Турбулентность потока при массопереносе

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]

Несмотря на то, что теория двух пленок, предложенная Уайтменом— Льюисом, полезна при разработке абсорбционных систем, она заранее предполагает неподвижные пограничные слои и установившийся режим массопереноса, что крайне редко существует в реальных условиях. Так, например, газ стремится разрушить неподвижный слой, и к поверхности жидкости подходит турбулентный поток, тогда как жидкость в поверхностной пленке постоянно заменяется свежей жидкостью снизу. Чтобы исключить проблему диффузии в неустойчивом режиме, в частности, когда взаимодействие газ — жидкость кратковременно, Хигби предложил воображаемую модель, используя уравнение Стефана для молекулярной диффузии в колонне бесконечной высоты. [c.109]

Механизм процессов массопереноса. Трудности чисто теоретического анализа и расчета массопереноса обусловлены сложностью механизма переноса к границе раздела фаз и от нее путем молекулярной и турбулентной диффузии и недостаточной изученностью гидродинамических закономерностей турбулентных потоков, особенно вблизи подвижной границы раздела фаз. [c.395]

Таким образом, при турбулентном движении в ядре потока фазы перенос к границе раздела фаз (или в противоположном направлении) осуи е-ствляется параллельно молекулярной и турбулентной диффузией, причем основная масса вещества переносится посредством турбулентной диффузии. В пограничном же слое скорость переноса лимитируется скоростью молекулярной диффузии. Соответственно для интенсификации массопереноса желательно уменьшать толщину пограничного слоя, повышая степень турбулентности потока, например путем увеличения до некоторого предела скорости фазы. [c.396]

Применим полученные выше результаты анализа процесса массообмена частиц в потоке с градиентом скорости к расчету массопереноса к частицам, взвешенным в турбулентном потоке. [c.103]

Адсорбция растворенных веществ из потока фильтрованием через слой адсорбента называется динамической адсорбцией. Поскольку при такой адсорбции время контакта воды с адсорбентом меньше необходимого для достижения равновесия, в ее эффективности большую роль играет кинетика процесса, определяемая скоростью массопереноса в конкретных гидродинамических условиях. На интенсивность массопереноса из раствора к поверхности зерен активного угля влияет прежде всего турбулентность потока, зависящая от его скорости (вязкость сточных вод близка к вязкости чистой воды). Интенсивность массопереноса внутри зерен пористого адсорбента зависит от размеров пор и распределения их количества по диаметрам, от соотношения между эффективным сечением пор и размерами молекул адсорбирующихся веществ и от размера зерен активного угля, образующих поглощающий слой в адсорбционной колонне. Меняя гидродинамический режим сорбционной фильтрации, можно повлиять только на условия внешнего массопереноса. Поэтому процесс следует вести [c.88]

Сопоставляя уравнения (5.1) п (5.3), видно, что коэффициент массопереноса р=б/г. Коэффициент диффузии пара в газе-носителе является функцией физических свойств и температуры газовой смеси. Толщина пограничного слоя кроме физических свойств определяется степенью турбулентности потока. [c.147]

Гидродинамические особенности турбулентного потока в канале были рассмотрены в гл. 3. Здесь же следует отметить влияние гидродинамических условий на перенос вещества. В пограничном слое толщиной 8 (рис. 15-2) происходит резкое, близкое к линейному изменение концентраций поскольку в этой области потока скорость процесса определяется молекулярной диффузией, роль конвективной диффузии мала. Это объясняется тем, что на границе раздела фаз усиливается тормозящее действие сил трения между фазами и сил поверхностного натяжения на границе жидкой фазы. Образование гидродинамического пограничного слоя вблизи поверхности раздела фаз ведет к возникновению в нем диффузионного пограничного слоя толщиной 5д, обычно не совпадающей с 5 . В ядре потока массоперенос осуществляется в основном турбулентными пульсациями, поэтому концентрация распределяемого вещества в ядре потока практически постоянна. Как отмечалось выше, перенос вещества движущимися частицами, участвующими в турбулентных пульсациях, называют турбулентной диффузией. Перенос вещества турбулентной диффузией описывается уравнением, аналогичным уравнению (15.14а) [c.16]

