2.11.1. Течение газа

Если в соединенных между собой объемах газ имеет различные концентрации (давления), происходит его течение из объема с большей концентрацией (более высоким давлением) в объем с меньшей концентрацией (меньшим давлением).

В качестве характеристического размера X принимается или самый большой, или самый малый размер соединительной части системы. Например, в случае длинной трубы диаметром D Х=D.

В зависимости от числа Кнудсена различают течения в вязкостном, молекулярном и промежуточном режимах.

2.11.1. Вид течения и давление

В вязкостных условиях (при Кn= Х/λ0≥100) различают турбулентное течение, когда частицы наряду с поступательным движением всей массы газа движутся хаотически со скоростями, подвергающимися случайным изменениям, и слоистое (ламинарное) течение, при котором частицы движутся по параллельным траекториям со скоростями, мало отличающимися друг от друга1). Очевидно, что как при турбулентном, так и при ламинарном течении, кроме направленного движения, вызванного градиентом давления, существует хаотическое тепловое движение частиц, соударяющихся друг с другом и со стенками.

В молекулярных условиях (при Кn= Х/λ0≤1) течение газа сводится к независимому движению отдельных молекул по прямым линиям в периоды между соударениями, которые имеют место главным образом на стенках системы.

В промежуточных условиях (при 1≥Кn≥100) в системе могут существовать все описанные выше виды движения частиц.

2.11.1.1. Определение вида течения. В табл. 2.15 представлены формулы, позволяющие определить режим течения. Эти формулы приведены как в общем виде, так и в виде, соответствующем газам с диаметром частицы d0≈0,37 нм, т. е. таким газам, как, например N2, O2, воздух, СО, Аr (при температуре 293 К).

1) Режим течения определяется так называемым числом Рейнольдса Rе, которое характеризует отношение энергии текущего газа к работе трения, При больших Rе течение турбулентное, при малых — ламинарное