Mass transfer in turbulent flow with and without chemical reaction

Authors


Abstract

This paper reports the results of a theoretical study on mass transfer from solid surfaces to fluids in turbulent flow in circular or rectangular conduits. A combined molecular and eddy diffusion mechanism was assumed; three different cases of eddy-distribution functions were considered.

Analytical results were obtained for concentration profiles, mass transfer coefficients and reaction factors in cases of mass transfer without reaction, with rapid chemical reaction, and with first-order chemical reaction. Mass transfer coefficients were shown to vary linearly with equation image. The exponent n increased from 0.5 to unity as eddy motion assumed near the wall decreased to zero. The reaction factor was shown to increase with decreasing turbulence near the interface, with the reactant concentration ratio, CBL/CA1 and with the Schmidt number ratio, ScA/ScB9 to the power n.

Abstract

Les résultats d'une étude théorique sur le transfert de masse depuis des surfaces solides à des fluides en écoulement turbulent dans des conduits circulaires et rectangulaires sont présentés. Un mécanisme tenant compte de la diffusion moléculaire et de la diffusion par turbulence a été supposé.

Des résultats analytiques ont été obtenus relativement aux profils de concentration, aux coefficients de transfert de masse et aux facteurs de réaction pour les cas de transfert de masse sans réaction, avec réaction chimique rapide et avec réaction chimique du premier ordre. Les coefficients de transfert de masse varient linéairement selon equation image où l'exposant n augmente de 0.5 à 1 alors que la diffusion par turbulence supposée près de la paroi tend vers zéro. Le facteur de réaction augmente avec une diminution de la turbulence près de l'interface, avec le rapport de concentration du réactant CBL/CA1, et avec le rapport du nombre de Schmidt, ScA/ScB9 à la puissance n.

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