Капли внутренняя циркуляция и размер

Циркуляция слабо выражена в мелких (порядка 1 мм и менее) каплях и пузырях из-за низкой относительной скорости дисперсной и сплошной фаз, а также из-за существенного внутреннего сопротивления циркуляции внутри мелкой капли. Деформация мелкой капли дополнительно подавлена еще действием сил поверхностного натяжения. По указанным причинам мелкие капли и пузыри движутся в сплошной среде со скоростями, достаточно близкими к рассчитанным по формуле (2.72). Однако при увеличении размеров капель и пузырей влияние внутренней циркуляции возрастает, деформация выражена все заметнее. В этих случаях необходимо вносить поправки в выражения для коэффициента лобового сопротивления (см. формулу (ц) в разд. 2.7.4). В результате совместного действия рассмотренных эффектов скорость движения капель и пузырей относительно сплошной среды возрастает — по приближенным оценкам в 1,5 раза в сравнении с недеформируемыми твердыми шариками. [c.245]

Подходы к анализу и расчету массообмена с твердыми телами, изложенные в разд. 10.16, могут оказаться полезными и при анализе процессов массообмена с каплями, пузырями, т.е. с дискретными образованиями с изменяющейся конфигурацией элементов. Однако в этом случае все процессы переноса протекают значительно сложнее, поскольку на молекулярную диффузию внутри элемента дискретной фазы (теплопроводности в случае теплопереноса, молекулярной вязкости при переносе импульса) накладывается внутренняя циркуляция жидкости, газа. Она вызвана взаимным перемещением сплошной и дискретной фаз — см. рис. 2.43. Эта циркуляция слабо выражена в случае мелких капель, пузырей (скажем, размером менее 1 мм), но ее интенсивность быстро нарастает при увеличении размера элемента дискретной фазы. Циркуляционный и диффузионный переносы протекают параллельно. Для мелких элементов превалирует диффузионный механизм переноса, так что здесь в значительной мере работают подходы и справедливы выводы и оценки, полученные в разделе 10.16. Для крутых элементов дискретной фазы доминирующим становится циркуляционный перенос, требующий особого анализа эти сложные вопросы — за пределами учебника. [c.884]

Если скорость процесса в системе ж — ж полностью контролируется скоростью реакции, то она не должна зависеть от поверхности контакта фаз и, следовательно, от степени перемешивания. Однако это не всегда справедливо. Процесс, который, как кажется, не зависит от перемешивания, при скорости особенно выше средней, не будет контролироваться только химической кинетикой. Как указывалось при обсуждении нитрования ароматических соединений, любое возрастание межфазной поверхности за счет перемешивания будет сопровождаться уменьшением размеров капель. Это приведет к снижению коэффициента массопередачи в дисперсной фазе вследствие уменьшения внутренней циркуляции в каплях п взаимоде -ствия капель. Приведенные факторы могут компенсировать друг друга и тогда окажется, что процесс, контролируемый массопередачей, не зависит от интенсивности перемешивания. В результате единственно твердый вывод будет таким, если скорость процесса зависит от степени перемешивания, значит важны явления массопередачи. Принимается, что перемешивание достаточно для получения однородной дисперсии. [c.374]

Более наглядно отличие в движении капель и твердых сфер видно из рис. 98, на котором сравниваются коэффициенты сопротивления среды при движении в ней капель и твердых сфер, В большей части случаев капли малого диаметра движутся с большей скоростью, чем твердые сферы того же размера и плотности, так как коэффициент сопротивления С для капли меньше, чем для твердой сферы. Это является следствием подвижности поверхности капли, причем поверхность движется в направлении от передней неподвижной точки к корме капли под действием срезающих усилий и внутренней циркуляции жидкости в капле (см. рис. 99) Если вязкость сплошной фазы велика, циркуляция внутри капли может происходить при любом [c.207]

Таким образом, уменьшение диаметра капель и, соответственно, скорости их движения, приводящее к ослаблению внутренней циркуляции в каплях, способствует падению коэффициента массоотдачи. Возрастание в случае увеличения амплитуды пульсаций (при малых интенсивностях пульсаций) связано с существованием области увеличения скорости движения капель при уменьшении их размеров до некоторого критического значения. [c.195]

С уменьшением диаметра сопла распределение капель по размерам становится более равномерным [76, 79—81]. В распылительной экстракционной колонне при применении сопел небольших диаметров (в пределах от 0,6 до 1,0 мм) распределение капель по размерам будет благоприятным для экстракции. Опыт показывает, что экстракция увеличивается с уменьшением диаметра сопла, что объясняется усилением внутренней циркуляции в капле [82]. [c.117]

