100% tevredenheidsgarantie Direct beschikbaar na betaling Zowel online als in PDF Je zit nergens aan vast
logo-home
[BSc TN] Summary Transport Phenomena - 2nd Midterm €3,49
In winkelwagen

Samenvatting

[BSc TN] Summary Transport Phenomena - 2nd Midterm

 30 keer bekeken  2 keer verkocht

--- Satisfied? Please don't forget to leave a rating! --- This summary covers chapters 4 and 5 of "Transport Phenomena - The Art of Balancing" by H. v.d. Akker and R.F. Mudde (besides the less crucial §4.4 and §5.5) and the lectures given of the accompanying course "TN2786 - Fysische Transport...

[Meer zien]

Voorbeeld 3 van de 18  pagina's

  • Onbekend
  • 20 mei 2023
  • 18
  • 2021/2022
  • Samenvatting
book image

Titel boek:

Auteur(s):

  • Uitgave:
  • ISBN:
  • Druk:
Alle documenten voor dit vak (4)
avatar-seller
rhjatol
4 Mass transport
4.1 Analogy between mass transport and heat transport
There exist analogies between mass and heat transport.
For the convective transport of both heat ϕq [J s−1 ] and mass ϕm [kg s−1 ]:
ϕq = ϕv · ρcp T, (4.1)
ϕm = ϕv · c. (4.2)
For the convective fluxes of both heat ϕ′′q [J m−2 s−1 ] and mass ϕ′′m [kg m−2 s−1 ]:
ϕ′′q = v · ρcp T, (L14)
ϕ′′m = v · c. (L14)
For the diffusion coefficients of both heat and mass: a [m2 s−1 ], D [m2 s−1 ].
For the diffusive fluxes of both heat ϕ′′q [J m−2 s−1 ] and mass ϕ′′m [kg m−2 s−1 ]:
dT d(ρcp T )
ϕ′′q = −λ = −a (Fourier’s law), (4.3)
dx dx
dc
ϕ′′m = −D (Fick’s law). (4.4)
dx
Fick’s law only applies to binary (so only two substances) systems, and gives a poor
description for polar molecules. The analogy with heat transport therefore does not
hold under every condition.

4.2 Mutual diffusion based on the analogy with heat trans-
port
Mass flow and a driving force can be linked similarly to Newton’s law of cooling.
For a substance A,
ϕm,A = kA∆cA , (4.30)
where k [m s−1 ] is the mass transfer coefficient.
This equation is entirely analogous with heat transport, where 1/k can now be
interpreted as the resistance to mass transport.
Between two flat plates a distance D apart:
D
k= ;
D
for annular space between two cylinders of radii D1 and D2 :
2D
k= ;
D2 ln(D2 /D1 )
and for a sphere in an infinite medium of radius D:
2D
k= .
D

23

,In non-dimensional form, the ratio of the convective mass transport and the diffusive
mass transport is known as the Sherwood number (Sh):

kD
Sh = , (4.31)
D

which is analogous to the Nusselt number (Nu).

Similarly for the Prandtl number (Pr), we have the analoglous Schmidt number (Sc):

ν
Sc = . (L14)
D


For mass, we can also analogously to heat work with penetration theory. The
penetration depth is now defined as

δ(t) = πDt, (L14)

which again is only valid for a layer/slab of thickness D if δ(t) < 0.6D. With help
of the Fourier number:

Dt
Fo = < 0.1. (4.35)
D2

And, for double-heated layers/slabs or cylindrical/spherical bodies:

Fo < 0.03.

It is then also clear that
r
D D D
ϕ′′m = k∆c = ∆c = √ ∆c = ∆c, (L14)
D πDt πt

which implies that k is dependent on time:
r
D
k(t) = . (4.36)
πt
With the penetration depth δ(t) only having a significantly changed concentration,
it follows that the overall concentration difference is independent on time:

∆c = c1 − c0 ̸= f (t).




24

, Similarly, we speak of long-term diffusion into a layer of a stagnant medium or a
solid material if: Fo > 0.1 for diffusion processes from/towards a single boundary
plane; and if Fo > 0.03 for diffusion processes concerning double-sided diffusion
from/towards a slab or a cylindrical/spherical body.

We again work with a mean concentration ⟨c⟩, which yields

D
ϕ′′m = k(c1 − ⟨c⟩) = Sh (c1 − ⟨c⟩),
D
where k is now independent on time and therefore is constant:

D
k = Sh ̸= f (t). (L14)
D

So for long periods of time, we again find

For a flat slab: Sh = 4.93;
For a long cylinder: Sh = 5.8;
For a sphere: Sh = 6.6.

The concentration difference after long times, so Fo > 0, 03, is then also dependent
on time:

∆c = T1 − ⟨T ⟩ = f (t).



Again, the driving force for diffusion can also be described by the concentration at
the centre of a body cc by

ϕ′′m = k(c1 − cc ).



The exact solutions for the total diffusion process for a number of finite-size objects
are shown in TPDC ”Fourier Instationary Heat and Mass Transfer” (p. 90-92) for
the ratios
c1 − cc c1 − ⟨c⟩
and .
c1 − c0 c1 − c0
Note that for smaller values of Fo (e.g. Fo < 0.03), these graphs lead to inaccurate
results and it is therefore better to use penetration theory.




25

Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:

Verzekerd van kwaliteit door reviews

Verzekerd van kwaliteit door reviews

Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!

Snel en makkelijk kopen

Snel en makkelijk kopen

Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, creditcard of Stuvia-tegoed voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.

Focus op de essentie

Focus op de essentie

Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!

Veelgestelde vragen

Wat krijg ik als ik dit document koop?

Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.

Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?

Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.

Van wie koop ik deze samenvatting?

Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper rhjatol. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.

Zit ik meteen vast aan een abonnement?

Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €3,49. Je zit daarna nergens aan vast.

Is Stuvia te vertrouwen?

4,6 sterren op Google & Trustpilot (+1000 reviews)

Afgelopen 30 dagen zijn er 53068 samenvattingen verkocht

Opgericht in 2010, al 14 jaar dé plek om samenvattingen te kopen

Start met verkopen
€3,49  2x  verkocht
  • (0)
In winkelwagen
Toegevoegd