ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Уравнения движения двухфазных потоков из "Массообменные процессы химической технологии" Общность структур уравнения (1,93) и уравнения для однофазных вязких сред (1.1) следует из характера элементарных сил, действующих на произвольный объем, выделяемый внутри как однофазной, так и двухфазной сред. [c.50] Существенным при выводе уравнения (1.93) является предположение об аддитивности сил, действующих со стороны сплошной и дисперсной фаз. Это выражается в том, что каждая сила входит в соотношение (1.93) дважды с коэффициентами пропорциональности, равными объемным долям каждой фазы. [c.50] При выводе уравнения (1.93) предполагается существование некоторого объема, с одной стороны, достаточно большого, чтобы можно было считать его представительным, т. е. содержащим большое количество частиц твердой фазы, а с другой стороны,— достаточно малого, чтобы к нему можно было применять математические операции как к бесконечно малому элементу. Таким образом, уравнение (1.93) тем более справедливо, чем значительней размеры двухфазного потока по сравнению с диаметром частиц твердой фазы. Уравнение (1.93) может считаться удовлетворительным, если отношение меньшего размера двухфазного потока к максимальному размеру частиц дисперсной фазы составляет не менее 10 —10 [24]. [c.50] Анализ соотношения (1.93) требует информации о физических условиях взаимодействия между сплошной и дисперсной фазами, а также между твердыми частицами, т. е. раскрытия структуры тензора напряжения Фт, что в свою очередь предполагает знание коэффициентов сухого трения, неупругого столкновения, гидравлического сопротивления и т. д. Многие из этих коэффициентов зависят от формы частиц и состояния ее внешней поверхности. [c.50] В зависимости от назначения аппарата, технологических требований к степени отработки дисперсного материала и физических свойств взаимодействующих фаз характер их движения в каждом конкретном случае может быть различным от вертикального движения потока газа с малой концентрацией тонкодисперсного порошка (пневматическая сушка) до плотного опускающегося слоя дисперсной фазы, продуваемой газом (гиперсорбция). Широкое распространение имеют аппараты с интенсивным неремешиванием одной или обеих фаз (псевдоожижениый слой, аннараты с механическими мешалками для экстрагирования и кристаллизации). [c.51] Уравнения (1.93) и (1.94) не могут быть решены в общем виде для условий движения и взаимодействия фаз в промышленных массообменных аппаратах. [c.51] Анализ решения существенно упрощенных задач движения разреженных дисперсных сред и результаты экспериментальных исследований с помощью скоростной киносъемки позволяют установить следующую общую картину движения дисперсной твердой фазы [24]. Основное направление движения частиц — продольное, лишь отдельные частицы участвуют в сравнительно медленных поперечных перемещениях. Наблюдается поперечная неравномерность скорости твердых частиц, при этом эпюра скорости частиц примерно аналогична эпюре скорости сплошной фазы. Усредненная но сечению скорость твердой фазы на участке равномерного ее движения практически равна разности между средней скоростью воздуха и скоростью витания частиц. Вращение частиц происходит в основном вокруг горизонтальной оси, а скорость вращения тем больше, чем значительнее несферичность частиц и выше скорость воздуха (некоторые измерения дают до 100 об/с). [c.51] По мере увеличения объемной концентрации твердой фазы начинает наблюдаться заметное влияние частиц на поток сплошной среды. Так, в ламинарных потоках частицы могут служить своеобразными турбулизаторами, чему способствует увеличение размеров частиц и возрастание отношения плотностей компонентов системы. За счет перемешивающего воздействия частиц поле скоростей сплошной среды может заметно выравниваться и становиться более плоским. При малых концентрациях дисперсной фазы (хт порядка 10- ) выравнивающее воздействие твердых частиц на поле скоростей газовой фазы незначительно и составляет 2—5%. Как опытные, так и теоретические данные показывают, что концентрация твердой фазы по длине канала уменьшается приблизительно по экспоненциальной зависимости. [c.51] В тех случаях, когда концентрация частиц равна предельно возможной (хт.макс), воздействие дисперсной среды на сплошную фазу будет также максимальным. [c.52] В массообменных аппаратах, работающих по непрерывной схеме, часто используют плотный слой дисперсной фазы, который перемещается сверху вниз под действием силы тяжести. Сплошная среда (газ, пар или капельная жидкость), как правило, фильтруется через такой движущийся слой в вертикальном направлении. [c.52] Результаты экспериментального изучения характера перемещения сплошного слоя, ограниченного вертикальными гладкими стенками аппарата, приводят к следующей качественной картине. Полное стержнеподобное движение слоя (режим полного вытеснения) не наблюдается практически никогда. В центральной части вертикального канала (ядре потока) частицы опускаются равномерно без поперечных перемещений. Вблизи твердой стенки скорость частиц уменьшается и слой заметно разрыхляется. В пределах пристеночной зоны частицы получают возможность вращаться, перемещаться в радиальном направлении и проскальзывать по ходу движения основного потока. Толщина пристеночного слоя составляет от 3 до 10 размеров частиц. [c.53] В пристеночном слое имеет место профиль скорости, близкий к линейному. Однако, в отличие от пограничного слоя вязкой жидкости, при движении плотного слоя сыпучей массы скорость движения частиц у стенки не равна нулю. Она стремится к некоторому минимальному значению, которое зависит от внутреннего трения частиц и внешнего трения о стенки. [c.53] Продольная неравномерность практически мало зависит от средней скорости движения плотного слоя. Опытами установлено, что средняя плотность слоя также практически не зависит от скорости его движения, но только до некоторого предела, после которого непрерывность слоя нарушается в вертикальном направлении с одновременным уменьшением средней плотности слоя. [c.53] Поперечная неравномерность концентрации твердой фазы естественно приводит к тому, что сопротивление ядра зернистого потока и его пристеночного слоя неодинаковы. Поэтому при фильтровании вязкой среды через движущийся слой скорость жидкости вблизи стенок заметно выше, чем в ядре потока (рис. 1.22). Измерения показывают, что на расстоянии 1,5 диаметра частицы скорость потока воздуха на 80% выше, чем в центральной части [24]. [c.53] Вернуться к основной статье