利用者:Wetch/対向流
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en:Countercurrent exchange 2019年12月3日 (火) 10:22
Countercurrent exchange is a mechanism occurring in nature and mimicked in industry and engineering, in which there is a crossover of some property, usually heat or some chemical, between two flowing bodies flowing in opposite directions to each other. The flowing bodies can be liquids, gases, or even solid powders, or any combination of those. For example, in a distillation column, the vapors bubble up through the downward flowing liquid while exchanging both heat and mass. 対向流交換(たいこうりゅうこうかん、英: Countercurrent exchange)とは、互いに反対方向に流れる2つの物質間に、ある特性(通常は熱または物質)の交換が起こること。このメカニズムは自然界や工学で用いられる。流れる物質は液体、気体、あるいは固体粉末、あるいはそれらの組み合わせである。たとえば、蒸留塔では、下向きに流れる液体の中で蒸気の泡が上向きに進みながら熱と物質の両方を交換する。
The maximum amount of heat or mass transfer that can be obtained is higher with countercurrent than co-current (parallel) exchange because countercurrent maintains a slowly declining difference or en:gradient (usually temperature or concentration difference). In cocurrent exchange the initial gradient is higher but falls off quickly, leading to wasted potential. For example, in the adjacent diagram, the fluid being heated (exiting top) has a higher exiting temperature than the cooled fluid (exiting bottom) that was used for heating. With cocurrent or parallel exchange the heated and cooled fluids can only approach one another. The result is that countercurrent exchange can achieve a greater amount of heat or mass transfer than parallel under otherwise similar conditions. See: flow arrangement. 熱または物質移動量の最大値は対向流の方が並流よりも高くなる。これは対向流が(温度または濃度の)差または勾配を維持するためである。並流交換では、勾配は入口での大きいが急速に低下し、無駄になってしまう。たとえば右図では、低温流体(下から上へ流れている方)の出口温度(80℃)は、高温流体(上から下へ流れている方)の出口温度(20℃)よりも高くなる。並流交換では2つの流体の温度は互いに接近することしかできず、その結果、対向流交換の方が並流交換よりも大量の熱または物質移動を実現できる。 参照:en:Heat exchanger#Flow arrangement
Countercurrent exchange when set up in a circuit or loop can be used for building up concentrations, heat, or other properties of flowing liquids. Specifically when set up in a loop with a buffering liquid between the incoming and outgoing fluid running in a circuit, and with en:active transport pumps on the outgoing fluid's tubes, the system is called a countercurrent multiplier, enabling a multiplied effect of many small pumps to gradually build up a large concentration in the buffer liquid. 回路またはループで用いる場合、対向流交換は流体の熱、濃度その他の特性を構築するために使用される。具体的には、回路内を流れる流入流体と流出流体の間に緩衝液があり、流出流体の管路に能動輸送ポンプを備えたループである場合、システムは、多くの小型ポンプの効果を倍増して、緩衝液を徐々に高濃度にできる。このシステムは対向流マルチプライヤーと呼ばれている。
Other countercurrent exchange circuits where the incoming and outgoing fluids touch each other are used for retaining a high concentration of a dissolved substance or for retaining heat, or for allowing the external buildup of the heat or concentration at one point in the system. 流入する流体と流出する流体が互いに接触する場合の対向流交換回路は、高濃度の溶解物質または熱を保持するため、またはシステムの1点で熱または濃度を外部に蓄積させるために使用される。
Countercurrent exchange circuits or loops are found extensively in en:nature, specifically in biologic systems. In vertebrates, they are called a en:rete mirabile, originally the name of an organ in fish en:gills for absorbing oxygen from the water. It is mimicked in industrial systems. Countercurrent exchange is a key concept in en:chemical engineering en:thermodynamics and manufacturing processes, for example in extracting en:sucrose from en:sugar beet roots. 対向流交換回路またはループは、自然界、特に生物系に広く見られる。脊椎動物では奇網と呼ばれ、もともとは水から酸素を吸収する魚のえらの器官を指す。これは産業システムで模倣される。対向流交換は、テンサイの根からスクロースを抽出する場合など、化学工学や製造プロセスにおける重要な概念である。
en:Countercurrent multiplication is a similar but different concept where liquid moves in a loop followed by a long length of movement in opposite directions with an intermediate zone. The tube leading to the loop passively building up a gradient of heat (or cooling) or solvent concentration while the returning tube has a constant small pumping action all along it, so that a gradual intensification of the heat or concentration is created towards the loop. Countercurrent multiplication has been found in the kidneys[1] as well as in many other biological organs. 対向流マルチプリケーションは、液体がループで移動し、その後に中間ゾーンで反対方向に長い移動が続くという、似ているが異なる概念である。ループにつながるチューブは加熱(または冷却)または溶媒濃度の勾配を受動的に構築するが、戻りのチューブはそれに沿って一定の小さなポンプ作用を持ち、ループに沿って熱または濃度が徐々に増加する。対向流マルチプリケーションは腎臓や他の多くの生物学的器官で見られる。