Скорость растворения (массопередачи) зависит от превалирующего механизма переноса вещества между жидкой и газообразной фазами. В неподвижной среде основным механизмом массо-переноса является очень медленный процесс молекулярной диффузии. В движущейся среде процесс массопереноса интенсифицируется за счет переноса массы в направлении движения среды (конвекция) в турбулентных потоках добавляется влияние пульсаций, вызывающих турбулентную диффузию. Поэтому в аппаратах для растворения газа в жидкости кроме повышения давления и снижения температуры жидкости применяют интенсивное перемешивание жидкости и газа путем барботажа воздуха через жидкость или с помощью так называемой струйной аэрации [66]. Воздух в жидкость во многих случаях вводится с помощью эжекторов, включенных непосредственно перед барботером или резервуаром для струйной аэрации. Но такая схема существенно снижает экономичность работы установки. [c.239]

Нелинейный массоперенос в газах связан с возникновением стефановских потоков [230], индуцированных массообменом. Теоретический анализ этих нелинейных эффектов проведен в [231] для случая конденсации из турбулентного потока с учетом равнодоступности поверхности пленки конденсата. [c.110]

Здесь осредненная по времени концентрация обозначена через с, а через с — флуктуация около среднего значения. Величина называемая коэффициентом вихревой диффузии , является функцией скорости сдвига. Определение коэффициента вихревой диффузии составляет основную задачу экспериментальных исследований. Разумно предположить, что импульс и масса переносятся в турбулентных потоках аналогичным образом— с помощью механизма турбулентных пульсаций. Вот почему для оценки используются те же самые гипотезы, что и для оценки вихревой вязкости [112]. К сожалению, эти гипотезы содержат ряд эмпирических констант, определение которых может оказаться неточным, что может привести к серьезным ошибкам при вычислении коэффициентов массопереноса. [c.123]

Несмотря на одинаковую форму записи дифференциального уравнения массопереноса для ламинарного и турбулентного потоков, существует, однако, различие в коэффициентах молекулярной диффузии D и квазидиффузионного турбулентного переноса компонента -D ype что изложено ранее. [c.350]

Теория массопереноса в турбулентном потоке основывается на предположении о подобии профилей скоростей и концентраций. Соответственно с этим принимается следующая зависимость для описания профиля концентраций в диффузионном пограничном слое [c.86]

Массоперенос в турбулентном потоке [c.325]

Рассматривая массоперенос в турбулентном потоке, нужно усреднить уравнение конвективной диффузии (73-2). Нелинейность типа -V i дает новый член в усредненном уравнении [c.325]

Увеличение вязкости снижает коэффициент массопереноса. Анализ размерностей при рассмотрении процесса массопереноса дает общую связь кинематической вязкости с коэффициентом диффузии через число Шмидта. Кинематическая вязкость входит также в число Рейнольдса, характеризующее уровень турбулентности потока. Однако ни одна из моделей, связывающих гидродинамику с массопереносом, не может точно предсказать общее влияние динамической вязкости. Очень часто, когда вязкость текучей среды существенно больше вязкости воды, она оказывается неньютоновской. Следовательно, кажущаяся вязкость должна определяться по напряжению сдвига в данной зоне потока. [c.195]

Самостоятельное движение участков среды различного масштаба приводит к тому, что каждая молекула примеси, введенная в среду, участвует в сложном комплексе движений от молекулярного блуждания в объеме мелких участков до перемещения вместе с ними в объеме более крупных участков. В результате этого примесь достаточно быстро равномерно распределяется в среде. Вероятность попадания молекул примеси на поверхность кристалла, введенного в турбулентный поток, зависит от соотношения радиуса г кристалла и собственного масштаба турбулентных пульсаций 1 у . Если г то кристалл основную часть времени окружен раствором, в котором макроскопическое движение подавлено внутренним трением. Если же пул> то кристалл является преградой, сдерживающей макроскопическое движение среды. По мере приближения к крупному кристаллу движение среды замедляется и вблизи поверхности становится ламинарным. Распределение скоростей движения среды и концентрации примеси в ламинарном слое у поверхности кристалла исследовано недостаточно. Однако есть основания полагать, что массоперенос от среды к кристаллу в ламинарном слое лимитируется [c.116]

