Перемешивание и скорость турбулентного поток

Тройная аналогия между переносом количества движения (импульса), тепла и вещества. Теоретическим анализом и многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что между механизмами переноса механической энергии, тепла и массы в определенных условиях существует приближенная аналогия. Известно, например, что в ядре турбулентного потока вследствие интенсивного перемешивания частиц происходит выравнивание их скоростей, а в процессах тепло- и массопереноса — выравнивание соответственно температур и концентраций. В пределах же пограничного слоя наблюдается резкое падение скоростей, температур и концентраций вследствие пренебрежимо малого действия турбулентных пульсаций. [c.152]

Существует еще одна модель, с помощью которой также можно объяснить эффект увеличения скорости горения в турбулентном потоке. В мелкомасштабных молях происходит быстрый процесс молекулярного перемешивания, в частности происходит перемешивание продуктов сгорания со свежей смесью. В тех молях, где получающаяся после смешения температура Гер достаточно высока, смесь успевает сгореть по законам объемной реакции раньше, чем в таком медленном процессе, как ламинарное горение. Образующиеся при этом продукты реакции опять смешиваются с молями свежей смеси и, таким образом, происходит распространение пламени. В тех молях, где температура после смешения слишком мала, реакция горения за время существования моля не успевает завершиться. Кроме того, в зоне горения должны также существовать моли, состоящие только из свежей смеси или только из продуктов реакции и в данный момент не участвующие в горении. Можно предполагать, что суммарная скорость горения в этом случае будет значительно превышать скорость ламинарного горения, так как молекулярно-турбулентное смешение происходит с большей скоростью, чем ламинарное. [c.137]

Для данного объема газа пульсационная скорость сохраняется неизменной на протяжении всего пути перемешивания. При теоретическом анализе влияния турбулентности потока на скорость сгорания принимают, что свойства потока неизменны и характеризуются средними по времени значениями /, е и V. По Прандтлю соотношение между указанными величинами равно е=/ и 1. [c.166]

Результаты многих опытов показывают, что чем тяжелее углеводородный газ, тем скорее он в присутствии влаги образует гидрат. На образование гидратов решающее влияние оказывают температура и давление. Такие факторы, как высокая скорость и турбулентность потока, пульсация компрессора, быстрые повороты и другие условия, усиливающие перемешивание смеси, также способствуют образованию гидратов углеводородных газов. [c.37]

Применение подогретого до 313—482 °С сжатого воздуха повышает скорость окисления, особенно при получении высокоплавких битумов, не оказывая существенного влияния на их качество. Увеличение высоты столба жидкости в реакторе значительно повышает температуру размягчения битума, не меняя соотношения между температурой размягчения и пенетрацией [308], что подтверждает преимущество вертикальных окислительных колонн. Увеличение уровня жидкой фазы повышает эффективность процесса потому, что длина пути газовых пузырьков увеличивается. Однако для аппаратов такого типа существует некоторый предел заполнения жидкой фазой, свыше которого эффективность процесса уже не меняется. Этот предел следует находить экспериментально. Так, в окислительной колонне непрерывного действия уровень жидкой фазы должен быть не менее 10 м [150]. Для аппаратов с хорошим перемешиванием и турбулентным потоком и при относительно небольшой высоте уровня кислород используется полностью. Поэтому повышение уровня жидкости в таких аппаратах неэффективно. [c.135]

Это значение б(х), а тем самым, как следует из формул (3.106), (3.108), и значение коэффициента перемешивания в турбулентном потоке 2(х) зависят тогда от компонент скорости и(х, г) и v(x, г), турбулентной вязкости > (х, г) и турбулентного числа Шмидта 5с, т. е. от всех величин, необходимых для решения уравнения (3.118). Для ламинарного потока, когда (v /S ) = = 0, поле скоростей было рассмотрено Берманом [3.156], получившим решение уравнения Навье — Стокса. Решение уравнения [c.98]

