Was ist Gegenstromaustausch?
Gegenstromaustausch ist ein hocheffizientes, natürlich vorkommendes Phänomen der thermischen oder chemischen Übertragung zwischen Flüssigkeitskörpern. Dieser Prozess erfolgt im Fall von Wärme oder einer teilweise durchlässigen Membran im Falle eines chemischen Austauschs durch eine leitende Oberfläche. Im Gegenstrombörsen fließen die Spender- und Empfängerflüssigkeit immer in entgegengesetzte Richtungen, ein Merkmal, das den Prozess sowohl seine Effizienz als auch seinen Namen verleiht. Der Gegenstromaustausch findet sich in vielen biologischen Systemen wie Säugetiernieren, Vogellungen und Fischkiemen und ist ein häufig verwendetes industrielles chemisches und thermisches Transfersystem. Ein ähnliches System ist der gleichzeitige Austauschprozess, der weniger effektiv ist, und überträgt zwischen Flüssigkeiten, die in die gleiche Richtung fließen.
Der Austausch von thermischen Energie oder suspendierten Substanzen zwischen fließenden Flüssigkeiten ist ein gemeinsames Phänomen sowohl in Nature als auch in der Industrie. Diese Stromflussbörsen können in zwei Gruppen unterteilt werden: gleichzeitiger und Gegencurmieten. Beide beinhalten den Austausch von Wärme oder schwebenden Chemikalien zwischen Flüssigkeiten, die in benachbarten Gefäßen entweder über leitende Oberflächen bzw. semi-Permeable-Membranen fließen. Wenn die Flüssigkeiten über ihre gemeinsamen Bereiche fließen, fließen Wärme und Chemikalien natürlich von hohen bis niedrigen Konzentrationsflächen, bis das Gleichgewicht erreicht ist. Es ist diese Eigenschaft der Elementarübertragung, die die Gegenstrom -Austauschmethode umso effektiver macht.
Der Prozess der Sauerstoffübertragung in den Kiemen eines Fisches ist ein gutes Beispiel für die Vorteile des Gegenstromaustauschs. Da Sauerstoffarmes Blut auf einen entgegengesetzten Fluss von Sauerstoff reichhaltigem Wasser trifft, beginnt der Sauerstoff aus dem Wasser in den Blutkreislauf zu diffundieren. Dies führt dazu, dass die Sauerstoffkonzentration im Wasser sinkt und dass im Blut steigt. Aufgrund der Tatsache, dass die Strömungsrichtungen abgelehnt sind, fließt das Blut immer über Wasser mit einem höherenDie Konzentration von Sauerstoff und der Austausch dauern bis zur Abwechslung. In gleichzeitigen Flüssen fließen die beiden Flüssigkeiten jedoch in die gleiche Richtung und die Beziehung zwischen den Konzentrationen erreicht schnell das Gleichgewicht, wodurch der Austausch effektiv gestoppt wird.
Dies bedeutet, dass Gegenstrom -Austauschsysteme im Gegensatz zur gleichzeitigen Variante weiterhin das relevante Element über den vollständigen Austauschbereich für eine größere Effizienz übertragen. Diese Effizienz ermöglicht normalerweise Übertragungswerte von 100%, wobei der Empfängerstrom das System mit der gleichen Wärmekonzentration oder Chemikalien wie der des Spenderstroms verliehen. Gleiches gilt nicht für den gleichzeitigen Austausch, wobei die durchschnittlichen Übertragungswerte in der Region von 50%betreiben. Dies macht das Gegenstrom -Austauschmethode für industrielle Prozesse wie regenerierender Wärmeaustausch und biologische Übertragungsmethoden einschließlich Nieren- und Lungenfunktionen geeignet.