ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Теория образования центральной воронки из "Перемешивание в химической промышленности" В обеих цитируемых работах интересно упоминание о влиянии размещения мешалки в сосуде на время перемешивания. Для сопла изменения времени перемешивания, вызванные переменой положения сопла в сосуде, находятся в пределах погрешностей наблюдения. [c.53] Перемешивание пропеллерной мешалкой дает наилучшие результаты, если вал мешалки расположен под углом 7—10° к диаметру, проведенному от точки ввода мешалки в сосуд в горизонтальной плоскости. Любое отклонение в вертикальном направлении приводит к увеличению времени перемешивания. [c.53] Образование центральной воронки является следствием влияния силы тяжести. Для анализа этого явления рассмотрим линии тока, т. е. путь движения частиц жидкости при вращении мешалки, расположенной по оси цилиндрического сосуда. Линии тока можно сделать видимыми, если ввести в жидкость раствор красителя или окращенные твердые частицы. [c.53] Линии тока отражают результат взаимодействия потока жидкости, непосредственно стекающей с мешалки, с общим потоком жидкости в сосуде, отличающимися один от другого прежде всего скоростью. Обычное двухмерное изображение линий тока (см. рис, 7—9) не дает достаточно полной картины течения и в данном случае недостаточно. Для наглядности рассмотрим путь движения одной частицы жидкости и изобразим его в двух проекциях. Этим методом можно получить трехмерное изображение линии тока, которое дает ясное представление о течении жидкости в сосуде (рис. 15). [c.53] ЭТОГО ускорения, имеющего тангенциальное направление, определяется центробежной силой, возникающей при работе мешалки. Последняя, в свою очередь, зависит от числа оборотов мешалки, а также плотности и вязкости жидкости. Таким образом, на частицу будет действовать некоторая объемная сила, являющаяся результатом совместного влияния цетробежной силы и силы тяжести. Результирующее ускорение этой объемной силы будет суммой векторов обоих ускорений, и его направление будет перпендикулярно к поверхности жидкости в данной точке. Следовательно, до тех пор, пока тангенциальное ускорение не будет оказывать существенного влияния на направление общего ускорения, поверхность жидкости будет горизонтальной. Как только поле центробежной силы начнет оказывать преобладающее влияние, на поверхности жидкости возникнет воронка. Поверхность уровня жидкости в каждой точке воронки будет нормальна к направлению результирующего ускорения. Таким образом, для образования центральной воронки необходимо, чтобы центробежное ускорение преобладало над ускорением свободного падения. В этом случае в сосуде будет преимущественно круговое движение всего содержимого сосуда над движением потока жидкости, стекающей с мешалки. [c.55] Средства для выпрямления потока применяются не только при образовании центральной воронки, но и при использовании мешалок с тангенциальным потоком. В этом случае можно опасаться, что при каких-то размерах мешалки и определенном числе оборотов ее жидкость в сосуде будет вращаться с такой же мгновенной скоростью, как и мешалка. Очевидно, что в этих условиях перемешивание окажется совершенно неэффективным. [c.55] Интенсивность перемешивания при образовании воронки. Для анализа влияния воронки, образующейся при работе мешалки, на интенсивность перемешивания используем снова схемы линий тока, которые можно получить при киносъемке движения тонких полосок окрашенного полихлорвинила в сосуде с мешалкой. [c.55] При дальнейшем увеличении числа оборотов воронка углубляется настолько, что достигает. мешалки. Как изображено на рис. 17, интенсивность перемешивания в этом случае ничтожна, и частицы, как и при малых числах оборотов, будут только перемеш,аться но дну сосуда. [c.56] ме того, в результате ударов, получаемых мешалкой при работе в смеси жидкости и воздуха, т. е. в среде переменной плот-и.ссти, вал мешалки начинает колебаться. [c.56] Используя полоски полихлорвинила для получения изображений линий тока, можно определить условия перемешивания и в прямоугольном сосуде. Центральная воронка возникает здесь при очень быстром движении мешалки. Зато в углах сосуда образуются сравнительно большие пространства с лпши шльным подсасыванием. Завихрения в этих частях объема жидкости имеют только лестный характер и не способствуют общему перемешиванию. Объемная производительность мешалки в прямоугольных сосудах, таким образом, уменьшается, поскольку в этом случае перемешиваемым объемом можно считать только часть жидкости в объеме цилиндра, вписанного в прямоугольный сосуд. [c.57] Форма воронки. Предыдущие рассуждения были подтверждены теоретическим исследованием распределения угловых скоростей жидкости, стекающей с мешалки преимущественно в тангенциальном направлении [112]. Если в сосуде не установлены перегородки, то при большем числе оборотов мешалки условия движения жидкости в сосуде приближаются к условиям так называемого вихря Рэнкина. Жидкость вблизи центра сосуда имеет скорость, приблизительно равную скорости мешалки (область вынужденного вихря), остальная часть жидкости в сосуде движется с различными угловыми скоростями, изменяющимися обратно пропорционально квадрату расстояния от центра сосуда (область свободного вихря). Анализируя распределение угловых скоростей в жидкости и принимая несколько упрощающих допущений, можно вывести уравнение, определяющее форму поверхности при образовании воронки. [c.57] Б которой Zo—высота слоя жидкости в самой нижней точке свободной поверхности жидкости. [c.58] Очевидно, на границе вынужденного и свободного вихрей справедливы оба уравнения (I, 63) и (I, 66), определяющие окружную скорость. [c.58] На стенках сосуда существует ламинарный слой жидкости, для которого будет справедливо уравнение (1,67), если величину г заменить радиусом сосуда R . [c.59] Между этим слоем и стенкой происходит резкое снижение окружной скорости, изображаемое прямой ВС (рис. 19). [c.59] Несмотря на ряд упрощающих допущений, как, например, предположение о криволинейном движении потока жидкости по линиям тока, изображенным на рис. 7 (см. стр. 37), исключение влияния местных завихрений и предположение о наличии резких переходов между окружными скоростями в отдельных областях вихря (точки А и Б, рис. 19), выведенные уравнения в первом приближении являются хорошим руководством для определения формы поверхности перемешиваемой жидкости при образовании воронки. Как показано на рис. 20, где изображены рассчитанные и опытные кривые, наблюдается хорошая согласованность обеих кривых, в особенности для условий, когда dJb 5. Для меньших соотношений с1 /Ь упрощающие допущения, принятые при выводе уравнений (I, 65) и (I, 69), будут недействительными, а потому отклонения опытных величин от рассчитанных оказываются весьма значительными. [c.60] Мельников [200] установил, что распределение скоростей (тангенциальной составляющей) в пограничном подслое должно описываться уравнением параболы. [c.61] Сплошная линия—экспериментальные данные штриховая—профиль, найденный -.а четным путем. [c.61] Вернуться к основной статье