克努森流
克努森流（Knudsen flow）[1]也称为自由分子流（Free molecular flow）是指流体空间的平均自由程大于其特征尺度的流体动力学。针对尺寸数公分的管道或是物体，这代表其压力小于10−3mbar。这也是高真空甚至超高真空的范围，和较高压力下出现的粘性流（viscous flow）不同[2]。是否有克努森流可以用克努森数（Kn）来计算或是估计。若Kn > 10，则为克努森流[3]。克努森流得名自丹麦科学家马丁·克努森。
克努森流下的气体压力可以视为接近零。沸点和残余压力无关。流体可以视为是延直线运动的残留粒子。其“气体粒子”无法转弯，也无法到达其他粒子后的空间，因此会直接撞到管壁。传统的泵是使用粘性流及流体压力，无法在此情形下使用，此时需使用特殊的吸附泵、离子泵以及涡轮分子泵。
克努森流常用在分子蒸馏、超高真空设备（如粒子加速器），也用在外太空。
利用克努森流的分离过程
[编辑]若气体通过薄壁上的一个小孔，符合克努森流的定义，通过小孔的分子数和气体压力成正比，和分子质量成反比，因此若气体是由不同分子量的气体混合而成，可以用此方式进行部分分离。像铀的同位素就是利用多孔薄膜以此方式分离[4]。此方式也成功的应用在制氢上，先利用太阳能或是其他能量来源将水加热，再将产生的气体混合物以此方式分离出氢气[5]。
相关条目
[编辑]- 克努森气体：平均自由径大于包含分子容器的直径的气体。
参考资料
[编辑]- ^ Sundén, Bengt; Fu, Juan. Heat Transfer in Aerospace Applications.. Elsevier Ltd. 2016: 61. ISBN 978-0-12-809761-8. OCLC 961337485.
- ^ Yamamoto, K.; Pack, D. C.; Transient free molecular flow through a tube; Rarefied gas dynamics; Proceedings of the Eleventh International Symposium, Cannes, France, July 3-8, 1978. Volume 1. (A80-34876 14-77) Paris, Commissariat a l'Energie Atomique, 1979, p. 207-218.
- ^ Laurendeau, Normand M. Statistical thermodynamics : fundamentals and applications. New York: Cambridge University Press. 2005: 434. ISBN 0-521-84635-8. OCLC 71819273.
- ^ Villani, S. Isotope Separation. Hinsdale, Ill.: American Nuclear Society. 1976.
- ^ Kogan, A. Direct solar thermal splitting of water and on-site separation of the products - II. Experimental feasibility study. Int. J. Hydrogen Energy (Great Britain: Elsevier Science Ltd). 1998, 23 (2): 89–98. doi:10.1016/S0360-3199(97)00038-4.