- •Внешняя задача гидродинамики Движение тел в жидкостях
- •Сопротивление движению тел
- •Осаждение частиц под действием силы тяжести
- •Движение жидкости через неподвижные зернистые и пористые слои
- •Гидродинамика кипящих (псевдоожиженных) слоев
- •Гидродинамика двухфазных потоков
- •Барботаж
- •Пленочное течение жидкостей
- •Разделение неоднородных систем
- •Разделение жидких систем Материальный баланс процесса осветления (разделения)
- •Отстаивание
- •Коагуляция частиц дисперсной фазы
- •Типы отстойников
- •Расчет отстойников
- •Фильтрование
- •Уравнение фильтрования
- •Производительности фильтров
- •Фильтровальные перегородки
- •Устройство фильтров
- •Расчет фильтров
- •Центрифугирование
- •Фактор разделения
- •Процессы в центрифугах
- •Устройство центрифуг
- •Разделение газовых систем
- •Характеристика различных способов
- •3. Отражательная перегородка. 4. Дверцы для очистки.
- •Электрическая очистка газов Физические основы процесса
- •Устройство электрофильтров
- •Коагуляция взвешенных-
- •Перемешивание в жидких средах
- •Способы перемешивания
- •Механическое перемешивание
- •Мощность мешалки
- •Выбор числа оборотов мешалки
- •Конструкции мешалок
- •Пневматическое перемешивание
- •Схемы процессов
Гидродинамика двухфазных потоков
При движении 2-х фаз 1-я распределяется во второй в виде частиц, капель, пузырей, пленок. 1-я называется дисперсной, 2-я – сплошной, дисперсионной.
Направление движения фаз может быть противоточным, прямоточным, перекрестного тока, комбинированным. В аппаратах картина взаимного движения более сложная.
Двухфазные потоки классифицируются по виду границы раздела фаз:
-
потоки, в которых дисперсная фаза – твердая;
-
без твердой фазы (системы Ж-Ж, Ж-Г, Ж-П).
Различие в том, что у системы 1-го рода твердая фаза не меняет площади поверхности, а у 2-го рода – изменяется форма и масса частиц, а так же площадь потока.
Для характеристики двухфазных потоков используют критерий Вебера – отношение сил инерции к силам межфазного натяжения:
(30)
σ – межфазное натяжение.
Рассмотрим основные характеристики двух распространенных процессов: барботажа газа (пара) через слой жидкости и пленочные течения жидкости, соприкасающиеся с газом (паром).
Барботаж
Газовая фаза, распределяемая через отверстия различных устройств, диспергируется в жидкости в виде пены.
Пена является нестабильной и разрушается после подачи газа (для стабильности используется ПАВ). Пена может быть охарактеризована газосодержанием и удельной поверхностью контакта.
Под газосодержанием понимают долю объема газовой фазы ε в общем объеме пены (газонаполнение). Определяется по разности уровня пены и «светлой жидкости» (после прекращения подачи).
Удельной поверхностью а (м2/м3) называют площадь поверхности контакта фаз в единице объема пены.
По этим характеристикам определяют средний поверхностно-объемный диаметр пузыря dср.
Допустим, что в объеме V содержится n пузырей. Тогда:
(31)
При свободном движении пузырей (через одиночное отверстие) отрыв происходит в момент, когда подъемная (архимедова) сила и сила сопротивления отрыву, определяющаяся поверхностным натяжением, равны, т.е.:
(32)
d0 – диаметр отверстия; σ – поверхностное натяжение (н/м).
Отсюда определим диаметр пузыря в момент отрыва:
(33)
Т.о. диаметр пузыря при свободном движении не зависит от расхода, а определяется диаметром отверстия и свойствами жидкости.
С увеличением расхода возрастает частота отрыва пузыря:
При V=Vкр пузыри не успевают отрываться и движутся в виде цепочки.
При V>Vкр диаметр пузырей зависит от V:
(34)
wп – скорость подъема;
wп определяется аналогично wос:
Режим движения пузырей определяется по критерию Рейнольдса:
(35)
Закономерности движения пузырей большого диаметра отличаются из-за изменения формы. При малых диаметрах сила поверхностного натяжения обеспечивает шарообразную форму пузыря.
С увеличением размера пузыря из-за неравномерности движения по окружности пузырь деформируется, принимая сначала эллипсоидальную (1-5 мм), затем грибообразную форму.
(рисунок)
На движение больших пузырей влияет изменение их формы, что приводит к колебаниям скорости движения пузырей и отклонением направления движения от вертикального.