Hvad er modstrømsudveksling?

Modstrømsudveksling er et meget effektivt, naturligt forekommende fænomen af termisk eller kemisk overførsel mellem fluidlegemer.Denne proces finder sted gennem en ledende overflade i tilfælde af varme eller en delvist permeabel membran i tilfælde af kemisk udveksling.I modstrømsudvekslinger flyder donor- og modtagervæsken altid i modsatte retninger, en egenskab, der giver processen både effektiviteten og dens navn.Modstrømsudveksling findes i mange biologiske systemer, såsom pattedyrs nyrer, fuglelunger og fiskegiller og er et almindeligt anvendt industrielt kemisk og termisk overførselssystem.Et lignende system er den samtidige udvekslingsproces, der er mindre effektiv og har overførsler mellem væsker, der flyder i samme retning.

Udveksling af termisk energi eller suspenderede stoffer mellem flydende væsker er et almindeligt fænomen både i naturen og industrien.Disse nuværende strømningsudvekslinger kan opdeles i to grupper: samtidig og modstrøm.Begge involverer udveksling af varme eller suspenderede kemikalier mellem væsker, der flyder i tilstødende kar, enten via ledende overflader eller semi-permeable membraner.Når væskerne strømmer over deres delte områder, flyder varme og kemikalier naturligt fra høje til lave koncentrationsområder, indtil der er nået ligevægt.Det er dette kendetegn ved elementær overførsel, der gør den modstrømsudvekslingsmetode til den mere effektive af de to.

Processen med iltoverførsel i gællerne på en fisk er et godt eksempel på fordelene ved modstrømsudveksling.Når ilt, dårligt blod møder en modsat strøm af iltrigt vand, begynder ilt at diffundere ud af vandet og ind i blodstrømmen.Dette får koncentrationen af ilt i vandet til at falde, og at i blodet stiger.På grund af det faktum, at strømningsretningerne modsættes, flyder blodet altid over vand med en højere koncentration af ilt, og udvekslingen fortsætter, indtil strømme afviger.I samtidige strømme flyder de to væsker imidlertid i samme retning, og forholdet mellem koncentrationer når hurtigt ligevægt og stopper derved udvekslingen.

Dette betyder, at i modsætning til den samtidige variant, modstrømsudvekslingssystemer fortsætter med at overføre det relevante element over detFuld udvekslingsområde for større effektivitet.Denne effektivitet tillader normalt overførselsværdier på 100% med modtagerstrømmen, der forlader systemet med den samme koncentration af varme eller kemikalier som donorstrømmen.Det samme kan ikke siges om samtidige udvekslinger, men med gennemsnitlige overførselsværdier, der kører i området 50%.Dette gør den modstrømsudvekslingsmetode passende til industrielle processer såsom regenerativ varmeudveksling og biologiske overførselsmetoder inklusive nyre- og lungefunktioner.