ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Смешение в роторно-пульсационных аппаратах из "Эффективные малообъемные смесители" Моделирование структуры потоков. Конструктивно рабочие органы РПА, как было показано выше, состоят из нескольких пар коаксиально расположенных цилиндров ротора и статора. Наиболее простой вариант конструкции представляет собой один цилиндр на роторе и статоре. В первом приближении структура потоков обрабатываемых материалов в РПА может моделироваться с помощью широко используемого в технике устройства, состоящего из двух цилиндров, один из которых вращается. Рассмотрение характера течения среды в кольцевом зазоре между цилиндрами позволяет выявить некоторые закономерно-, сти структуры потоков в РПА, а также роль отдельных гидромеханических явлений, что необходимо для создания моделей количественного описания процесса смешения в РПА и новых вариантов их конструктивного оформления. [c.68] Общей особенностью механизма движения среды в коаксиальных цилиндрах и рабочих органах РПА является ее вращение и, следовательно, появление центробежных сил, действующих на поток. [c.68] Начало широким исследованиям характера течения в кольцевом канале между вращающимися цилиндрами было положено Тейлором [95]. Он предсказал теоретически и подтвердил экспериментально существование вторичного течения в виде парных вихрей, которые появляются при потере устойчивости ламинарного течения. Это нашло подтверждение и в других исследованиях [96—99]. Так, в [99] рассмотрены вопросы течения жидкости в зазоре между коаксиальными цилиндрами с учетом разных вариантов схем их движения друг относительно друга. [c.68] Характер возникающего течения определяется рядом факторов—соотношением частот вращения цилиндров и размеров канала, взаимным направлением вращения цилиндров, реологическими свойствами среды и т. п. [c.69] На основе решения уравнения движения Навье — Стокса были получены аналитические выражения, описывающие распределение окружных скоростей при ламинарном режиме течения жидкости [100—103]. [c.69] Необходимо отметить, что большинство существующих методов расчета устройств с вращающимися коаксиальными цилиндрами выполнены для условий, когда радиальный поток жидкости отсутствует (иг = 0). [c.69] Было показано [100], что наиболее удобно характеризовать режимы течения с макрОвихрями в кольцевом зазоре между двумя коаксиальными цилиндрами, из которых вращается только внутренний, критерием Тейлора, а при вращении любого из цилиндров (наружного или внутреннего) для ламинарного и турбулентного потоков без макровихрей — критерием Рейнольдса. [c.69] Здесь —линейная скорость вращения внутреннего цилиндра Л — ширина кольцевого зазора между цилиндрами V — кинематическая вязкость среды — радиус внутреннего цилиндра. [c.69] С помощью критерия Та можно выделить следующие режимы течения в кольцевом зазоре 1) Та 41,3 — ламинарное течение Куэтта 2) 41,3 Та 400 — ламинарное течение с вихрями Тейлора 3) Та 400 — турбулентное течение. [c.69] При ламинарном течении Куэтта элементы среды перемещаются по непересекающимся траекториям, ориентированным вдоль поверхности цилиндров. В зазоре устанавливается практически линейное распределение скоростей. Обмен количеством движения носит молекулярный характер и имеет малую интенсивность. Обычно подобное течение имеет место при движении высоковязких сред в кольцевом зазоре. [c.69] Появление вихрей Тейлора в ламинарном потоке изменяет распределение скоростей в кольцевом зазоре. В центре потока окружная скорость сохраняется почти постоянной в радиальном направлении, но резко возрастает вблизи стенок [99]. [c.69] Вихри Тейлора способствуют интенсивному перемешиванию среды, а их существование приводит к значительному увеличению момента сопротивления внутреннего цилиндра [104]. [c.69] Таким образом, в общем случае во вращающемся потоке в кольцевом зазоре существует неоднородность поля градиентов скоростей и, соответственно, напряжений сдвига. Однако в малых кольцевых зазорах, что характерно для РПА, реализуется высокая однородность градиентов скоростей и полей напряжений. [c.70] Вращение потока изменяет условия перехода от ламинарного режима течения к турбулентному, при этом тороидальные вихри Тейлора препятствуют возникновению турбулентности в потоке, повышая критическое значение критерия Re. [c.70] В турбулентном потоке вихри Тейлора сохраняются, но вид их меняется (рис. 3.11) [97, 105]. [c.70] Вторичные вихревые течения могут существовать в несколько искаженном виде, даже когда поток становится полностью турбулентным, и вносят определенный вклад в общий процесс турбулентного переноса [106, 107]. [c.70] В развитом турбулентном течении в кольцевом зазоре с внутренним вращающимся цилиндром доминирующая роль в процессах переноса принадлежит турбулентным пульсациям [108]. [c.70] Кроме того, при развитом турбулентном течении структура потока в кольцевом зазоре не зависит от того, какой из цилиндров— наружный или внутренний — вращается, так как влияние центробежных сил на течение в этом случав существенно уменьшается [111]. Профиль безразмерной скорости при вращении внешнего цилиндра с ростом значения критерия Re и уменьшением ширины кольцевого зазора качественно приближается к виду, имеющему место при вращении внутреннего цилиндра и в течении Куэтта [105, 112]. [c.71] Коэффициенты сопротивления для наружного или внутреннего вращающихся цилиндров в паре ротор — статор при увеличении Re становятся одинаковыми (рис. 3.12). [c.71] Вернуться к основной статье