Принимается, что продольное перемешивание, вызываемое турбулентностью потока, неравномерностью укладки частиц, неодинаковой скоростью газа у поверхности частиц и на некотором отдалении от нее, наличием застойных зон и прочими причинами, может быть описано некоторой эквивалентной продольной диффузией с постоянным по длине слоя коэффициентом /). Величины зависят от скорости газа, его свойств, характера укладки частиц в слое и определяются экспериментально, например, методом использования трассеров [26]. [c.215]

Кинетика реакций гидрирования и дегидрирования. Скорость этих реакций, как и для других гетерогенно-каталитических процессов, в общем случае может зависеть от диффузионных и кинетических факторов. Первые из них играют тем меньшую роль, чем интенсивнее перемешивание и турбулентность потоков и чем ниже температура. В большинстве случаев кинетика гидрирования и дегидрирования описывается общим уравнением Лэнгмюра— Хиншельвуда, выведенным для случая, когда лимитирующей стадией является химическая реакция на поверхности катализатора. Если обозначить через Ь адсорбционные коэффициенты и через р — парциальные давления реагентов, то для обратимой реакции дегидрирования при мономолекулярном расщеплении сорбированного вещества имеем [c.449]

Интенсивное перемешивание в турбулентном потоке жидкости несколько уменьшает эффективную толщину диффузионного граничного слоя, в результате чего скорость гетерогенных процессов повышается, достигая определенного значения, связанного с предельной (для данных условий) толщиной граничного слоя. [c.103]

Горение топлива в тепловых двигателях обычно происходит в сильно турбулизованном потоке. Турбулентный поток характеризуется неупорядоченным движением частиц газа, при котором скорость в каждой точке потока меняется по направлению и по величине. Для турбулентного потока характерно наличие пульсаций скорости, давления, температуры и концентрации вещества. Молекулярный механизм передачи тепла и массы вещества интенсифицируется пульсациями и перемешиваниями отдельных объемов газовой смеси. Параметрами, характеризующими турбулентность потока, являются путь перемешивания (масштаб турбулентности) и коэффициент турбулентного обмена. [c.138]

Важным свойством зернистого слоя является турбулентная диффузия как в радиальном, так и в осевом направлении. Радиальная турбулентная диффузия объясняется беспорядочным потоком частиц вещества через каналы слоя или перемешиванием сходящихся струй потока. Осевая турбулентная диффузия является результатом смешивания струй, проходящих по каналам между зернами. При этом играет также роль скорость потока, измеряющаяся в различных точках сечения слоя. Радиальная диффузия имеет большое значение для теплообмена с охлаждающей рубашкой. Влияние же осевой диффузии, вообще говоря, мало. Критерий Пекле для радиальной диффузии, учитывающий диаметр частицы [c.185]

Интенсивность перемешивания в потоке зависит от спектра масштабов турбулентности и от скорости турбулентных пульсаций. При вдувании газа в пористую среду (плотный слой) непосредственно в месте ввода кинетическая энергия превращается в потенциальную, скорость падает и резко возрастает статическое давление. Поток раздробляется на мельчайшие струйки с низкими скоростями пульсаций и мелкими масштабами турбулентности или даже движение становится ламинарным. Струйки движутся в слое по линиям наименьшего сопротивления, слабо перемешиваясь между собой. Поэтому, если газ и воздух подводятся в слой раздельно, горение получается растянутым и несовершенным. Углеводородные фракции топлива разлагаются с выделением сажистого углерода в порах слоя, засоряя его. Полученные в лабораторных условиях экспериментальные данные о распределении статических давлений в слое при сосредоточенной подаче газа в нижние горизонты слоя по его [c.120]

Движение отдельных твердых частиц сходно с движением элемента жидкости в турбулентном потоке. В интервале времени до 1 с поведение твердой частицы сильно зависит от скорости и направления движения в предыдущий момент. Однако, в более длительные промежутки времени такая корреляция не сохраняется и перемещение частиц становится прямо пропорциональным временем. Это оправдывает использование равнения диффузии для описания перемешивания твердых частиц. [c.66]

