ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пленочное течение жидкости под действием силы тяжести из "Теоретические основы типовых процессов химической технологии" Классификация неньютоновских жидкостей. Под неньютоновскими жидкостями понимаются подвижные среды, для которых связь градиента скорости с вызывающим его касательным напряжением выражается более сложными, чем (1.132), зависимостями. Неньютоновские жидкости широко распространены в производственной практике. К ним относятся, например, растворы полимеров, всевозможные суспензии, коллоидные растворы, пены и т. д. Вследствие взаимодействия частиц неньютоновские жидкости имеют сложное строение и в той или иной мере структурированы. Структура таких жидкостей определяется характером взаимодействия частиц. В дисперсиях это взаимодействие обусловливается контактом частиц или взаимным влиянием адсорбционных слоев. В растворах полимеров и в дисперсиях волокнистых материалов структурирование происходит вследствие переплетения гибких микро-или макрочастиц либо вследствие взаимодействия полярных функциональных групп. В неньютоновских системах, содержащих несимметричные частицы, например длинные макромолекулы или волокна, при движении возникает анизотропия свойств, так как частицы ориентируются в направлении потока. [c.129] Вследствие структурирования неньютоновские жидкости в некоторой степени уподобляются твердым телам. Однако структура таких жидкостей нарушается при отклонении системы от состояния равновесия, а их свойства зависят от величины приложенных усилий и скорости деформации. [c.129] Реологические свойства неньютоновских жидкостей определяются экспериментально. [c.130] Жидкости, реологические свойства которых описываются степенной зависимостью (П. 104), называют иногда степенными. [c.131] Для псевдопластичных жидкостей тг 1, т. е. кажущаяся вязкость уменьшается с возрастанием скорости сдвига. Такое поведение характерно для суспензий и растворов, содержащих несимметричные частицы. Оно объясняется ориентированием частиц в движущейся жидкости и ослаблением взаимодействия между ними. Для дилатантных жидкостей I, т. е. кажущаяся вязкость возрастает с увеличением скорости движения. Такое поведение наблюдается в суспензиях с большим содержанием твердой фазы и объясняется увеличением силы трения между частицами с ростом скорости. [c.131] Показатель степени п для жидкостей обоих типов меняется с изменением скорости деформации. Однако для ограниченного диапазона скоростей деформаций он обычно принимается постоянным. [c.131] Кроме рассмотренных имеются неньютоновские жидкости, свойства которых зависят не только от приложенного усилия, но и от времени действия этого усилия. Такое поведение обусловлено изменением структуры во времени. Эти жидкости можно разделить на тиксотропные, кажущаяся вязкость которых во времени уменьшается, и реопектические, кажущаяся вязкость которых во времени возрастает. [c.131] Предложено большое количество различных зависимостей для описания реологических свойств неньютоновских жидкостей. Для ограниченного интервала скоростей деформации, как это обычно имеет место в практике, реологические свойства с достаточной точностью могут быть описаны формулами (11.103) и (11.104). [c.131] В связи с тем, что неньютоновские жидкости чаще всего имеют значительную кажущуюся вязкость, для них характерно ламинарное движение даже при относительно больших перепадах давления. Однако при определенных условиях ламинарное движение переходит в турбулентное. Установление условий этого перехода — один из наиболее трудных вопросов гидродинамики неньютоновских жидкостей. [c.132] Эти зависимости хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными. [c.133] Расход жидкости L при пленочном течении по вертикальной поверхности с периметром П равен L = ПбШсрр. [c.134] Для свободно стекающей пленки, т. е. при отсутствии напряжения сдвига на границе раздела жидкости с газом (или паром), граничные условия формулируются равенствами 1) при г/= О, т. е. на поверхности твердого тела, = 0 2) при у = Ь, т. е. на наружной поверхности пленки, От ==— i dwjdy) = О и, следовательно, dWx/dy = 0. [c.135] скорость жидкости на наружной поверхности пленки в 1,5 раза выше средней скорости течения пленки. [c.135] Волновое течение пленки жидкости. С увеличением плотности орошения ламинарное движение становится неустойчивым. Как показали теоретические исследования, более устойчивым является волновое течение пленки жидкости с образованием длинных гравитационных волн. Характеристики волнового движения определяются совместным действием сил тяжести, вязкого трения и поверхностного натяжения. В принципе, волновое движение происходит даже при весьма низких значениях критерия Рейнольдса. Однако высота образующихся волн мала, и волновой характер движения жидкости трудно обнаружить. [c.136] Каждому удельному расходу жидкости соответствует определенная длина волн. Наибольшая скорость имеет место на гребнях волн, наименьшая — во впадинах. Скорость движения некоторых слоев жидкости во впадинах волн, как оказалось, отрицательна, т. е. направлена вверх. Это привело к предположению, что в указанных местах образуются вихри, вызывающие перемешивание жидкости. [c.136] При установившемся волновом течении средняя толщина пленки примерно на 7% меньше рассчитанной для струйного ламинарного течения при таком же расходе жидкости. Амплитуда волн составляет 0,46 от средней толщины пленки, а фазовая скорость волнового течения в 2,4 раза больше средней скорости жидкости. Волнообразование незначительно увеличивает поверхность пленки. [c.136] Турбулентное течение пленки. Развитие турбулентности в пленке более затруднительно, чем в сплошном потоке жидкости, поскольку размер образующихся вихрей ограничен толщиной пленки. [c.136] Чтобы практически воспользоваться соотношениями (П.118а) и (П.1186) для определения толщины пленки жидкости, необходимо определить скорость трения w. Для этого нужно найти касательное напряжение у стенки. При отсутствии внещней силы можно считать, что напряжение на стенке уравновешивает силу тяжести пленки, т. е. [c.138] Решая совместно уравнения (11.118) и (И.119), можно рассчитать среднюю толщину пленки жидкости при заданном значении Кепл, которое является функцией плотности орошения и свойств жидкости. [c.138] Вернуться к основной статье