ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Физические модели структуры потоков из "Процессы и аппараты химической промышленности" Модель идеального (полного) вытеснения. Можно наблюдать такое состояние потока в проточном аппарате, когда через каждое сечение потока он движется строго параллельно самому себе без какого-либо смешения частиц с соседним сечением потока. Такая структура потока внутри аппарата характеризуется тем, что частицы жидкости движутся параллельно одна другой с одинаковыми скоростями, не обгоняя основную массу потока и не отставая от нее. Поток движется как бы аналогично твердому поршню и называется поршневым. [c.44] Кривая отклика показана на рис. 1.20. Начиная с момента X = О, когда индикатор был введен во входящий поток, и до момента т = Тср индикатор не обнаруживается в выходящем из аппарата потоке. В момент времени т = Тср концентрация С индикатора на выходе мгновенно возрастает (теоретически до бесконечности), а затем сразу же снижается до нуля. Индикатор проходит через аппарат неразмываемым тончайшим слоем (как бы поверхностью твердого поршня), и сигнал, фиксируемый на выходе в люмент Тср, в точности соответствует сигналу на входе в момент т = 0. [c.45] В технологической практике к модели идеального вытеснения сравнительно близки, например, колонные аппараты с большим отношением длины к диаметру. [c.45] Отклонение структуры потока от модели идеального вытеснения может быть следствием перемешивания частиц жидкости вдоль оси аппарата или по поперечному сечению, образования застойных зон и т. д., и проявляется это в том, что времена пребывания т различных частиц уже не одинаковы и отличаются от среднего времени пребывания Тср (одни частицы обгоняют основную массу потока, другие задерживаются в аппарате). [c.45] Модель идеального смешения. Другая идеализированная модель-модель идеального смешения. Это такое состояние потока в проточном аппарате, когда обеспечивается мгновенное и полное смешение поступающих частиц и уже имеющихся в аппарате (рис. 1.21). [c.45] Затем концентрация С краски в аппарате начнет убывать во времени, так как краска непрерывно выносится потоком, а входящая жидкость краски уже не содержит. Однако в любой момент концентрация краски остается одинаковой во всех точках аппарата. По кривой отклика (рис. 1.22) видно, что большая часть индикатора выходит в этом случае из аппарата за время между моментом его ввода (т= 0) и моментом, соответствующим среднему времени пребывания тср = Va/V. Для вымывания остальной части индикатора теоретически требуется бесконечное время (т- -сю). [c.46] Примером аппарата, условия в котором близки к идеальному смешению, является сосуд с интенсивно работающей мешалкой, а также аппарат с движением твердой фазы в кипящем слое зернистого материала (при однородном псевдоожижении). [c.46] Картина движения потоков в большинстве непрерывнодействующих аппаратов не отвечает ни идеальному вытеснению, ни идеальному смешению. По структуре потоков эти аппараты можно считать аппаратами промежуточного типа. [c.46] Кривые отклика для аппаратов промежуточных гидродинамических моделей. Вид кривой отклика для промежуточных гидродинамических моделей таких аппаратов показан на рис. 1.23. Введенный мгновенно (импульсом) во входящий поток индикатор появляется на выходе позднее, чем при идеальном смешении, — через некоторое время тн после момента ввода т = 0. Его концентрация на выходе сначала увеличивается во времени до момента ТмаЕс а затем начинает уменьшаться, стремясь к нулю при t - оо. [c.46] Величина С ёд (заштрихованная площадь) характеризует долю общего количества индикатора, удаляемую из аппарата за время 0, или долю жидкости, пребывание которой в аппарате соответствует промежутку времени от 0 до (0- -с 0). За висимость С от времени 0 называется дифференциальной функ цией распределения времени пребывания жидкости в аппарате. Это плотность распределения времени пребывания частиц в ап парате. [c.47] Кривые обеих функций могут быть получены /экспериментально. Такие экспериментальные кривые называются откликами. Вид получаемой функции зависит от закона, по которому на вход аппарата подается индикатор (сигнал). Отклик для интегральной функции (рис. 1.25) получается при нанесении сигнала в виде ступенчатой функции (ступенчатое возмущение). До момента т = 0 концентрация на входе в аппарат равна нулю. В это время на вход наносится резкое скачкообразное возмущение, и затем индикатор подают непрерывно с постоянной концентрацией. Отклик для дифференциальной функции распределения получается при введении сигнала в виде импульса или дельта-функции (рис. 1.26). При импульсном вводе определенное количество индикатора мгновенно нодают в аппарат (практически за очень малый промежуток времени). [c.48] Математическое описание моделей структуры потоков представляет собой дифференциальные уравнения, коэффициенты которых называют параметрами моделей. Неизвестные параметры моделей определяют, сравнивая решение уравнений модели (при соответствующих граничных и начальных условиях) с экспериментальной функцией отклика. [c.48] Вернуться к основной статье