Течение жидкостей ламинарно-волновое

Ламинарное течение пленки конденсата может сопровождаться ее волновым движением, обусловленным силами поверхностного натяжения на границе между пленкой жидкости и паром, а также случайными возмущениями на поверхности пленки. На основе экспериментально подтвержденного теоретического исследования П. Л. Капица показал, что, уже начиная с весьма малых значений критерия Рейнольдса, стекание пленки конденсата не остается строго ламинарным и приобретает волновой характер. Устойчивый волновой режим течения устанавливается при значении критерия Рейнольдса пленки, превышающем некоторое предельное число Кев, определяемое из следующего выражения [75] [c.122]

Влияние волнового режима течения пленки конденсата на интенсивность теплоотдачи, как уже упоминалось, было теоретически и экспериментально исследовано П. Л. Капицей. Основной результат этих исследований заключается в выводе, что вследствие волнового режима течения пленки коэффициент теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной поверхности должен быть выше приблизительно на 20% по сравнению со случаем чисто ламинарного течения, которому отвечает формула (4.15) Нуссельта. Эта поправка была получена П. Л. Капицей при допущении, что изотермическое течение пленки имеет периодический волновой характер. В действительности же наблюдается беспорядочный нестационарный характер волнового движения пленки, обеспечивающий более интенсивное перемешивание жидкости и, как следствие этого, более интенсивную теплоотдачу. Для этих условий, как было показано Лабунцовым [95], поправка на волновое движение зависит от безразмерного комплекса Ке Ка ". Для большинства жидкостей при обычных условиях пленочной конденсации комплекс Ка = [c.128]

Скорость массопереноса в пленках жидкости, стекающих под действием силы тяжести по наклонным и вертикальным поверхностям, существенно зависит от режима течения пленки ламинарного с постоянной толщиной пленки, ламинарного волнового и турбулентного (см. подраздел 2.2.10). [c.290]

В действительных условиях, как уже отмечалось ранее, без-волновое обращение течения жидкости не может происходить. Поэтому формула (VI 11.1) даже для ламинарного течения нуждается в уточнении. [c.161]

Первый ламинарный волновой режим. С увеличением скорости стекания пленки жидкости на ее поверхности появляются волны. Характер появившихся волн зависит от скорости стекания жидкости, а также от ее физических свойств. Для малых расходов жидкости характерен режим течения с длинными гравитационными волнами, причем длина волны уменьшается с возрастанием скорости стекания пленки. Этот режим течения пленки называют первым ламинарным волновым режимом. Его область ограничена неравенством [c.39]

Теоретическое рассмотрение ламинарно-волновых режимов течения тонких пленок с учетом сил поверхностного натяжения [81 показало, что волновой режим с синусоидальным профилем поверхности более устойчив, так как соответствует меньшей средней толщине пленки жидкости, а именно [c.41]

Одними из наиболее важных элементарных процессов переноса являются процессы, происходящие в стекающих пленках жидкости. Их характеристики зависят от параметров течения и коренным образом различаются для различных гидродинамических режимов (ламинарного, волнового, турбулентного). В частности, это является следствием поверхностных явлений, изменяющих тип течения (загрязнение поверхностно-активными веществами, динамическое взаимодействие с газовой фазой). Интерес к проблемам процессов переноса в пленках жидкости всегда был очень велик. Это объясняется высокой интенсивностью обмена, обусловленной малой толщиной пленок. Изучение процессов переноса в жидких пленках составляет основу моделирования абсорбционных и ректификационных насадочных колонн, испарителей, теплообменников и т. п. [c.9]

Рис. 4. Зависимость эффективного коэффициента перемешивания от поверхностного натяжения жидкости для второго волнового ламинарного режима течения (обозначения точек см. на рис. 2)

Ламинарный режим движения пленки жидкости, для которого выведено уравнение (IV. 80), как было показано в гл. II, устойчив лишь при сравнительно малых расходах жидкости. Даже при относительно небольших значениях Не волновое течение ламинарной пленки является более устойчивым, чем струйное. При волновом течении средняя толщина пленки меньше, чем при струйном. Это учитывается введением дополнительной поправки 8 = в уравнение (IV. 81) [c.328]

