title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Конвективный перенос

Конвективный перенос

Под конвекцией (от лат. convectio — принесение, доставка) понимается тепло- и массоперенос движущимися потоками вещества.
Одним из примеров конвективного переноса является вертикальное перемешивание в гравитационном поле подземных вод, имеющих различные плотности. Различие в плотностях природных вод может быть связано с различием их температур либо с различием концентраций находящихся в растворе химических компонентов. В первом случае конвективное перемешивание называется тепловым, во втором — концентрационным. В крупных порах и трещинах механизм конвективного перемешивания близок к процессу всплывания, в мелких порах на конвективное движение накладывается действие молекулярных сил и оно может переходить в диффузионное перемещение.
Изучение концентрационного переноса разноплотностных жидкостей свидетельствует, что конвекция в основном происходит в виде отдельных струй. При этом разноплотностные растворы в отдельных струях ведут себя в значительной мере как несмешивающиеся жидкости. Движение заканчивается, когда растворы распределятся строго по удельному весу.
Аналогичная картина наблюдается и при тепловой конвекции. Возникающие в этих условиях струи более легкой нагретой жидкости прорываются через толщу более плотного и тяжелого раствора, стремясь занять более устойчивое положение в стратифицированной по плотности системе, находящейся в поле силы тяжести.
Важное значение процессы конвективного переноса имеют при рассмотрении миграции некоторых компонентов (включая теплоту) движущимся потоком подземных вод. Здесь перенос растворенных или коллоидных частиц происходит за счет гидравлического переноса частицами воды. Подобное перемещение осуществляется с некоторой средней скоростью, которая зависит от действительной скорости фильтрации [см. формулу (5.13)], а также от наличия или отсутствия процессов поглощения переносимых частиц минеральным скелетом горной породы.
Среди многообразных процессов поглощения следует прежде всего назвать сорбцию растворенных в воде солей твердой фазой горных пород. Сорбционные процессы характеризуются сорбционной емкостью, которая представляет собой предельное количество сорбируемого в данных условиях компонента в единице объема породы при определенной его концентрации в воде. При относительно небольшой концентрации компонента сорбционная емкость пропорциональна самой концентрации, т. е.

где С — концентрация; в — коэффициент распределения (в конкретной физико-химической обстановке в = const, для несорбируемых компонентов в = 00).
Влияние сорбционных процессов сводится к тому, что конвективный перенос происходит со скоростью, меньшей действительной скорости фильтрации. В наиболее простой постановке, когда миграцию подземных вод можно рассматривать по схеме поршневого вытеснения, предполагающей, что все частицы воды мигрируют с одинаковой средней скоростью и на границе раздела отсутствуют процессы рассеяния, скорость конвективного переноса Uк определяется как

где v — скорость фильтрации подземных вод; nэ — эффективная пористость, равная

na — активная пористость.
Для несорбируемых компонентов эффективная пористость оказывается равной активной пористости, т. е. nэ=na, и в этом случае скорость конвективного переноса оказывается в точности равной действительной скорости фильтрации.

title-icon Подобные новости