При турбулентном движении благодаря сильному перемешиванию отдельных частей потока профиль скоростей значительно более пологий, чем в ламинарном потоке. Как показали опыты [c.16]

В отличие от ламинарного в турбулентном потоке происходит всегда пульсация скоростей, под действием которой частицы жидкости получают возможность перемещаться также в поперечном направлении. Это приводит к перемешиванию жидкости. Вблизи стенок такое перемешивание невозможно, так как они ограничивают поток. Поэтому вблизи стенок поток движется по траекториям, определяемым состоянием стенок (их шероховатостью) и свойствами жидкости. [c.53]

Подобно тому, как коэффициент молекулярной диффузии D характеризует скорость молекулярного переноса вещества, так же и коэффициент Aj. характеризует скорость молярных перемещений это как бы увеличенный турбулентностью коэффициент диффузии. Вместе с тем при наличии разности температур в различных слоях потока турбулентность приводит к ускорению процесса переноса тепла. По этой же причине (усиление молярного перемешивания) соответственно увеличивается и кинематическая вязкость в турбулентном потоке. Таким образом, коэффициент турбулентного обмена представляет собой одновременно коэффициент турбулентной диффузии, турбулентной температуропроводности и турбулентной кинематической вязкости. Вспоминая приводившиеся выше соотношения для физических констант молекулярных процессов перемещения, легко [c.72]

В турбулентном потоке происходят пульсации скоростей, под действием которых частицы жидкости, движущиеся в главном (осевом) направлении, получают также поперечные перемещения, приводящие к интенсивному перемешиванию потока по сечению и требующие соответственно большей затраты энергии на движение, жидкости, чем при ламинарном потоке. [c.41]

Физическая картина движения потоков в массообменных аппаратах, как правило, значительно сложнее вследствие перемешивания. В этих аппаратах перемешивание вдоль оси потока обусловлено турбулентной диффузией и разными другими причинами, указанными ранее (см. стр. 120). К числу их относится увлечение одной из фаз некоторой части другой фазы, движущейся противотоком к первой (например, захват брызг жидкости поднимающимися пузырьками газа или пара при барботаже), различие скоростей по поперечному сечению потока, приводящее к байпасированию части потока (в результате каналообразования), образование застойных зон и т. д. [c.419]

В действительности же и в невозмущенном потоке имеется некоторая начальная турбулентность, поэтому в тех случаях, когда скорости и иг близки между собой, т. е. интенсивность турбулентности, порождаемой в струе, меньше исходной интенсивности турбулентности невозмущенного потока, влияние первой прекращается и перемешивание определяется турбулентностью невозмущенного потока, которая не зависит от величины т. Естественно, что в этой области угол утолщения пограничного слоя почти не связан с соотношением скоростей на границах слоя. [c.375]

Сравнение с ламинарным режимом (для которого гу) показывает, что при переходе к турбулентному режиму влияние вязкости на сопротивление значительно уменьшается, и, напротив, значительно возрастает влияние скорости движения жидкости. Это объясняется тем, что в турбулентном потоке вязкостное сопротивление (пропорциональное первой степени скорости) сосредоточено лишь в пределах тонкого слоя у стенок. Основная часть сопротивления создаётся в результате перемешивания частиц жидкости в переходном участке и турбулентном ядре и связана с рассеиванием кинетической энергии [c.125]

Таким образом, наличие свободного окислителя в области между стенкой и зоной максимальных температур, а также присутствие в составе продуктов горения окиси углерода свидетельствуют о том, что по крайней мере в определенных условиях при диффузионном горении в пограничном слое (да и вообще в турбулентном потоке) существенной может оказаться роль химической кинетики скорость химической реакции оказывается соизмеримой или даже может быть меньше скорости перемешивания до молекулярного состояния горючего с окислителем. Не исключено, что в других условиях — при горении более реакционноспособных [c.37]

