Multicomponent boundary-layer characteristics—Use of the reference state

• Published in: International journal of heat and mass transfer Vol. 18; no. 1; pp. 123 - 129
• Main Authors: Taitel, Yehuda, Tamir, Abraham
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Elsevier Ltd 1975
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(75)90014-9

The possibility of using a constant property analysis for multicomponent diffusion systems where interaction between fluxes is not ignored, is investigated in this work. The results are compared with an exact multicomponent variable property analysis and a constant property analysis utilizing the “effective binary diffusivity” approximation. In order to demonstrate and test this approach an isothermal evaporation problem of a multicomponent mixture into a free stream of inert gas is analysed. Also the case of flat plate transpiration mass transfer is considered. Results show that also when the properties of the chemical species involved in the diffusion process are markedly different, the use of a constant property analysis with multicomponent diffusivity, evaluated at a reference state, is quite accurate. On considère ici la possibilité d'utiliser une analyse de propriété constante pour des systèmes de diffusion à plusieurs composants où l'interaction entre les flux n'est pas ignorée. Les résultats sont comparés avec ceux d'une analyse exacte à propriété variable et d'une analyse à propriété constante utilisant l'approximation de la “diffusivité binaire effective”. De façon à démontrer et d'éprouver cette approche, est considéré le problème d'évaporation isotherme d'un mélange à plusieurs composants dans un écoulement libre de gaz inerte. On étudie aussi le cas du transfert massique par transpiration sur une plaque plane. Les résultats montrent que lorsque les propriétés des espèces chimiques sont très différentes dans le processus de diffusion, l'usage d'une analyse à propriété constante, avec une diffusivité complexe évaluée à un état de référence, est très pertinent. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit der Anwendung eines Modells mit konstanten Stoffeigenschaften für die Untersuchung von Mehrkomponenten-Diffusionssystemen, bei denen die Wechselwirkung zwischen den Strömungen nicht vernachlässigt werden darf, untersucht und die Ergebnisse mit denen einer exakten Theorie für mehrere Komponenten und variable Stoffeigenschaften sowie eines Ansatzes für konstante Stoffeigenschaften bei Berücksichtigung einer Näherung durch das “effektive binäre Diffusionsvermögen” verglichen. Um diese Näherungsmethode zu veranschaulichen und zu prüfen, wird bei einer Mehrkomponentenmischung in einer freien Strömung von Inertgas das isotherme Verdampfungsproblem und an einer ebenen Platte der Fall des Stoffaustauschs durch Verdunstung untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daβ selbst wenn die Stoffeigenschaften stark unterschiedlich in den Diffusionsvorgang eingehen, das Modell mit konstanten Stoffeigenschaften—bezogen auf einen Referenzzustand—bei Mehrkomponentendiffusion das Problem sehr genau beschreibt. B paбoтe пpи aнaлизe мнoгoкoмпoнeнтнoй диффyзии, кoгдa нeльзя пpeнeбpeчь взaимoдeйcтвиeм пoтoкoв, иcпoльзyeтcя дoпyщeниe o пocтoянcтвe cвoйcтв. Peзyльтaты cpaвнивaютcя c дaнными тoчнoгo aнaлизa c yчiтoм пepeмeннocти cвoйcтв пpи мнoгoкoмпoнeнтнoй диффyзии и aнaлизa c дoпyщeниeм пocтoянныч cвoйcтв и иcпoльзoвaниeм ⪡эффeктивнoгo кoэффициeнтa бинapнoй диффyзии⪢. Для дeмoнcтpaции и пpoвepки дaннoгo мeтoдa paccмaтpивaeтcя зaдaчa изoтepмичecкoгo иcпapeния мнoгoкoмпoнeнтнoй cмecи в cвoбoдный пoтoк инepтнoгo гaзa. Taкжe paccмaтpивaeтcя cлyчaй пepeнoca мaccы пpи пopиcтoм вдyвe из плocкoй плacтины. Peзyльтaты пoкaзывaют, чтo пpи зaмeтнoм paзличии cвoйcтв чимичecкич кoмпoнeнт, yчacтвyющич в диффyзиoннoм пpoцecce, aнaлиз c дoпyщeниeм пocтoянcтвa cвoйcтв и иcпoльзoвaниeм кoэффициeнтa мнoгoкoмпoнeнтнoй диффyзии, paccчитaннoгo для oпpeдeляющeгo cocтoяния, дaiт дocтaтoчнo тoчныe peзyльтaты.