Если допустить, что при размере кристаллов г 3> пул массоперенос к отдельному кристаллу аналогичен массопереносу к неподвижному кристаллу из турбулентного потока, то для определения можно использовать формулы (4.3.16) и (4.3.19) при значении Vo, равном среднему модулю разности скоростей движения кристалла и среды. Если же г 1 у , то можно принять, что кристалл захватывает примесь аналогично частице, падающей в неподвижной жидкости, а перемешивание лишь обеспечивает непрерывность падения, периодически отбрасывая частицу от дна кристаллизатора [99, с. 180]. [c.118]

В турбулентных потоках интенсивность переноса массы, тепла и количества движения определяется в основном коэффициентами турбулентной диффузии Д, температуропроводности и вязкости Все они имеют одинаковую природу (связаны с турбулентными пульсациями скорости) и по величине очень близки, а уравнения турбулентного переноса массы, тепла и количества движения имеют одну и ту же форму. Поэтому для определения скорости массопереноса широко используется аналогия не только с процессами переноса тепла (см. уравнения (5.2.3.9)), но и с процессами переноса импульса (гидродинамическая аналогия). Известные в литературе многочисленные гидродинамические аналогии устанавливают связь между коэффициентом массоотдачи и коэффрщиентом трения турбулентного потока, который в экспериментах определяется значительно проще. [c.293]

Таким образом, интенсивность массопереноса через стеклопластик связана с интенсивностью ламинарного или турбулентного потоков, молекулярной (кнудсеновской) и, наконец, активированной диффузии. [c.34]

Используя это уравнение, авторы изучили роль различных параметров капилляров колонки при быстрых анализах в областях как ламинарного, так и турбулентного потока для газовой и жидкостной хроматографии и показали, что турбулентный поток может в 10 раз сократить время анализа. При турбулентном потоке сопротивление массопереносу в газовой фазе меньше, чем при ламинарном. [c.15]

Тепло- и массоперенос в турбулентном потоке. Для вывода уравнения переноса пассивной примеси в турбулентном потоке, как и уравнений Рейнольдса, применяется операция усреднения локального мгновенного уравнения конвективной диффузии. Под пассивной примесью понимают любую скалярную субстанцию, не оказывающую непосредственного влияния на перенос [c.196]

Массоперенос к частицам, взвешенным в турбулентном потоке. [c.376]

Отмеченные выше особенности структуры поля течения вблизи частицы, играющие важную роль при исследовании процесса массопереноса, были установлены, Бэтчелором сначала для случаев стационарного [116], а затем и нестационарного [117] поля течения. Согласно этим результатам процесс массопереноса к частице, взвешенной в турбулентном потоке, в главном приближении по числу Пекле полностью определяется полем течения, представляющим собой суперпозицию поступательного потока со скоростью в направлении вектора вихря о) [c.106]

На рис. 3.6 показан результат сравнения величины (Sh—1)/S s рассчитанной по формуле (5.4) (сплошная линия), с экспериментальными данными по массопереносу к частицам, взвешенным в аппаратах с мешалками, при разных числах Рейнольдса Re и Шмидта Se. Штриховая линия соответствует эмпирической зависимости, предложенной Левинсом и Гластонбери [1551 на основании собственных экспериментов, точками представ--лены экспериментальные данные Харриотта [142]. Видно, что, несмотря на сделанное при выводе зависимости (5.4) предположение о малости чисел Рейнольдса, она хорошо согласуется с экспериментальными данными вплоть до значений Re = 10 , а при Re 10 дает слегка заниженный результат, как это и следовало ожидать, по аналогии с данными по влиянию числа Рейнольдса на массообмен частицы с поступательным потоком ( 2). Таким образом, зависимость (5.4) можно рекомендовать для практических расчетов скорости массопереноса к частицам, взвешенным в турбулентном потоке жидкости, в широком диапазоне чисел Пекле и Рейнольдса. [c.109]