Процесс горения топливно-воздушной смеси в топочных устройствах весьма сложен. Так, например, в камерах сгорания реактивных двигателей он протекает при больших скоростях движения газа, т. е. в турбулентном потоке, и представляет собой сложный комплекс процессов распыливания топлива, перемешивания его с воздухом, испарения и собственно сгорания. Выявление общих закономерностей для такого сложного комплекса процессов крайне затруднительно. [c.229]

Как следует из предыдущих глав, развитие процесса сгорания капли топлива на определенном этапе может проходить и без подачи воздуха, просто в газовой среде с высокой температурой. Такой стадией является прогрев капли, длительность которого значительно возрастает по мере утяжеления топлива, увеличения размеров капель и понижения температуры среды. Для обычных условий сгорания тяжелых топлив он составляет до 30% полного времени горения капли. Распространяя это положение на весь факел, в составе которого находятся капли различных размеров, можно заключить, что подача необходимого для горения факела воздуха к устью форсунки не является необходимым мероприятием, как это принято считать. Скорее всего, подача всего воздуха к корню топливного факела нецелесообразна, поскольку при этом понижается температура, и процесс подготовки капель к сгоранию (прогрев) соответственно затягивается во времени. Замедленное развитие подготовительных процессов влечет за собой изменение условий горения в связи с более медленным нарастанием температуры и сдвижкой ядра факела по потоку. Одновременно с этим обеспечение надежного воспламенения факела путем возврата части продуктов сгорания потребует организации более мощной зоны обратных токов, что, естественно, влечет за собой повышение гидравлических потерь. Быстрое затухание начальной турбулентности потока в горящем факеле, создаваемой для обеспечения перемешивания в толще факела, вынуждает прибегать к повышенным скоростям истечения воздуха, что также связано с увеличением гидравлических потерь. [c.127]

Основными механизмами распределения частиц при турбулентном перемешивании являются циркуляционные течения и, как наиболее значимый фактор, пульсационные скорости турбулентного потока. В тех случаях, когда пульсационная скорость турбулентных пульсаций много больше скорости миграции м , гомогенизация частиц в жидкости протекает аналогично гомогенизации растворимых жидкостей. Если за меру пульсацион-ной скорости турбулентного потока принять так называемую динамическую скорость м. (см., например, уравнение (2.2.6.9)), то это условие можно представить как и. Му. В случае сопоставимости этих скоростей приходится решать задачу с учетом турбулентного переноса и циркуляционных течений (см. пример 3.3.6.1). В упрощенном варианте циркуляционное перемешивание объединяют с турбулентным, вводя в рассмотрение так называемый коэффициент псевдотурбулентной (иногда просто турбулентной) диффузии (иногда переноса). Подробнее этот вопрос изложен в 6.1.4. [c.53]

Совершенно очевидно, что скорость распространения пламени в турбулентном потоке должна зависеть от его структуры, характеризуемой масштабом турбулентности (или длиной пути перемешивания) и скоростью поперечных пульсаций. Экспериментальным путем установлено, что скорость распространения пламени в турбулентном потоке увеличивается с увеличением скорости его истечения, однако зависимость от числа Рейнольдса не обнаружена. Увеличение скорости рас-1тростр анения пламени в начале образования турбулентного потока происходит быстро в дальнейшем она замедляется, и скорость распространения пламени становится постоянной, достигая максимума после гого, как скорость потока достигнет определенного значения. С возрастанием скорости турбулентного потока разница в скоростях распро-( транения пламени в нем, обусловленная составом смеси, уменьшается, и при очень больших скоростях потока скорость распространения пламени можно считать не зависящей от состава смеси. [c.65]

В данном случае количество переносимого тепла связано с так называемым коэффициентом перемешивания в турбулентном потоке. Еще в 1921 г. А. Дефант попытался исследовать перенос тепла вдоль меридианов за счет этого второго эффекта [1]. Он ограничился теми зонами (внеэкваториаль-ными), где ярко выражено движение воздушных масс вдоль параллелей, меридиональные же составляющие скоростей выражены значительно слабее. [c.504]