Скорости диффузии в каплях зависят от характера переноса, протекающего как за счет молекулярного движения, так и вследствие перемешивания жидкости. Очень маленькие капли в основном неподвижны, и перепое в них осуществляется за счет молекулярной диффузии. В каплях промежуточных размеров возникает ламинарная тороидальная внутренняя циркуляция, которая уменьшает длину пробега в процессе молекулярной диффузии. В случае очень больших капель вместо ламинарной циркуляции наблюдается гидродинамический режим, который, по-видимому, похож на весьма интенсивное внутреннее перемешивание, вызванное эффектом колебания поверхности капли. Подавляющая часть известных сведений о циркуляции в каплях почерпнута из серии исследований, выполненных Гарнером с сотр. (см. например, работы [62, 64, 67, 68, 69, 70]). [c.259]

Размеры и скорость капель. Определение размера капель и предельной скорости их движения имеет важное значение для изучения гидродинамики экстракционных аппаратов и определения поверхности фазового контакта. Движение капель существенно отличается от движения твердых шарообразных частиц. Это связано с деформацией и распадом капель, а также с циркуляцией жидкости внутри капель, обусловленной срезающими усилиями, возникающими вследствие трения между каплями и сплошной фазой. Сложность условий усугубляется тем, что характер деформации капель может быть различным в зависимости от структуры потока вокруг них . Поэтому теоретически определить распределение частиц дисперсной фазы по размерам и скорости их осаждения в условиях турбулентного потока очень трудно. Интересные результаты получили Г. П. Питерских и Е. Р. Валашек , теоретически исследовавшие вопрос о диспергировании экстрагента в турбулентном потоке раствора и определившие порядок величины наибольших капель, устойчивых в турбулентном ядре потока и в пограничном слое. Приравнивая динамическое давление потока внутреннему давле- [c.134]

Термическое сопротивление капли может быгь существенно снижено за счет конвекции внутри капли. Такая конвекция в особенности интенсивна, если омывающая каплю жидкость также является истинной (капельной) жидкостью этот процесс достаточно подробно изучался применительно к жидкостной экстракции [2.61, 2.64]. В каплях, движущихся в газообразной среде, конвекция в качественном отношении развивается аналогично, в ко-личественном отличается меньшей интенсивностью главным образом из-за менее благоприятного отношения вязкостей сплошной и диспергированной сред. В [2.61] сообщается, что внутренняя циркуляция жидкости в капле оказывает слабое влияние на испарение чистой жидкости, однако ее влияние существенно при абсорбции или десорбции слаборастворимого газа (нащример, абсорбция СО2 падающими каплями воды размером 5 мм протекает на [c.126]

В гл. 6 были рассмотрены законы движения твердых тел в жидкостях (включая капельные и упругие) и получены формулы для расчета скорости свободного осаждения частиц под действием силы тяжести. Эти же формулы могут применяться при расчете скорости осаждения мелких капель в газе. При осаждении капель жидкости в жидкой среде благодаря внутренней циркуляции в капле скорость движения капли может быть на 50% выше, чем скорость твердой сферической частицы эквивалентного диаметра. При загрязнении капель примесями или в присутствии поверхностно-активных веществ тенденция к циркуляции сильно снижается скорость осаждения таких капель, называемых жесткими , следует рассчитать по уравнениям, полученным для твердых частиц. В случае чистых капель скорость осаждения возрастает с увеличением размера капли только до определенного (критического) значения их эквивалентного диаметра (размер капель d выражается как диаметр сферы, объем которой равновелик объему капли). Капли с / > / р в процессе осаждения периодически меняют свою форму и называются поэтому осциллирующими. Скорость осаждения осциллирующих капель с увеличением их размера немного уменьшается. [c.211]

Наиболее простыми являются дисперсные системы с твердой дискретной фазой — из-за постоянства размеров и отсутствия движения вещества внутри самого зерна (тогда как в капле или пузыре может происходить внутренняя циркуляция). Ниже достаточно детально будут рассмотрены дисперсные системы именно с твердой фазой, в определенном смысле они часто служат упрощенной моделью для систем с жидкостями и с газовыми пузырями (некоторые аспекты гидравлики этих систем в учебнике лищь затронуты). [c.214]

Циркуляцию в каплях можно определить с помощью фотографирования капель в суживающихся трубках, как поступали Кинтнер и др. [64]. Используя этот метод, Хортон, Фрич и Кинтнер [65] показали, что затухание внутренней циркуляции может быть вы- звано медленным накоплением на поверхности раздела фаз активных веществ коллоидальных размеров. При затухании циркуляции наблю-дается перемещение центра циркуляции (рис. 8-8). [c.338]

Дисперсная фаза. Опытные данные о массоотдаче в двухфазных жидких системах отсутствуют. Можно, однако (см. главу V), рассматривать капли как циркулирующие сферы с эффективным коэффициентом диффузии Оп, из.меняющимся от Во до 2,5 Во в зависимости от степени внутренней циркуляции. Измеряя скорость растворения о-толуидина в воде в аппарате с мешалкой, Нагата пришел к выводу, что с увеличением числа оборотов мешалки общая скорость процесса увеличивается главным образом в результате увеличения межфазовой поверхности, в то время как Во даже уменьшается оба эти явления, как установлено, обусловлены уменьшением размера капель. [c.470]

