Eddy-Diffusion

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Unter Eddy-Diffusion versteht man die Ausbreitung oder Verteilung eines Stoffes in einem strömenden Fluid durch turbulente Vermischung oder "Mehrwegs-Diffusion". Im Gegensatz zur molekularen Diffusion erfolgt die Dispersion (im Sinne einer Verteilung) wesentlich schneller. Zur Veranschaulichung stelle man sich eine Tasse Kaffee mit einem Stück Würfelzucker vor.^[1] Selbst wenn der Zucker sich relativ schnell auflöst, dauert es Stunden bis Tage, bis sich der Zucker durch Diffusion in der Tasse verteilt. Einmal Umrühren bewerkstelligt das gleiche durch Verwirbelung in Sekunden.

[Bearbeiten] Turbulente Vermischung

Bilden sich in einem strömenden Medium Wirbel aus, so werden Fluidpakete, auch Eddy (engl. 'Wirbel hinter einem Hindernis') oder Blob (engl. 'Klumpen') genannt, verformt, vermischt und auf unterschiedlichen Wegen weiterbefördert. Dieses Phänomen ist die Hauptursache für die Verteilung von Schadstoffen in der unteren Atmosphäre. In der Chromatografie, hauptsächlich der HPLC, verursachen pulsierende Medien eine Peakverbreiterung durch turbulente Diffusion. Dieses Phänomen ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, da sie die Wirbelausbildung beeinflusst.

[Bearbeiten] Mehrwegsdiffusion

Strömt ein Fluid durch eine feste poröse Matrix oder ein Festbett, so bestehen mehrere Wege unterschiedlicher Länge und unterschiedlichem Strömungswiderstand zwischen einer Quelle und einem Ziel. Gedachte Fluidpakete wandern daher mit unterschiedlicher Geschwindigkeit auf unterschiedlichen Wegen durch das Festbett. In Summe kommt es zu einem Konzentrationsausgleich in Strömungsrichtung. Dieses Phänomen verursacht in der Chromatografie mit gepackten Säulen eine geschwindigkeitsunabhängige Peakverbreiterung. Durch Variation der Stömungsgeschwindigkeit lässt sich der Einfluss der Mehrwegsdiffusion bestimmen.

Prinzipiell kann man die turbulente Vermischung auch als Mehrwegsdiffusion ansehen, da sich durch Wirbelbildung gedachte Fluidpakete auf unterschiedlichen Wegen in Stömungsrichtung bewegen. Bei "zufallsverteilten" Störungen bilden sich im Idealfall wie bei der molekularen Diffusion glockenförmige Verteilungen (Gaußkurve) aus. Die turbulente Vermischung kann dann analog der molekularen Diffusion aber mit um Größenordnungen höherem Diffusionskoeffizienten berechnet werden.