В работе П. Л. Капицы [12] теоретически изучен вопрос о свободном течении тонких слоев вязкой жидкости под влиянием постоянной объемной силы по вертикальной плоскости и наружной стенке вертикальной трубы получено приближенное решение уравнения течения, которое показало, что волновой режим (30 50 < Re < 1500) является более устойчивым, чем ламинарный получена форма профиля волны, фазовая скорость и амплитуда изучен вопрос о взаимодействии газового потока с жидким получено значение критической скорости, при которой происходит захлебывание . [c.52]

П. Л. Капица [12] показал, что при течении тонкой жидкостной пленки необходимо учитывать поверхностное натяжение. В этом случае при достаточно малых Не , соответствующих области ламинарного течения пленки, последняя имеет волнистую поверхность, т. е. характер течения отличается от простого ламинарного. Образование волн вызвано действием капиллярных сил, которые при тонких слоях жидкости, даже в случае небольшого искривления поверхности, становятся по их величине сравнимы с силами вязкости. При волновом течении средняя толщина пленки зависит от амплитуды волны. Средняя толщина пленки при волновом течении меньше, чем при чисто ламинарном, но различие это невелико и по теоретическим данным П. Л. Капицы доходит до 7%. Тогда формула для определения средней толщины пленки с поправкой на волновой характер движения будет следующей. [c.68]

При установившемся волновом течении средняя толщина пленки примерно на 7% меньше рассчитанной для струйного ламинарного течения при таком же расходе жидкости. Амплитуда волн составляет 0,46 от средней толщины пленки, а фазовая скорость волнового течения в 2,4 раза больше средней скорости жидкости. Волнообразование мало увеличивает поверхность пленки. Как показал В. Г. Левич, относительное увеличение поверхности определяется выражением [c.50]

Экспериментальным путем установлено, что данная модель с удовлетворительной точностью описывает рассеяние вещества в пленке жидкости в первом и втором волновых ламинарных режимах течения. 87 [c.87]

Ламинарное течение жидкой пленки может сопровождаться волновым движением — рис. 12-4. Частицы жидкости, находящиеся на поверхности пленки, под действием случайных возмущений могут получить смещение, приводящее к деформации поверхности н отклонению ее от равновесного состояния. [c.267]

Переход от ламинарного режима течения к ламинарно-волновому происходит при Renp = 12, однако, как показывает сопоставление с опытными данными, если можно пренебречь трением на границе жидкость — газ, т. е. при малых скоростях газа, уравнение (II. 114) дает приемлемые результаты при Кепл ЮОО. При Кспл > 1000 рекомендуется использовать уравнение [c.171]

Для ламинарно-волнового течения, в свою очередь, различают два режима. При сравнительно малых расходах жидкости, когда значение Керл превышает 12, но не выше 100— 200, под действием силы тяжести преимущественно образуются сравнительно длинные гравитационные волны. Длина их уменьшается с возрастанием скорости стекания пленки. Вслед за этим первым ламинарно-волновым режимом (при больших значениях Ке л) наступает второй ламинарно-волновой режим. Для него характерно появление на поверхности пленки коротких капиллярных волн, или ряби , возникающей под действием сил поверхностного натяжения (капиллярных сил). С дальнейшим увеличением расхода жидкости и Кепл > —1600 (критическое значение Кепл. по данным различных исследователей, составляет от 1000 до 2500) волнообразование на поверхности приобретает все более хаотический характер, причем по толщине пленки все сильнее развивается поперечное перемешивание, типичное для турбулентного режима. Переход от второго ламинарно-волнового режима к турбулентному режиму течения тонких пленок менее резок, чем при движении жидкости в трубах. Что касается чисто ламинарного (безволнового) течения пленок, то оно может быть достигнуто при значениях Reпл, характерных для ламинарно-волнового режима, лишь путем добавления к жидкости поверхностно-активных веществ. [c.115]

При пленочном течении жидкости сверху вниз по твердой вертикальной поверхности обычно различают безволновый, ламинарный, волновой ламинарный и турбулентный рел<имы течения. [c.110]