При рассмотрении влияния турбулентности потока на скорость сгорания учитывают масштаб турбулентности I, коэффициент турбулентного обмена -е и пульсационную скорость V. Масштаб турбулентности или путь перемешивания отождествляется с объемом газа, в котором в данный отрезок времени все частицы обладают одинаковой скоростью движения. Величину I можно также интерпретировать как средний диаметр вихря. Коэффициент турбулентного обмена является своего рода эффективным коэффициентом диффузии. Отдельные объемы газа кроме средней скорости потока обладают неупорядоченными, быстро меняюшимися дополнитель-ными скоростями V (пуль- I сационными скоростями). [c.165]

При анализе турбулентного перемешивания струй плазмы и реагента до молекулярных масштабов исходят из известных концепций турбулентного переноса. В турбулентном потоке существуют глобулы различных размеров, дробящиеся до тех пор, пока их размер становится соизмеримым с некоторым масштабом, который по Колмогорову равен ЮЖе / , где с/ - характерный размер течения, Ке -число Рейнольдса. Степень перемешивания, обеспечиваемого молекулярной диффузией в масштабемного меньше скорости уменьшения размеров глобул. Таким образом процесс разрушения глобул и определяет интенсивность перемешивания на молекулярном уровне. На практике используют радиальный ввод газа, предварительную его турбулизацию и другие способы воздействия на поток [6]. [c.174]

Скорость относительного движения частиц в турбулентном потоке можно представить в виде [ИЗ] иа—u l (ea) где в — удельная мощность на перемешивание. Коэффициент массоотдачи для кристалла, взвешенного в турбулентном потоке, представим в виде [114] (eDVva ) / . Удельную мощность на перемешивание представим в виде [115] е = к,р, п ё Тогда скорость роста [c.311]

На рис. 3 представлено распределение турбулентных интенсивностей в зависимости от соотношения гЩ для разных импеллеров. Турбулентная интенсивность является мерой энергии, распределяющейся между флуктуирующей скоростью, обусловливающей местное перемешивание, и средней скоростью, влияющей на перемещение жидкости или на смешение. Для т>1рбины с плоскими лопатками (рис. 3, а) значения интенсивности меняются от 0,35 уел. ед. вблизи ту рбины до 0,6 уел. ед. рядом со стенкой. Увеличение интенсивности с расстоянием происходит в связи с тем, что средняя скорость уменьшается быстрее флуктуирующей. Интенсивность не зависит от скорости вращения импеллера. Иными словами, когда достигается полное развитие турбулентного потока, дополнительная энергия постоянно распределяется между потоком и турбулентностью. [c.179]

Увеличение скорости реакции, протекающей в диф4 области, достигается воздействием факторов, способе возрастанию скорости диффузии — внешней (перемеи агирующих молекул от среды к поверхности катали внутренней (перемещение в порах катализатора). К г торам относятся интенсивное перемешивание увелич .. рости потока, приводящее к турбулентности его уменьшение размера гранул катализатора, например, путем перехода от зерненого катализатора к пылевидному. [c.518]

Еш е два фактора заслуживают того, чтобы быть здесь отмеченными, потому что они приводят к заметному расхождению между теорией и экспериментом. Во-первых, в зоне пламени, где температура выше, а плотность меньше, действуют выталкиваюш ие силы, которые деформируют пламя. Следовательно, предположение (1) 4 главы 1 оказывается не вполне справедливым. Во-вторых, течение в горелках рассматриваемого типа почти всегда характеризуется сильной крупномасштабной турбулентностью. Турбулентность вызывает расширение и быстрые флуктуации пламени, и таким образом приводит к качественному расхождению с развиваемой ламинарной теорией. Однако поскольку скорость турбулентного горения предварительно перемешанных газов обычно регулируется интенсивностью турбулентного перемешивания, полученные результаты можно с разумной точностью применить к средним характеристикам турбулентных систем, если заменить коэффициенты диффузии в ламинарном потоке коэффициентами турбулентной диффузии. Турбулентные пламена в потоках с предварительным перемешиванием подробно рассматриваются в главе 7. [c.72]

