siirtoilmiöitä

Siirtoilmiöt ovat fysikaalisia prosesseja, joissa energia, aine tai liikemäärä siirtyy järjestelmässä gradienttien seurauksena. Ne jaetaan yleisesti massansiirtoon, lämpösiirtoon ja liikemääränsiirtoon. Massansiirtoa ovat diffuusio ja konvektionaalinen siirto, lämpösiirtoa johtuminen, konvektio ja säteily sekä liikemääränsiirtoa nesteissä ja kaasuissa, joka syntyy viskositeetin ja paine-erojen vaikutuksesta. Siirtoilmiöt esiintyvät sekä luonnollisissa että teknisissä järjestelmissä, ja niitä tarkastellaan usein yhdessä, kun ilmiöt ovat kytköksissä toisiinsa.

Peruslait ja -mallit: lämpö- ja ainevirtien kulkua kuvaavat Fourierin ja Fickin lait; liikemääränsiirtoa kuvaa viskositeettilaki ja Navier–Stokesin yhtälöt. Lämpö- ja massansiirto voivat olla keskenään kytkeytyneitä, erityisesti konvektion kautta.

Dimensiolukujen, kuten Reynolds-, Prandtl-, Nusselt-, Schmidt- ja Peclet-lukujen, rooli on ohjata analyysia ja suunnittelua sekä kuvaa dominanssia esimerkiksi laminaarisissa tai turbulenteissa virtauksissa, joissa siirtonopeudet eroavat suuresti.

Esimerkkejä sovelluksista ovat lämpövaihtimet teollisuudessa, kuivaus ja tislaus sekä kaasujen ja nesteiden massansiirto prosesseissa; geotieteissä ja ympäristötekniikassa epäpuhtauksien kulkeutuminen; biolääketieteessä solujen ja kudosten aine- ja lämpösiirto; sekä ilmasto- ja merivirroissa tapahtuva sekoittuminen.

Mallinnuksessa käytetään sekä analyyttisiä ratkaisuja että numeerisia menetelmiä kuten CFD; kokeelliset mittaukset sisältävät lämpö- ja massavirtojen sekä nopeusprofiilien mittauksia. Yhdistettynä ne antavat kokonaiskuvan siirtoilmiöistä ja niiden vaikutuksesta prosessien suorituskykyyn.