В зависимости от величины числа Рейнольдса Ке = Q/ь, где Q — плотность орошения (т.е. объемный расход жидкости на единицу ширины пленки), течение жидкости в гравитационной пленке может осу-ш,ествляться в ламинарном, волновом и турбулентном режимах. Известно [5, 23, 180], что ламинарный режим теряет устойчивость при значениях критического числа Рейнольдса Ке = 2 Ч- 6. Однако известно также [23], что реальное появление волн наблюдается лишь начиная с точки, существенно смещенной вниз по потоку. Во всяком случае, даже для чисел Рейнольдса 6 Ке 400, соответствующих волновым режимам [5], значительная часть длины пленки будет без-волновой. Если учесть, что эта длина существенно превосходит длину начального участка, где происходит формирование стационарного профиля скорости и установление толщины пленки, то следует признать, что гидродинамические закономерности установившегося ламинарного течения пленки при равновесии вязких и гравитационных сил являются определяющими при расчете интенсивности массообмена во многих аппаратах. Таковы, например, широко распространенные в химической и нефтехимической промышленности насадочные абсорбционные и ректификационные колонны, где пленки стекают по поверхности насадочных тел, протяженность которых не превышает нескольких сантиметров (кольца Рашига, кольца Палля, седла Берля и др. [180]). [c.21]

Книга X. Бояджиева и В. Бешкова, посвященная массопере-носу в движущихся пленках жидкости, отражает современное состояние этой быстро развивающейся области физико-химической гидромеханики и является весьма удачным введением в круг вопросов, относящихся к данной проблеме. Отобранный для нее материал ясно отражает глубокую взаимосвязь между гидродинамикой и кинетикой тепло- и массопереноса в пленках, существенно зависящей от режимов течения, а в ряде случаев, например при нелинейном массопереносе, в большой степени и определяющей эти режимы. В соответствии с этим строится и последовательность изложения. Вначале излагаются теоретические и экспериментальные данные о ламинарном, волновом и турбулентном течениях стекающих пленок и влиянии на них поверхностных явлений, таких, как движение окружающего газа, капиллярные волны и эффекты, связанные с наличием поверхностно-активных веществ. Далее на этой основе рассматривается кинетика массопереноса для всех указанных гидродинамических ситуаций. Здесь следует отметить большой личный вклад авторов в развитие теории массопереноса в пленках, особенно в решение задач нелинейного переноса, учитывающих взаимное влияние гидродинамики, процессов диффузии и химических превращений. [c.5]

Критическое число Рейнольдса R kp при пленочном течении. С увеличением плотности орошения в жидкостной пленке ламинарно-волновое течение постепенно переходит в турбулентное. В связи с этим можно говорить об области пег рехода в турбулентное течение и нет смысла ожидать точного значения числа Рейнольдса Кекр, характеризуюш,его этот переход, что в известной мере объясняет колебание опытных значений (Кекр = 400 3200) у различных исследователей [13,101, 106,118,136,1371. Численное значение R kp обычно фиксируется по характерному излому кривых средних параметров движения пленки и коэффициентов тепло-и массоотдачи в зависимости от числа Рейнольдса Re. Для гравитационных пленок неослабленных жидкостей, орошающих гладкие вертикальные поверхности, большинство авторов получили значение Renp = 1600. По данным опытов [14, 40, 105, 1181, значение Re p зависит от шероховатости орошаемой поверхности стенки, добавки поверхностно-активных веществ в нормальные жидкости, а также концентрации раствора, дающего осадок соли на поверхности стенки. [c.24]

При уменьшении плотности орошения интенсивность теплоотдачи снижается вследствие перехода течения от турбулентного к ламинарно-волновому и снова к чисто ламинарному течению. При кипении так же, как и при обычном нагреве, суш,ествует какой-то минимальный предел плотности орошения, при котором пленка становится неустойчивой, разрывается, распадается на отдельные струи, появляются сухие пятна. При наличии волн во впадинах пленка тоньше, температура ее выше, чем у слоев, лежащих на гребнях волн. Поверхностное натяжение на свободной поверхности во впадинах ниже, чем на гребнях волн. Пленка оттягивается от тонких к более толстым слоям и образуются разрывы, чему немало способствует процесс парообразования в пленке. Наблюдения за выпариванием растворов МаС1 в стекающей пленке показали, что при 7—14%-ных растворах пленка более устойчива, лучше смачивает поверхность, чем вода, течение ее непрерывно [217]. Это можно объяснить тем, что во впадинах, где тоньше слой и жидкость выпаривается быстрее, концентрация раствора выше, и поверхностное натяжение также повышается. При этом наблюдается стекание раствора в обратном направлении — от гребней волн (где Опов меньше) к впадинам, что обеспечивает непрерывность течения. [c.127]

