Was ist Lewis-Zahl – Definition

Die Lewis-Zahl ist definiert als das Verhältnis von thermischer Diffusionsfähigkeit und Massendiffusionsfähigkeit. Die Lewis-Zahl wird zur Charakterisierung von Flüssigkeitsströmen bei gleichzeitigem Wärme- und Stoffübergang verwendet. Wärmetechnik

Was ist Lewis-Zahl?

Die Lewis-Zahl ist eine dimensionslose Zahl, benannt nach Warren K. Lewis (1882–1975). Die Lewis-Zahl ist definiert als das Verhältnis von thermischer Diffusionsfähigkeit und Massendiffusionsfähigkeit. Es dient zur Charakterisierung von Flüssigkeitsströmen bei gleichzeitigem Wärme- und Stoffaustausch. Die Lewis-Zahl ist daher ein Maß für die relative Dicke der thermischen Grenzschicht und der Konzentrationsgrenzschicht. Die Lewis-Zahl kann auch als Prandtl-Zahl und die Schmidt-Zahl als Le = Sc / Pr ausgedrückt werden .

Die Lewis-Zahl ist definiert als:

Lewis Zahl - Definition - Formel

wo:

α ist die Wärmeleitfähigkeit [m 2 / s]

D ist das Massendiffusionsvermögen [m 2 / s]

Ähnlich wie bei Schmidt und Prandtl bezieht sich die Lewis-Zahl physikalisch auf die relative Dicke der thermischen Schicht und der Massentransfer- (Konzentrations-) Grenzschicht.

Lewis Nummer - Prandtl Nummer - Schmidt Nummer

wobei n = 1/3 für die meisten Anwendungen in allen drei Beziehungen ist. Diese Beziehungen gelten im Allgemeinen nur für laminare Strömungen und nicht für turbulente Grenzschichten, da in diesem Fall das turbulente Mischen die Diffusionsprozesse dominieren kann.

Eine Lewis-Einheitszahl zeigt an, dass die thermische Grenzschicht und der Massentransfer durch Diffusion vergleichbar sind und die Temperatur- und Konzentrationsgrenzschichten fast miteinander übereinstimmen. Das Massendiffusionsvermögen oder der Diffusionskoeffizient ist eine Proportionalitätskonstante zwischen dem molaren Fluss aufgrund der molekularen Diffusion und dem Konzentrationsgradienten der Spezies (oder der treibenden Kraft für die Diffusion).

Diffusivität ist im Fickschen Gesetz anzutreffen, das besagt:

Wenn die Konzentration eines gelösten Stoffes in einem Bereich größer ist als in einem anderen Bereich einer Lösung, diffundiert der gelöste Stoff von dem Bereich höherer Konzentration in den Bereich niedrigerer Konzentration mit einer Größe, die proportional zum Konzentrationsgradienten ist.

In einer (räumlichen) Dimension lautet das Gesetz:

Ficks Law - Gleichung

wo:

  • J ist der Diffusionsfluss,
  • D ist der Diffusionskoeffizient,
  • φ (für ideale Gemische) ist die Konzentration.

Die Verwendung dieses Gesetzes in der Kernreaktortheorie führt zur Diffusionsnäherung .

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