Противоточный обмен
Противоточный обмен - это механизм, встречающийся в природе и имитируемый в промышленности и технике, при котором происходит пересечение некоторого свойства, обычно тепла или какого-либо химического вещества, между двумя движущимися телами, текущими в противоположных направлениях друг к другу. Текучие тела могут быть жидкостями, газами или даже твердыми порошками или любой их комбинацией. Например, в дистилляционной колонне пары барботируют вверх через жидкость, текущую вниз, при этом происходит обмен теплом и массой.
Максимальный объем тепло- или массопереноса, который может быть получен при противоточном обмене, выше, чем при прямоточном (параллельном) обмене, поскольку противоток поддерживает медленно снижающуюся разницу или градиент (обычно разницу температур или концентраций). При прямоточном обмене начальный градиент выше, но быстро падает, что приводит к потере потенциала. Например, на соседней диаграмме нагретая жидкость (выходящая сверху) имеет более высокую температуру на выходе, чем охлажденная жидкость (выходящая снизу), которая использовалась для нагрева. При прямоточном или параллельном обмене нагретые и охлажденные жидкости могут только приближаться друг к другу. В результате противоточный обмен может обеспечить больший перенос тепла или массы, чем параллельный, при прочих равных условиях. См.: организация потока.
Противоточный обмен при включении в цепь или контур может быть использован для создания концентраций, тепла или других свойств протекающих жидкостей. В частности, при установке в контуре с буферной жидкостью между входящей и выходящей жидкостью, работающей в контуре, и с активными транспортными насосами на выходных трубах жидкости, система называется противоточным мультипликатором , что позволяет многократно увеличить эффект многих небольших насосов. постепенно создают большую концентрацию в буферной жидкости.
Другие схемы противоточного обмена, в которых входящая и выходящая жидкости соприкасаются друг с другом, используются для сохранения высокой концентрации растворенного вещества или для сохранения тепла, или для обеспечения внешнего накопления тепла или концентрации в одной точке системы.
Цепи или петли противоточного обмена широко распространены в природе , особенно в биологических системах . У позвоночных они называются rete mirabile , первоначально название органа в жабрах рыб для поглощения кислорода из воды. Это имитируется в промышленных системах. Противоточный обмен является ключевой концепцией в химической технологии , термодинамике и производственных процессах, например, при извлечении сахарозы из корнеплодов сахарной свеклы .
Противоточное умножение - это аналогичная, но другая концепция, при которой жидкость движется по петле, за которой следует длительное движение в противоположных направлениях с промежуточной зоной. Трубка, ведущая к петле, пассивно создает градиент тепла (или охлаждения) или концентрации растворителя, в то время как обратная трубка имеет постоянное небольшое насосное действие на всем протяжении, так что создается постепенное усиление тепла или концентрации по направлению к петле. Противоточное размножение обнаружено в почках [1] , а также во многих других биологических органах.
