对流扩散方程学习书籍

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对流扩散方程学习书籍

对流和扩散效应共同作用

每当我们考虑某种溶解物质（溶质）或气体混合物中的某一组分的质量传递时，都需要注意，浓度梯度会引起扩散。如果存在流体整体运动，则对流也会对化学物质做出通量贡献。因此，我们常常需要分析对流和扩散的综合效应。对于稀物质：

示例：微通道中的对流和扩散

对于稳态的层流，沿速度场的流线不会相互交叉。而对于湍流，情况就不那么简单了，我们将在下面详细讨论。对于层流情况，由于对流仅传递与速度相切（即沿流线方向）的质量，因此，对流不能在相邻流体层之间引起质量传递。对于稳态的层流，只有扩散才能在垂

直于流体流动的方向引起质量传递。

对于微通道中的扩散混合，我们通过建立简单的模型，就能看出“与流动方向相切的对流”和“与流动方向垂直的扩散”之间的区别。在这个示例中，水从左上角和左下角的两个入口流入，从右上角和右下角的两个出口流出。由于装置为微米尺度，因此雷诺数很小，流动为Stokes流态，其流动剖面沿垂直轴和水平轴都对称。

假设我们仅从左下方的入口注入一种浓度为1mM（1mmol/L）的溶解化学物质，而在左上方入口注入纯水。当两种流体在通道中心线相遇时，会在垂直（y）方向产生浓度梯度，扩散作用会将溶质从通道下半部分输送到上半部分。

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