Determine the effective diffusion coefficient for hydrogen gas (
, species A ) diffusing into nitrogen gas (
, species B) at
and 1.0 atm within the following materials:
Random pores
in diameter with void fraction of 0.4;
Random pores
Passo 1
O problema pede o coeficiente de difusão efetivo de
(espécie A) em
(espécie B) a
e
,atm, em um meio poroso de poros aleatórios de diâmetro
,\AA\ e fração vazia
.
Conteúdo: difusão em meios porosos, regimes molecular versus Knudsen, coeficiente efetivo
Vamos precisar
Conteúdo: difusão em meios porosos, regimes molecular versus Knudsen, coeficiente efetivo
Vamos precisar
- Calcular comprimento livre médio
para decidir o regime. - Avaliar se é difusão molecular (usar
) ou Knudsen ou um misto. - Ajustar pela porosidade e tortuosidade
.
Passo 2
Calcular o comprimento livre médio das moléculas em gás a
e
.
onde
,J/K,
,K,
,Pa, e
,m.
Compare com
,\AA\
,m: temos
, indicando que a colisão com a parede do poro (Knudsen) domina sobre a colisão intermolecular.
Passo 3
Como
, estamos no regime de difusão Knudsen. Logo, o coeficiente de difusão dentro do poro é
com
,m,
,J/(mo
),
,K e
,kg/mol.
Passo 4
A difusão efetiva em meio poroso combina
com porosidade
e tortuosidade
.
Usamos
Usamos
Em geral, para poros “aleatórios” assume-se
. Logo,