Трейбал предложил [94]1 рассматривать массообмен н смесителе как процесс нестационарной диффузии от твердых сфер диаметром, равным среднему диаметру капель, находящихся внутри сплошной фазы. При этом может быть использована аналогия с нестационарным теплообменом в жесткой сфере, помещённой в среду с постоянной температурой. Известное для теплообмена решение Гребера приведено [94] в виде графической зависимости (рис. У.13) для определения эффективности ступени по Мерфи ( м.д —по дисперсной фазе). Помимо близкого к действительности допущения о полном перемешивании в сплошной фазе такое определение "м-д связано с рядом других упрощающих допущелий (одинаковый размер капель и постоянное время их пребывания отсутствие концевых эффектов, химического взаимодействия, сопротивления массообмену на поверхности раздела фаз), В полученной зависимости явления внутренней циркуляции жидкости в капле, многократной коалесценции и редиспергирования, а также прочие явления, осложняющие массообмен (по сравнению с его упрощенной моделью), учитыва- ш ются введением эффективно- д го коэффициента молекуляр- [c.294]

После образования и начала движения единичные капли вскоре достигают предельной скорости. Время контакта просто представляет собой расстояние подъема или падения капли, деленное на предельную скорость Цт- В распылительных колоннах или в сосудах с перемешиванием это время, однако, может быть значительно больше, поскольку обратное перемепшвапие приводит к удержанию дисперсной фазы. В первом приближении скорость 11т капель диаметром менее 1 —2 мм, можно рассчитать по корреляционным соотношениям, найденным для твердых сферических частиц (см. раздел 6.5). В случае капель несколько большего размера возникает внутренняя циркуляция, обусловленная наличием сопротивления трения в экваториальной области ка- [c.258]

Массообмен внутри капель ускоряется внутренней циркуляцией, возникающей под воздействием касательных сил на поверхности газ—жидкость. Циркуляция оказывает слабое влияние на процесс испарения чистой жидкости, однако она существенна при абсорбции или десорбции слабо растворимого газа. В своих ранних исследованиях Уитман, Лонг и Уэнг [216] и Хатта и Баба [86] показали, что абсорбция СОа падающими каплями воды размером 5 мм, протекает на 50—70 % интенсивнее, чем этого можно было ожидать из рассмотрения нестационарной молекулярной диффузии в сферические частицы. Аналогичные результаты получили Гарнер и Лейн [67] для абсорбции СО2 каплями различных жидкостей, удерживаемыми в аэродинамической трубе, и Констан и Кальверт [32] для абсорбции ЗОа неподвижными каплями глицерина или гликолей. В случае вязких жидкостей циркуляция была небольшой или отсутствовала. [c.264]

Мокрые пылеуловители с внутренней циркуляцией жидкости относятся к аппаратам ударноинерционного действия, в которых основную роль играет инерционный механизм осаждения пыли. Другие механизмы осаждения (диффузия, зацепление, гравитационное и центробежное осаждение) не являются доминирующими, и ими при рассмотрении данной модели улавливания можно пренебречь. Так, диффузионное осаждение пыли на каплях жидкости становится существенным для частиц размером менее 0,1 мкм, для более крупных фракций пыли диффузионное осаждение на несколько порядков меньше по сравнению с инерционным осаждением. [c.434]

Применимость модели ограничена иредположением стационарности циркуляции в капле, малостью членов, содержащих высшие степени скорости в уравнении Навье — Стокса, и предположением, что время циркуляции меньше времени диффузии. При каплях малого размера последнее предположение может оказаться невыполненным, так как циркуляция окажется заторможенной внутренним трением. [c.21]

Процесс упаривания растворов проводится в ВА, представляющем собой кожухотрубчатый теплообменный аппарат, измененный применительно к специфическим условиям процесса выпаривания. Основных таких условий два. Во-первых, при интенсивном кипении раствора внутри вертикальных труб капли раствора не должны уноситься из аппарата вместе с парами растворителя, так как это означало бы потерю части растворенного вещества. Поэтому верхняя крышка теплообменного аппарата здесь значительно увеличена, особенно по вертикальному размеру, и выполняет роль сепаратора (для улучшения брызгоулавливания в сепараторе дополнительно устанавливаются различного рода брызгоулавливатели). Во-вторых, исследования и практика эксплуатации ВА показали, что скорость отложения твердого вещества из раствора уменьшается, если раствор перемещается по кипятильным трубам со скоростью 2—3 м/с. Циркуляция кипящего раствора в наиболее простой конструкции ВА с внутренней циркуляционной трубой (рис. 9.1) происходит без использования насоса за [c.256]