克努森流

克努森流（Knudsen flow）是指具有高克努森數的流體，也就是流體空間的特徵尺度等於或小於平均自由程，克努森流得名自丹麥科學家馬丁·克努森。

克努森流出現於管道內壓力很低，氣體分子的平均自由程大於管道直徑的情況下。此時，氣體分子的內摩擦已不存在，分子間的碰撞可以忽略，分子與壁管之間碰撞頻繁。

基本介紹

• 中文名：克努森流
• 外文名：Knudsen flow
• 別名：分子流

分離過程

若氣體通過薄壁上的一個小孔，符合克努森流的定義，通過小孔的分子數和氣體壓力成正比，和分子質量成反比，因此若氣體是由不同分子量的氣體混合而成，可以用此方式進行部分分離。像鈾的同位素就是利用多孔薄膜以此方式分離。此方式也成功的套用在制氫上，先利用太陽能或是其他能量來源將水加熱，再將產生的氣體混合物以此方式分離出氫氣。

特點

氣體在極低壓強下通過毛細管，其流動規律遵循克努森定律的流動，通過毛細管的流量G為

式中a為毛細管孔半徑，M是氣體相對分子質量，R是氣體普適常數，T是絕對溫度，是沿毛細管長度的壓強梯度。克努森流的主要特點是其流量與分子質量M的平方根成反比。如果一雙組分氣體M1和M2（M1<M2）混合物在克努森流狀態下通過毛細管，則較輕的氣體分子M1在相同條件下，其流量要大於重分子。這就是氣體擴散法分離同位素基礎。

成立條件

克努森流成立的條件為：氣體分子的平均自由程要遠大於毛細管孔徑。氣體通過毛細管時主要是分子與管壁的碰撞，分子之間的相互碰撞可以忽略。

當壓強降低或毛細管直徑減小到與氣體分子平均自由程可比較的數量級時，其測得的流動速度開始大幹按泊肅葉公式的計算值。這是由於在低壓下氣體分子間相互碰撞的次數減少，而它和孔壁碰撞的次數則增加，因此在孔壁出現氣體分子速度突變的現象，這一現象我們稱為“滑動”現象。如果壓強進一步降低或毛細管直徑進一步減小到比平均自由程小的多時，這時流動量成一常量，和平均壓強無關，流動中氣體分子間幾乎互不碰撞，而僅與孔壁碰撞，這種流動我們稱為分子流或克努曾(Knudsen)流(因為克努曾研究了簡單毛細管的這種分子流情況，最早提出了一個半經驗公式)。

對於通常的毛細管，分子流僅發生於很低壓強情況；但對許多細孔介質，即使於常壓下，其孔徑也可達到與平均自由程相比較的數量級，或甚至小的多。因此，在研究氣體通過多孔介質的流動規律時，“滑動”現象是必須考慮的。氣測滲透率之所以比液測滲透率要高，就是因為氣體分子在孔壁發生“滑動"的結果。