Stefan flow

Stefanflödet , ibland kallat Stefans flöde , är ett transportfenomen som rör förflyttning av en kemisk art av en strömmande vätska (typiskt i gasfasen ) som induceras att strömma genom produktion eller avlägsnande av arten vid en gränsyta . Varje process som lägger till arten av intresse till eller tar bort den från den strömmande vätskan kan orsaka Stefan-flödet, men de vanligaste processerna inkluderar förångning , kondensation , kemisk reaktion , sublimering , ablation , adsorption , absorption och desorption . Den fick sitt namn efter den österrikiske fysikern, matematikern och poeten Josef Stefan för hans tidiga arbete med att beräkna avdunstningshastigheter.

Stefan-flödet skiljer sig från diffusion som beskrivs av Ficks lag , men diffusion sker nästan alltid också i system med flera arter som upplever Stefan-flödet. I system som genomgår en av de tidigare nämnda processerna för tillsats eller avlägsnande av arter, genererar tillsatsen eller avlägsnandet ett medelflöde i den strömmande vätskan när vätskan bredvid gränsytan förskjuts genom produktion eller avlägsnande av ytterligare vätska genom de processer som sker vid gränsytan . Transporten av arten med detta medelflöde är Stefan-flödet. När koncentrationsgradienter för arten också är närvarande, transporterar diffusion arterna i förhållande till medelflödet. Artens totala transporthastighet ges sedan genom en summering av Stefanflödet och diffusiva bidrag.

Ett exempel på Stefan-flödet uppstår när en droppe vätska avdunstar i luft. I detta fall ånga och luft som omger droppen den strömmande vätskan, och gränsen mellan vätska och ånga för droppen är gränsytan. När värme absorberas av droppen från omgivningen förångas en del av vätskan till ånga vid ytan av droppen och flyter bort från droppen när den förskjuts av ytterligare ånga som avdunstar från droppen. Denna process gör att det strömmande mediet rör sig bort från droppen med en medelhastighet som är beroende av avdunstningshastigheten och andra faktorer såsom droppstorlek och sammansättning. Utöver detta medelflöde måste en koncentrationsgradient existera i närheten av droppen (om man antar en isolerad droppe) eftersom det strömmande mediet mestadels är luft långt från droppen och mestadels ånga nära droppen. Denna gradient orsakar Fickisk diffusion som transporterar ångan bort från droppen och luften mot den, med hänsyn till medelflödet. I ram är alltså ångflödet bort från droppen snabbare än för det rena Stefan-flödet, eftersom diffusionen arbetar i samma riktning som medelflödet. Men flödet av luft bort från droppen är långsammare än det rena Stefan-flödet, eftersom diffusion arbetar för att transportera luft tillbaka mot droppen mot Stefan-flödet. Sådant flöde från förångande droppar är viktigt för att förstå förbränningen av flytande bränslen såsom diesel i förbränningsmotorer, och i konstruktionen av sådana motorer. Stefan-flödet från förångande droppar och sublimerande ispartiklar spelar också en framträdande roll i meteorologin eftersom det påverkar bildandet och spridningen av moln och nederbörd.

• CT Bowman, Course Notes on Combustion , 2004, Stanford University kursreferensmaterial för ME 371: Fundamentals of Combustion.
• CT Bowman, Course Notes on Combustion , 2005, Stanford University kursreferensmaterial för ME 372: Combustion Applications.