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  • 扩散(diffusion)和弥散(dispersion)有什么区别

    作者:谢易正
    链接:https://www.zhihu.com/question/23914350/answer/177359196
    来源:知乎
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    通常在微观层面,物质的传递可以由三种机制构成: 扩散(Diffusion)+移流(advection)+弥散(dispersion)。dispersion(弥散)是在有advection(移流)存在的情况下发生的,是由于流体流动时溶质的流动速度不均匀而引起的一种对扩散现象(diffusion)的加强作用。

    流体力学大师G.I.Taylor在1953年发表了关于直管层流下弥散现象对溶质扩散作用的影响的论文,其后又发表了在紊流状态下弥散的影响。

    Dr. Pengfei Zhang 的Groundwater Hydrology 的讲义的第16章对弥散做了一个简单的介绍(讲义可以网上自由下载)。Groundwater Hydrology

    所谓的dispersion其实就是流动的流体因为速度不均匀而引起一种对溶质扩散(分子扩散 Molecular Diffusion)作用的加强作用,称之为机械弥散(Mechanical Dispersion)。在多孔介质中,这种速度不均是由于孔隙结构引起的。由于孔隙壁面的摩擦(friction on pore wall)孔径不均匀(pore size),溶质的运动轨迹(path length)的不同引起的(图1,2)。

    机械弥散系数=平均流速v(average linear velocity)*弥散长度aL(longitudinal dispersivity)

    Dz=aL*v

    图1:Factors causing pore-scale longitudinal dispersion (Fetter).


    图2:Flow paths in a porous medium that cause transverse dispersion (Fetter).

    由于机械弥散和分子扩散两者是一起的,无法把机械弥散从分子扩散中分离出来,所以又把分子扩散和机械弥散两重作用合起来成为水动力学弥散(hydrodynamic dispersion),

    即 hydrodynamic dispersion=Molecular Diffusion+Mechanical Dispersion

    因此,水动力学弥散的弥散系数D就可以写成分子扩散的有效扩散系数D*和机械弥散的弥散系数Dz之和。D=aL*v+D*

    在流体的移流速度很小的时候,溶质的传递主要是以分子扩散(diffusion)为主。当移流速度很大时候,主要是以advection(移流)为主。但速度介于中间时,dispersion(弥散)的作用就出现了。这个速度的判断有一个Peclet数可以判断, (图3).Pe=Vx*d/Dd。其中,Dd表示有效扩散系数。DL表示机械弥散系数。

    图3 弥散和扩散的关系(出处忘了....)

    总而言之,做一个不严谨的说明,当流体没有移动的时候,advection不存在的时候,扩散diffusion照样存在。当advection存在的时候,弥散dispersion就出现了,这个时候至于弥散和扩散哪一个更重要呢,取决于这个advection的速度有多大。

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/hjlweilong/p/7465265.html
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