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流体流动，传热和大规模运输对流

由于流体的散装运动而导致的传质

对流是传统转移由于流体的散装运动。例如，液体水的流动传递溶解在水中的分子或离子。类似地，空气中存在的空气传递分子，包括浓缩物种（例如，氧气和氮气）和稀物种（例如二氧化碳）。注意，传热中的术语对流通常是指通过传导和平流的传热组合，在那里，前进是指由于散装流体运动引起的热传递。在运输现象领域，以及在本文中，对流是平流的代名词。

下面的动画说明了流体区域的对流，其中一定的化学物质浓缩（用红颜色表示）：

_{在从左到右移动的流动中，将化学物质（红色着色表示）对流。}

描述对流

经历传质传质的分子的速度包含对流和扩散零件。由于所有分子的平均速度，因此，由于所有分子的平均速度，因此，由于所有分子的平均速度，与单独分子的瞬间不同，随机速度的瞬间，与整个流体的平均速度相比，我们理解对流。

因此，通过合适的参考速度选择，我们可以识别扩散通量和对流助焊剂。对于稀稀物种的运输，其中一种组分（例如溶剂或载气）主导系统的动量，采用参考速度作为主要成分的基准速度是正常的。

因此，除了由于扩散引起的磁通之外，散装流体的运动还有助于稀释物种的助熔剂。该助焊剂可以写如下：

^（1）

在哪里C_一世是物种浓度（mol m^-3） 和你是流体速度（m s^-1）。

对流磁通载体与流体速度成比例，因此它在与这种速度相同的方向上起作用。这是因为对流是由于散装流体运动引起的质量传输。对于稀释物种，该速度是溶剂或载气的速度。为了集中物种运输，需要更仔细的散装流体速度的定义。

由于对流而导致的点浓度的变化通过将上述转换成质量连续性等式：

^（2）

第一个术语（包括∇⋅你由于整个流体的质量守恒，因此等于不可压缩的流体流量的零。因此，我们看到，只有在浓度梯度的存在下，只会通过对流改变点的浓度：

^（3）

这是对流方程，一个时间依赖的一阶部分微分方程。

对流作为集中剖面的位移

通过注意到对流方程的确切解决方案的存在，获得对对流后果的良好理解，给出了某种初始空间依赖的浓度分布，C_0.（R.）和均匀的速度，你：

^（4）

在这里，我们假设对流质量没有堵塞墙壁。当然，我们通常不会遇到完全统一的流动现实，但我们通常可以像当地制服那样治疗流量。

这种简单的等式亮起对流的结果：根据一些浓度剖面，在空间分布的物种的质量根据速度移位，你。如果不是，则浓度曲线仍未置换。因此，与扩散相反，在高浓度和低浓度的区域之间没有质量不可逆转地传输。在这种意义上，流量可以逆转以朝着相反的方向进入，因此可以通过对流进行大规模运输。

在下面的图像中，我们可以看到动作的对流。在对流2秒后，浓度曲线已被载体移位r = uδT.。自从你是1米^-1在里面X- 这对应于2米的左右位移。

对流和扩散

由于化学物种实际上具有非零扩散率，因此解决了对流扩散方程是正常的，其中扩散包括对大规模运输的对比贡献：

^（5）

考虑到相关长度和时间尺度的两种大规模运输方式的组合讨论，可以找到对流扩散方程。

自然对流

即使在没有强制流动的情况下，由于密度变化和重力的力，仍可能在温度梯度存在下仍然出现浮力驱动的流动。对于在环境条件下大于几毫升的流体量，对流电流通常持续动态，而不会达到稳态。这意味着，即使没有强迫对流适用，对对流将在实践中有助于大规模运输。在密度变化由温度变化引起的情况下，该效果被称为自然对流那自由对流，或简单浮力对流。

在将糖放入我们的茶叶或咖啡时，我们遇到这种效果，其中温度和组成的变化导致密度梯度。尽管最好通过用勺子搅拌诱导强制对流，但糖仍将在整个流体中达到均匀浓度，而不是单独通过扩散理论预测的更快。另一个明显的效果是海洋中盐度梯度引起的对流，通常被称为引力对流。

概括

由于散装流体运动，对流是大众运输。除了微流体装置外，对流是达到有效大规模运输所必需的，因为对人体长度的扩散是一个非常缓慢的过程。大多数化学反应堆涉及某种流动，在湍流的情况下，通过对流的大规模运输对于混合以及散装运输特别有效。

虽然对流的方程简单写下来，但除了最简单的几何形状之外，它们不能用手解决。数字建模对于了解真实系统中对流和扩散的相互作用至关重要。

发布时间：2015年1月15日
最后修改：2018年3月21日