Мак а реев С. М. Гидродинамика и массобмен в электрическом поле в системе газ-жидкость при ламинарном волновом течении в пленочной колонке Автореф. дис. канд. техн. наук.—М., 1990. [c.473]

Ниже рассматривается качественно конденсация на вертикальной поверхности, которой в теплообменниках служит обычно вертикально расположенная труба. На рис. 1 показаны основные особенности конденсации на такой поверхиости при неподвижном паре, т. е. при незначительном сдвигающем усилии. Расход конденсата, текущего вниз, равен нулю в верхней части поверхности и с удалением от нее увеличивается по мере того, как накапливается конденсат. В верхней части поверхности существует область с очень малыми числами Re конденсата, где течение ламинарное и безволновое. В некоторой расположенной ниже по поверхности точке число Re достигает такого значения, при котором на границе раздела пар — жидкость образуются неустойчивости, приводящие к появлению волн на пленке. Еще ниже по поверхности число Re возрастает до значения, когда возникает турбулентность. В области ламинарного течения коэффициент теплоотдачи уменьшается с увеличением толщины конденсатной пленки, хотя в области волнового движения скорость уменьшения снижается вследствие перемешивающего эффекта волн. Тур- [c.340]

Кафесьян, Планк и Герхард [421 нашли, что Re r хорошо коррелирует опытные данные при ламинарном течении пленки с гладкой поверхностью. Однако R or хуже согласуется с данными при волновом течении (авторы при расчете Wor принимали для этого режима и=2и р), причем зависимость Nu от Re все равно сохраняется. Указанные расхождения при использовании Reor, вероятно, объясняются тем, что для волнового режима эффективная скорость жидкости на поверхности раздела фаз не равна принимаемым при расчете величинам. [c.356]

Толщина пленки. Трубы промышленных аппаратов, как правило, имеют диаметр 25-70 мм, и кривизна поверхности не оказывает существенного влияния на процессы переноса в жидкости. Поэтому для расчета тодпцины стекающей пленки можно воспользоваться уравнениями, полученными при течении по плоской поверхности (2.2.10.7), (2.2.10.10) — для ламинарно стекающей пленки (Ке < Кбвл) (2.2.10.11) — для волнового режима (КСвл < Ке < 1200) (2.2.10.15) — для пленки, стекающей при турбулентном режиме (Ке > 1200), или по данным, представленным на рис. 2.2.10.4. [c.539]

Многие исследователи [29, 109, 114, 120] считают, что по формуле (185) можно рассчитать толщину пленки и в волновом ламинарном режиме течения. Однако М. Джексон [123], С. Камей [124, 125] и К. Фейнд [115] экспериментально доказали, что у вязких жидкостей (если v.v > 1 Ю м 1сек) в волновом ламинарном режиме имеются отклонения от толщины пленки, определенной по формуле (184). X. Брауер [109] и Л. Я. Живайкин [28] такого отклонения не обнаружили. П. Л. Капица [34] показал теоретическим путем, что средняя толщина волнистой пленки всегда меньше соответствующей толщины гладкой плепкп. При синусоидальной поверхности волнения средняя толщина пленки, по расчетам П. Л, Капица, должна быть примерно на 7% меньше вычисленной по формуле (184). По В. Г. Левичу [53], толщина волнистой пленки выражается [c.112]

Сравнивая выражения (184) и (186), можно заключить, что при значении Ф = 0,8 результат Левича хорошо согласуется с результатами П. Л. Капица. Сложные выражения для толщины пленки даны в работе В. С. Касимова и Ф. Ф. Зигмунда [41]. Измерения волнового профиля, сделанные теневым методом П. Л. Капицей и С. П. Капицей [35], показали удовлетворительное совпадение опыта с теорией. Характерные типы устойчивого вол-новога режима возможны только при условиях, обеспечивающих двухмерный характер течения, для чего необходимо не только осуществить полную симметрию по периметру, но также создать идентичность возмущающих факторов, влияющих на пере.ход ламинарного режима в волновой. В обычных условиях течения пленки жидкости волновой режим не может происходить как двухмерный [35, 146], и он принимает беспорядочный характер. По данным многих исследователей [35, 109, 111, 115], синусоидальная поверхность сменяется при увеличении Re - более глубокими волнами, при этом наблюдается значительное отклонение от толщины пленки, рассчитанной по формуле (184). Было установлено, что отклонение растет с з велпчением вязкости и почти не зависит от поверхностного натяжения. [c.113]

