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2020 | OriginalPaper | Chapter

1. Grundlagen der Transportprozesse

Author : Matthias Kraume

Published in: Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Ein zentraler Inhalt des Kapitels ist die Erläuterung von Transportprozessen anhand der auftretenden Transportmechanismen und der zugehörigen mathematischen Beziehungen. Hierzu gehören die molekularen, konvektiven und turbulenten Transportvorgänge einschließlich der Transportgleichungen. Für die zugehörigen molekularen Transportkoeffizienten werden ausgewählte experimentelle Daten sowie mathematische Zusammenhänge dargestellt. Als zweiter Schwerpunkt wird mit dem Bilanzieren die wohl wichtigste Methode der Verfahrenstechnik vermittelt. Aufbauend auf der allgemeinen Bilanzgleichung erfolgt die Bilanzierung der in den Transportgleichungen auftretenden Erhaltungsgrößen Energie, Impuls und Masse in Form differenzieller und integraler Bilanzgleichungen. Wesentliches Wissen für die Lösung der Gleichungen wie mögliche Wandlungsterme für die Erhaltungsgrößen sowie elementare Grundlagen unterschiedlicher Phasengleichgewichte wird ebenfalls erläutert. Die Kenntnisse und Methoden dieses Kapitels finden in den weiteren Kapiteln vielfache Anwendung.

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Footnotes
1
Sir Isaac NEWTON, 1642–1727, englischer Physiker, Mathematiker und Astronom, verfasste u. a. die Grundgesetze der Bewegung in seiner Schrift Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (1687) und begründete damit die klassische Mechanik.
 
2
Allgemein ist der Begriff Wärme definiert als die Energie, die zwischen zwei thermodynamischen Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschieds übertragen wird.
 
3
Isotropie: Unabhängigkeit einer Eigenschaft von der Richtung.
 
4
Dalton: atomare Masseneinheit, wird bei der Angabe von Atom- und Molekülmassen verwendet. Ihr Wert ist auf 1⁄12 der Masse eines Atoms des Kohlenstoff-Isotops 12C festgelegt: 1 Da = 1,66 · 10−27 kg.
 
5
Jean Baptiste Joseph FOURIER, 1768–1830, französischer Mathematiker, entwickelte u. a. die mathematische Analyse mit Fourierreihen und stellte das Gesetz zur Wärmeausbreitung in Festkörpern auf.
 
6
Lat. diffundere: ausgießen, verstreuen, ausbreiten.
 
7
Adolf Eugen FICK, 1829–1901, deutscher Mediziner, stellte auf empirischer Basis die beiden Grundgesetze der Diffusion auf.
 
8
von griechisch rhei: fließen und logo: Lehre.
 
9
Lat. dilatus: verzögernd, schleppend. Dilatanz (1885 entdeckt von O. Reynolds): grundlegende Eigenschaft eines körnigen, granularen Materials, sein Volumen unter der Einwirkung von Scherkräften durch Auflockerung zu vergrößern.
 
10
Eugene Cook BINGHAM, 1878–1945, amerikanischer Chemiker, führte u. a. zusammen mit REINER den Begriff Rheologie ein.
 
11
Wilhelm OSTWALD, 1853–1932, baltisch-deutscher Chemiker, erhielt den Nobelpreis für Chemie 1909 für seine Forschungen auf dem Gebiet der Katalyse, sowie für seine grundlegenden Untersuchungen über chemische Gleichgewichtsverhältnisse und Reaktionsgeschwindigkeiten.
 
12
Armand de WAELE, 1887–1966, britischer Chemiker, arbeitete auf dem Gebiet der Rheologie.
 
13
Ludwig BOLTZMANN, 1844–1906, österreichischer Physiker und Philosoph, ehemaliger Student und Assistent von STEFAN (Stefan-Boltzmann-Gesetz), begründete mit MAXWELL die statistische Mechanik; definierte die Entropie als mikroskopische Größe.
 
14
Lat. convectum: mitgetragen.
 
15
Valentin Joseph BOUSSINESQ, 1842–1929, französischer Mathematiker und Physiker, war Professor für Integral- und Differenzialrechnung an der Université Lille Nord de France, erweiterte die inkompressible Navier-Stokes-Gleichung.
 
16
Die substanzielle Ableitung (auch materielle oder konvektive Ableitung) beschreibt die totale zeitliche Ableitung einer Größe, die von dem Ort \({\text{P(x,y,z)}}\) eines materiellen Punktes und der Zeit t abhängig ist. Hier werden die explizite und die implizite Zeitabhängigkeit berücksichtigt.
 
17
Claude Louis Marie Henri NAVIER, 1785–1836, französischer Mathematiker und Physiker, entwickelte mit STOKES die Bewegungsgleichungen für viskose Flüssigkeiten.
 
18
Sir George Gabriel STOKES, 1819–1903, irischer Mathematiker und Physiker, neben seinen Untersuchungen zur Fluiddynamik entdeckte er das Phänomen der Fluoreszenz.
 
19
Daniel BERNOULLI, 1700–1782, Schweizer Mathematiker und Physiker aus der Gelehrtenfamilie Bernoulli. Er arbeitete mit Leonhard Euler an den Gleichungen, die ihre Namen tragen.
 
20
Svante ARRHENIUS, 1859–1927, schwedischer Physiker und Chemiker, Nobelpreisträger Chemie, war ein vielfältiger Wissenschaftler (arbeitete u. a. mit OSTWALD und BOLTZMANN zusammen); wurde später zum Direktor des Nobelinstitutes für physikalische Chemie.
 
21
Leonor MICHAELIS, 1875–1949, deutsch-amerikanischer Mediziner, neben seinen Arbeiten zur Enzymkinetik entdeckte er das grundlegende Prinzip von Dauerwellen.
 
22
Maud MENTEN, 1879–1960, kanadische Medizinerin, war eine der ersten Frauen, die ein Medizinstudium in Kanada abschloss; entwickelte in Berlin mit MICHAELIS die Theorie zur Enzymkinetik.
 
23
Jacques MONOD, 1910–1976, französischer Biochemiker, erhielt für die Entwicklung des Operon-Modells den Medizin Nobelpreis 1965.
 
24
Josiah Willard GIBBS, 1839–1903, US-amerikanischer Physiker, veröffentlichte eine Artikelserie mit dem Gesamttitel „On the Equilibrium of Heterogeneous Substances“, die als eine der größten Errungenschaften in der Physik des 19. Jahrhunderts angesehen wird und als Grundlage der physikalischen Chemie gilt.
 
25
François Marie RAOULT, 1830–1901, französischer Physiker und Chemiker.
 
26
William HENRY, 1775–1836, englischer Chemiker, erforschte insbesondere das Verhalten von Gasen.
 
27
Walther NERNST, 1864–1941, deutscher Physiker und Chemiker, erhielt für seine Arbeiten in der Thermochemie den Nobelpreis für Chemie 1920.
 
28
Nach (Beek et al. 1999).
 
29
Nach (Draxler und Siebenhofer 2014).
 
30
Nach (Felder und Rousseau 2000).
 
Literature
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Metadata
Title
Grundlagen der Transportprozesse
Author
Matthias Kraume
Copyright Year
2020
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Book
Transportvorgänge in der Verfahrenstechnik

Print ISBN: 978-3-662-60011-5

Electronic ISBN: 978-3-662-60012-2

Copyright Year: 2020

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-60012-2_1

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