Значения высоты пламени и эффективности горения в случае турбулентных диффузионных пламен предсказать легче, чем предсказать значения скорости турбулентных пламен в системах с предварительным перемешиванием. Это связано с тем, что, как установлено экспериментально, в случае диффузионных пламен полная скорость реакции определяется интенсивностью турбулентного неремеши-вания (хотя можно предположить, что при очень сильной турбулентности турбулентное перемешивание может стать настолько интенсивным, что скорость химических превра-ш,епий в турбулентном потоке будет определяться полной скоростью химической реакции). Так как механизм турбулентного перемешивания сравнительно хорошо нонят [8-10], теории турбулентных пламен в системах без предварительного перемешивания оказались весьма успешными [62-64] теории здесь обсуждаться не будут, потому что они, в сущности, мало отличаются от теории, изложенной в 2 главы 3 (см. пункте 2 главы 3). [c.234]

Одной и з Н1ОВЫХ гипотез в области теории тур булентности являются представления, развитые А. Н. Колмогоровым 43], который характеризует структуру турбулентных потоков как результат последовательного наложения на осредненный поток пульсаций первого, второго и т. д. порядков. Пульсации определяют беспорядочное перемещение объемов газа или жидкости. соответственно с диаметрами порядка I = I, Г <1. .. где I — путь перемешивания по Пр аядтлю. Скорости пульсаций [c.64]

В последние годы опублпкованы отечественные и зарубежные работы [1], в которых делается попытка теоретически решить эту задачу на основе представлений о диффузионном механизме горения, аналогичном горению в ламинарном потоке, но с той разницей, что перемешивание окислителя с горючим протекает не со скоростью молекулярной диффузии, а более интенсивно — со скоростью турбулентной диффузии. Предполагается, что в результате взаимной диффузии горючего и окислителя в пограничном слое на некотором расстоянии от стенки образуется некая поверхность ну.тевой толщины, на которой устанавливается стехиометрическое соотношение горючего и окислителя (а = 1). На этой поверхности — во фронте пламени происходит мгновенное сгорание топлива и достигается температура, соответствующая равновесному составу продуктов горения. Из фронта пламени продукты горения диффундируют в обе стороны, в результате чего выше фронта пламени находится смесь газов, состоящая из продуктов горения и окислителя, ниже фронта пламени — из горючего и продуктов горения (концентрация окислителя равна нулю). В каждом сечении канала поле температур соответствует распределению концентраций продуктов горения в газовом потоке. Параметры пограничного слоя — ноля температур, скоростей и концентраций — находятся нз решения интегральных уравнений движения, энергии, неразрывности и состояния при ряде упрощающих допущений (Рг = Ье = 1, постоянство энтальпий и концентраций на поверхности стенки). [c.30]

Рассмотренный механизм распространения пламени в двухфазной смеси дает возможность объяснить те явления, которые наблюдаются в период первоначального воспламенения (в частности, появление чередующихся вспышек), тем, что в начальный период времени расстояния между отдельными группами капель превышают критические. Очаг пламени, возникший в области разряда, в этом случае не может распространиться на весь факел. Распространение пламени становится возможным лишь тогда, когда возросший расход топлива приведет к увеличению плотности орошения и, следовательно, к сокращению расстояния между каплями до необходимого. Поскольку образование облака паров вокруг капли тяжелого топлива происходит за больший период, чем для легких, расстояние между каплями должно быть меньшим, что возможно только при большем расходе топлива (при более богатых смесях). Увеличение турбулентности потока вначале оказывает положительное влияние, так как возникший очаг пламени и негорящие капли получают при этом возможность совершать движение относительно друг друга, что приводит к сокращению расстояния между ними. Дальнейшее увеличение турбулентности и поступальной скорости потока хотя и улучшает перемешивание, но одновременно сокращает время контакта между горящими и негорящими каплями, что приводит к изменению границ устойчивого воспламенения в сторону более богатых смесей. [c.76]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология