Vad är motströmsutbyte?

Motströmbyte är ett mycket effektivt, naturligt förekommande fenomen av termisk eller kemisk överföring mellan fluidkroppar.Denna process sker genom en ledande yta när det gäller värme eller ett delvis permeabelt membran vid kemisk utbyte.I motströmsutbyten flyter givaren och mottagarvätskan alltid i motsatta riktningar, en egenskap som ger processen både dess effektivitet och dess namn.Motströmsutbyte finns i många biologiska system som däggdjursnjurar, fåglar och fiskgälgar och är ett vanligt använt industriellt kemiskt och termiskt överföringssystem.Ett liknande system är den samtidiga utbytesprocessen som är mindre effektiv och har överföringar mellan vätskor som flyter i samma riktning.

Utbytet av termisk energi eller suspenderade ämnen mellan flödande vätskor är ett vanligt fenomen både i naturen och industrin.Dessa nuvarande flödesutbyten kan delas upp i två grupper: samtidiga och motström.Båda involverar utbyte av värme eller suspenderade kemikalier mellan vätskor som flyter i angränsande kärl antingen via ledande ytor respektive halvpermeabla membran.När vätskorna flyter över sina delade områden flyter värme och kemikalier naturligtvis från höga till låga koncentrationsområden tills jämvikt uppnås.Det är detta kännetecken för elementär överföring som gör motströmsutbytesmetoden till den mer effektiva av de två.

Processen för syreöverföring i fiskens gälar är ett bra exempel på fördelarna med motströmsutbyte.När syre dåligt blod möter ett motsatt flöde av syrerikt vatten, börjar syre att sprida sig ur vattnet och in i blodströmmen.Detta får koncentrationen av syre i vattnet att sjunka och det i blodet att stiga.På grund av det faktum att flödesriktningarna motsätter sig kommer blodet alltid att flyta över vatten med en högre koncentration av syre och utbytet kommer att fortsätta tills flödena avviker.I samtidiga flöden flödar emellertid de två vätskorna i samma riktning och förhållandet mellan koncentrationer når snabbt jämvikt och därmed effektivt stoppa utbytet.

Detta innebär att till skillnad från den samtidiga varianten fortsätter motströmsutbytesystem att överföra det relevanta elementet över detFullt utbytesområde för större effektivitet.Denna effektivitet möjliggör vanligtvis överföringsvärden på 100% med mottagarflödet som lämnar systemet med samma koncentration av värme eller kemikalier som givarflödet.Detsamma kan dock inte sägas om samtidiga utbyten, men genomsnittliga överföringsvärden som körs i området 50%.Detta gör motströmsutbytesmetoden lämplig för industriella processer såsom regenerativ värmeväxling och biologiska överföringsmetoder inklusive njur- och lungfunktioner.