Волновое ламинарное (псевдоламинарное) течение пленки жидкости по вертикальным и наклонным поверхностям. [c.19]

С. М. Кагермановым [301. Задача рассматривалась при волновом ламинарном течении. пленки и отсутствии теплообмена через стенку трубы. При этом считалось, что конденсация происходит в условиях неподвижного пара, не учитывалось поверхностное натяжение на границе раздела фаз и изменение физических свойств жидкости вдоль вертикальной оси. Методом анализа размерностей получено [c.165]

Рис. I. Зависимость эффективного коэффициента перемешивания от динамической вязкости жидкости для первого волнового ламинарного (кривая /) ir псевдотурбулентного (кривая 2) режимов течения при следующих Re

Рис. 2. Зависимость эффективного коэффициента перемешивания от дина мической вязкости жидкости для второго волнового ламинарного режима течения при следующих Не 8 /- 00 2 03 Л-410 4—414 5—422 6—435 7-445 8-700 5—707 /0—720 758 К—1200 /3—1212 И—1220 /5—1230

Рис. 3. Зависимость эффективного коэффициента перемешивания от поверхностного натяжения жидкости для первого волнового ламинарного (кривая /) и псевдотурбулентного (кривая 2) режимов течения обозначения

Как видно из рис. 1У.6, расхождение опытных данных с формулой Д. А. Лабунцова не превышает 15%. Несмотря на хорошее совпадение опытных данных с расчетом, учет поправки на волнообразование представляется недостаточно обоснованным даже при соблюдении условия КеЖскр. Величина Некр, вычисленная по рекомендациям П. Л. Капицы или Л. Н. Маурина и В. С. Сорокина, определяет предельное значение Не стекающей ламинарной пленки жидкости, при котором начинается волнообразование. Однако следует учитывать и второе условие — достаточную протяженность начального участка, равную нескольким длинам волн, на котором может развиться волновое течение. Кроме того, заметное влияние волнового характера течения пленки на среднюю величину коэффициента теплоотдачи будет в случае преобладающего волнообразного характера поверхности пленки по периметру трубы. Для труб малого диаметра это условие может быть определяющим. Д. А. Лабунцов и В. П. Исаченко рекомендуют вводить поправки на волнообразование, если диаметр трубы удовлетворяет следующему приближенному соотношению [c.150]

В таблице приведены результаты расчетов для нагрузок по жидкости, соответствующих первому волновому ламинарному (Не =100), второму волновому ламинарному (Ре = 500), псевдотурбулентному (Не = 2000) и турбулентному (Не = 4000) режимам пленочного течения.. Анализ этих результатов позволяет сделать вывод, что для псевдотурбулентного и турбулентного рел<нмов течения диффузионная модель лучше других описывает исти1 иый механизм рассеяния вещества в пленке, лоскольку ей соответствует самое. малое относительное расхождение ц(В) параметра В. Рассеяние вещества з первом >г втором волновых ламинарных режимах течения может удов-86 [c.86]

Справедливость приведенных формул проверялась работами целого ряда исследователей, причем конденсация происходила как на внутренней, так и на наружной поверхности труб. Г. Н Кружи-лин указал, что Нуссельт не учел наличия инерционных сил. После учета этой поправки уравнение Нуссельта изменилось лишь незначительно. В области ламинарного движения пленки теория Нуссельта подтверждается опытом. С. С. Кутателадзе и А. Н. Шрен-целем были проведены опыты по конденсации водяного пара на вертикальных латунных трубах, причем проводилось визуальное наблюдение за тем, чтобы вся поверхность трубы была покрыта непрерывной пленкой конденсата. Полученные результаты приведены на фиг. 1. С. С. Кутателадзе объясняет увеличение значений коэффициента а по сравнению с расчетными переходом от ламинарного к турбулентному течению пленки. Несомненно, что переход к более высоким трубам приводит к возможности возникновения турбулентного течения пленки, что, в свою очередь, вызывает уменьшение ее термического сопротивления. По-видимому, это расхождение можно также объяснить соображениями П. Л. Капицы. П. Л. Капица показал, что при свободном течении пленки жидкости нужно учитывать силы поверхностного натяжения и что более устойчивым будет являться не ламинарное течение, а волновое. При таком течении эффективная теплопроводность пленки на 20% больше, чем при ламинарном течении. Эти соображения относятся только к конденсации на вертикальных трубах. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология