Естественные науки

Скорость смешения газов в сообщающихся сосудах.

Два сосуда с воздухом соединены очень тонкой и длинной трубкой. В одном из сосудов есть примесь газа некоторой концентрации. Через какое время концентрации в обоих сосудах станут одинаковыми?

Не понимаю, как это нагуглить. Что это за раздел? Мне нужно узнать, как диаметр и длина трубки влияет на скорость перемещения газа при Р = const.
Попробовал составить самую простую модельку, в которой была бы учтена протяженность в пространстве соединительной трубки. Уравнения на картинке.
N1 - число частиц (того самого вещества, за которым следим) в первом сосуде
n1 - концентрация частиц в первом сосуде
N2 - число частиц во втором сосуде
n2 - концентрация частиц во втором сосуде
V - объемы сосудов (взял их одинаковыми для простоты)
S - площадь сечения соединительной трубки
L - длина соединительной трубки
D - коэффициент диффузии
N_0 - начальное число частиц в первом сосуде
n - концентрация частиц в трубке (зависит и от времени, и от координаты в трубке)
Даже при такой модельке считать руками неприятно. Если усложнить ее еще, то это уже будет жестко) Тут, как видно из уравнений, сделано серьезное модельное допущение: вещество в обоих сосудах распределено равномерно по всему объему всегда (даже во время перетекания).
Можете попробовать проанализировать эту модельку, конечно, и условия, при которых она работает. А мне вот показалось интересным попробовать решить эти уравнения в каком-нибудь конкретном случае, посмотреть, что она выдает. Оказалось, что тут существенно только соотношение:
S L / V
Я взял его равным 0.5 (то есть внутренний объем трубки - это пол объема одного из сосудов), результат на видео. Да... вам тут еще придется определиться, что принимать за это самое время при таком медленном стремлении к равновесию, как и предупреждал Александр Жилинский.
Ирина Собакина
Ирина Собакина
51 871
Лучший ответ
Татьяна Богуцкая Спасибо! Впечатляет!!
А можно ввести сюда исходные данные? У меня сосуды по 500мл.
Трубка 0.2мм^2 длиной 30 см. В сосуде №1 начальная концентрация 3500 ppm.
Прошло 5 дней, концентрация в сосуде №2 сейчас 20 ppm : )
Что-нибудь типа дифференциальных уравнений с краевыми условиями. Но заранее ясно, что процесс асимптотический и можно говорить об одинаковости только с заданной погрешностью..
MA
Marzhan Akzhigitova
98 050
Сергей Красов Заинтересовала меня ваша идейка)) Попробовал взять дифференциальную модельку с неприятными допущениями (во имя простоты). Результат выглядит неплохо, но придется еще нормально так заморочиться, чтобы вывести теор. зависимость времени сразу от нескольких параметров, или чтобы зафитировать...
Как сопротивление проводника: прямо пропорционально длине и обратно пропорционально площади сечения. Роль удельного сопротивления будет играть некий коэффициент для конкретных газов, который можно найти только опытным путём.
Bob Pilot
Bob Pilot
55 966

Похожие вопросы