hisoblanadi. Unda, umumiy qarshilikni fazalar qarshiliklari yig`indisi deb qarash mumkin; 2. Ajratuvchi yuzada fazalar muvozanat holatida bo’ladi. Yupqa qatlamli model. Bu model eng birinchilaridan bo’lib, Lyuis va Uitmenlar tomonidan taklif etilgan. Ushbu modelga binoan, har bir fazada uning bevosita chegarasiga qo’zg`almas yoki laminar harakatlanuvchi yupqa qatlam yondashib turadi. Yupqa qatlamda massa faqat molekulyar diffuziya usulida tarqaladi. Massa berishga qarshilikning hammasi yupqa qatlamda mujassamlashgan. Shuning uchun, konstentrastiyalar gradienti faqat chegaraviy yupqa qatlam ichida hosil bo’ladi, chunki fazalar yadrosida konstentrastiyalar o’zgarmas va son jihatidan o’rtacha konstentrastiyalarga tengdir. Undan tashqari, yuqorida qabul qilingan tahminlar bu modelga ham taalluqli. Shunday qilib, ushbu model sxemasining Yupqa qatlamli modelga binoan, vaqt birligida tarqalgan massa miqdori quyidagi tenglamadan aniqlanishi mumkin: bu yerda С0va Сч– faza yadrosi va ularni ajratib turuvchi chegaradagi konstentrastiyalar;  – chegaraviy yupqa qatlamning effektiv qalinligi; D/ef – massa berish tezligini xarakterlovchi koeffistient. Ushbu modelda ajratuvchi yuza atrofidagi gidrodinamik sharoitlar ancha soddalashtirilgan. Molekulyar va turbulent diffuziyalarni ajratib turuvchi chegarasida turbulent pulsastiyalarning so’nishi, sistemaning fizik va geometrik kattaliklari hisobga olinmagan. Shu sabablarga ko’ra, ko’pchilik tajribalarda olingan natijalarda M~D bog`liqlik isbotlanmagan. Undan tashqari, chegaraviy qatlamning effektiv qalinligini o’lchash yoki formulalar yordamida hisoblash qiyin. Diffuzion chegaraviy qatlamli model. Ushbu modelda fazalarni ajratuvchi chegara yaqinidagi sharoitlar aniqroq hisobga olingan. «Qattiq jism – suyuqlik» sistemasidagi nisbatan yuqori aniqlikka ega model rus olimlari Landau va Levich tomonidan yaratilgan. Ko’rinib turibdiki, faza yadrosida konstentrastiya o’zgarmas (С0=const) bo’lib, turbulent chegaraviy qatlamda asta-sekin kamayib boshlaydi. Qovushoq qatlamga yaqinlashgan sari turbulent pulsastiyalar so’nib boradi. Lekin, qovushoq qatlamda konstentrastiya sezilarli darajada kamayadi. Bu qatlamda ishqalanish kuchlari katta bo’lgani uchun suyuqlik harakati laminar rejimga to’g`ri keladi. Natijada molekulyar diffuziya usulida tarqalayotgan moddaning ulushi ortib boradi. Lekin, qovushoq qatlam 0 ning katta qismiga turbulent diffuziya usulida tarqaladigan massaning miqdori molekulyar diffuziyanikiga qaraganda nisbatan ko’p. Faqat diffuzion qatlam  dagina massaning o’tishi butunlay molekulyar diffuziya yo’li bilan tarqaladi. Diffuzion qatlamda konstentrastiya keskin o’zgaradi va bu o’zgarish to’g`ri chiziq bo’yicha boradi. Qovushoq qatlam qalinligi va 0 diffuzion qatlam qalinligi  o’rtasida quyidagi bog`liqlik bor: Ko’pincha, tajriba yo’li bilan aniqlanadi va «qattiq jism – suyuqlik» sistemasi uchun m=3, «suyuqlik – gaz», «suyuqlik – suyuqlik» sistemasi uchun m = 2 va tenglamaga asosan M~D 0,66 , hamda M~D 0,5 . Shunday qilib, turbulentlik asta-sekin va uzluksiz ravishda so’nib boradi va qattiq jism yuzasi yaqinida pulsastion tezlik nolga tenglashadi,  D  0 . Harakatchan ajratuvchi yuzaga ega bo’lgan «suyuqlik - gaz» va «suyuqlik - suyuqlik» sistemalaridagi sirtiy taranglik kuchlari, xuddi qattiq yuzada ishqalanish kuchi kabi ta’sir etadi. Lekin, shu kungacha turbulent pulsastiyalarning so’nish qonuni topilmaganligi uchun m ning qiymatini nazariy yo’l bilan aniqlab bo’lmaydi. Yuqorida ko’rib chiqilgan modellarda modda o’tishi uzluksiz deb tahmin qilingan. Lekin, to’qnashish yuzasining yangilanish modeli (Dankverts va Kishinevskiylar tomonidan yaratilgan) da massa almashinish jarayoni uzlukli bo’ladi, ya’ni vaqt o’tishi bilan o’zgarib turadi. Kishinevskiy M.X tomonidan taklif etilgan modelga binoan, fazalarni ajratuvchi chegaragacha massa berishda molekulyar va turbulent diffuziya birgalikda boradi deb qabul qilinadi. Shuning uchun, bu modelda o’tayotgan massa miqdori quyidagi formuladan hisoblanadi: bu yerda  - fazalarning to’qnashish vaqti; C0-Cч – fazalar chegarasi va yadrosidagi konstentrastiyalar farqi. Dankvers modeliga binoan, fazalarni ajratuvchi yuzalar chegarasida moddaning tarqalishi faqat molekulyar diffuziya hisobiga boradi deb qabul qilingan. Lekin, har bir element yangisi bilan almashish ehtimoli bor deb qaraladi. Shu bilan birga, elementlarning ajratuvchi yuzada bo’lish vaqti bir xil emas va moddaning tarqalishi eksponenstial qonunga bo’ysinadi, ya’ni tenglama ushbu ko’rinishni oladi: Ma’lumki, turbulent harakat shu kungacha mukammal o’rganilmagan. Shuning uchun ham, aniq va mukammal massa o’tkazish modellari ishlab chiqilmaganligi uchun yuqoridagi tenglama ishlatiladi. Nazorat savollari. 1. Massa o’tkazish, massa berish koeffitsiyentlari o’rtasidagi bog’liqliklar. 2. Massa almashinish jarayonlarining modellari.