Эти расчеты справедливы тогда, когда скорости продуктов сгорания в толочной камере малы отсутствуют турбулентные потоки. В действительности же, как показали исследования топочных камер, проведенные в Таллинском политехническом институте, всегда существует вектор скорости, направленный перпендикулярно к экранным трубам. Кроме того, первоначальные отложения на экранных трубах содержат в большом количестве частицы, размеры которых во много раз превышают предельно возможный размер частиц, переносимых на поверхность силами термофореза. Это особенно касается процесса образования связанно-шлаковых отложений. Также необходимо отметить, что процессы массопереноса в топочной камере кроме числа Рейнольдса, который рассчитывается по линейному размеру поперечного сечения топки, существенно зависят также от конструкции, расположения горелок и др. Поэтому можно предположить, что большую роль при переносе частиц золы из топочного пространства на экранные трубы играют также инерционные силы и силы турбулентных пульсаций. [c.164]

Необходимые условия корректности Д. п. м. 1) значит, превышение концентрации атмосферного реагента над концентрацией реагента, вводимого в зону р-ции 2) достаточно малая линейная скорость потока вводимого реагента, обеспечивающая практически во всей зоне р-ции диффузионный массоперенос 3) для термометрич. варианта-отсутствие хим. и неконтролируемых физ. возмущений в зоне р-ции ти введении в нее датчика т-ры. ДИФФУЗИОФОРЕЗ, см. Электроповерхностные явления. ДИФФУЗИЯ (от лат. diffusio-распространение, растекание, рассеивание), перенос частиц разной природы, обусловленный хаотич. тепловым движением молекул (атомов) в одно-или многокомпонентных газовых либо конденсир. средах. Такой перенос осуществляется при иаличии градиента концентрации частиц или при его отсутствии в последнем случае процесс наз. самодиффузией (см. ниже). Различают Д. коллоидных частиц (т. наз. броуновская Д), в твердых телах, молекулярную, нейтронов, носителей заряда в полупроводниках и др. о переносе частиц в движущейся с определенной скоростью среде (конвективная Д ) см. Массообмен, Переноса процессы, о Д. частиц в турбулентных потоках см. Турбулентная диффузия. Все указанные виды Д. описываются одними и теми же феноменологич соотношениями. [c.102]

Предполагается также, что на диффузию ионов к стенке не влияет избыток заряда в жидкости. Диффузия определяется законами массопереноса через эффективную толщину пленки 6 , на которой концентрация изменяется от Соо в объеме жидкости в турбулентном потоке до С на поверхности. Величина Соо ностоянка в соответствии с принятым допущением. Концентрация С также постоянна. Она определяется электродным потенциалом полуэлемента жидкость — материал стенки. Поскольку в основном ток потока определяется участком трубы, на котором влияние обратного разряда несущественно, второй член выражения (135) опускается. [c.82]

Аналогия между переносом массы, тепла я механической энергии (количества движения). Сопоставляя рис.. УП-8 и Х-5, можно заметить принципиальное сходство между профилями изменения скоростей, температур и концентраций. Это указывает на то, что в определенных условиях существует аналогия между механизмами переноса массы, тепла в механической энергии. В ядре турбулентного потока, движущегося внутри трубы (канала), при перемешивании под действием турбулентных пульсйций происходит выравнивание скоростей частиц, а в процессах тепло- и массопереноса — выравнивание соответственно температур и концентраций. В пределах же пограничного подслоя, где действие турбулентных пульсаций становится пренебрежимо малым, наблюдается резкое падение скоростей, а также -температур и концентраций. При этом в общем случае толщины гидродинамического, теплового и диффузионного пограничных подслоев не одинаковы. Их толщины совпадают, когда равны величины кинематической вязкое V, коэффициента температуропроводности а и коэффициента молекулярной диффузии О. Как известно, значениям а п Е> пропорциональны соответственно количества переносимых массы, тепла и механической энергии в пограничном слое. Таким образом, аналогия между указанными процессами соблюдается при условия, что = а — О. [c.404]

Для любого данного значения максимальное превращение А в С зависит от сопротивления переносу массы из газовой фазы к твердому катализатору. Исходя лишь из соображений химической кинетики, рассмотренных в разделе 7.2.1, следует ожидать, что высокие степени превращения можно получить только в том случае, если сопротивление переносу массы ничтожно мало. Из уравнений (130) и (131) вытекают подходящие критерии незначительного сонротив.пения массопереносу в газовой фазе. Такими критериями являются Д 1 и /у 1. Медленный перенос массы через газовую фазу может играть ван ную роль только в случае непористых катализаторов в реакторе с неподвижным слоем катализатора или реакторе периодического действия, когда пограничный слой между газом и твердым веществом не разрушается турбулентным потоком. [c.306]

При теоретическом анализе распределения скорости и концентрации пара в поперечном сечении пленочной массообменной колонны с круглым или прямоугольным поперечным сечением в условиях гидродинамически стабилизированного турбулентного потока пара выведены уравнения, -связывающие средний состав пара в поперечном сечении с составом его на оси колонны. Эти уравнения использованы для обработки экспериментальных данных. В результате получены соотношения для практических расчетов процессов массопереноса. Доказано, что распределение концентрации в круглом и плоском орошаемом канале подчиняется степенному закону и степенной показатель профиля канцеитрации совпадает с аналогичным показателем поперечног профиля скорости. Установлено, что в рассмотренных условиях поперечное распределенае скорости практически не влияет на поперечный профиль концентрации. [c.93]

Процессы массопереноса в ламинарном и турбулентном потоках принципиально различны. При описании турбулентного массопереноса наряду со средней W) и пульсационной W скоростями используют понятия средней (С) и пульсационной С концентрации в каждой точке потока. Как и среднюю скорость, среднюю концентрацию определяют как результат усреднения по большим промежуткам времени в каждой точке пространства. При этом нерегулярность изменения концентрации за счет турбулентных пульсаций сглаживается и величина (С) оказывается плавно меняющейся функцией координат и времени. Разность С = С — (С) между истинной (мгновенной) и средней концентрацией называют пульсационной составляющей концентрации. [c.341]

Уравнение, описывающее распределение усредненной по времени концентрации, получают в результате подстановки мгновенных значений концентрации С = (С) + С и скорости W = (И ) Л-W ъ уравнение конвективной диффузии (5.26) и последующего его усреднения по времени [7]. Для несжимаемой жидкости р = onst) уравнение массопереноса в турбулентном потоке имеет вид [c.341]

Можно ли все-таки уменьшить проявление концентрационной поляризации В принципе этого можно достичь двумя путями регулируя величины потока J и коэффициента массопереноса к. Параметр к в основном определяется коэффициентом диффузии и скоростью потока. Так как коэффициент диффузии растворенных компонентов нельзя увеличить, если, конечно, не повышать температуру, к можно увеличить только за счет увеличения скорости движения раствора вдоль мембраны на входе в нее либо за счет изменения формы и размеров модуля, снижая длину модуля или увеличивая его гидродинамический диаметр. В этих обстоятельствах скорость потока, направленного перпендикулярно потоку через мембрану (так называемого поперечного потока, ross-flow) становится очень вашсной переменной. Как правило, реализуются две различные картины течения ламинарный или турбулентный поток. Профили скоростей, присущих каждому из этих потоков в трубе, приведены на рис. УП-5. Для установившегося ламинарного течения характерен параболический концентрационный профиль по всему сечению, тогда как при турбулентном течении скорость постоянна практически по всему сечению и только в пограничном слое вблизи стенок скорость течения понижена. [c.398]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология