Методические указания

При изучении материала настоящей темы студент должен разобрать некоторые специальные вопросы гидроаэромеханики, с которыми ему придется встретиться потом в своей инженерной деятельности. Сюда относятся вопросы гидродинамики неоднофазных сред, в частности особенности движения газожидкостных или двухфазных потоков, а также смесей газа или жидкости с твердыми частицами («запыленных» потоков и гидросмесей).

Для частиц размерами d<0,1 мм скорость падения в покоящейся жидкости (гидравлическая крупность) определяется по формуле

,

где - плотность твердых частиц и жидкости;

- кинематический коэффициент вязкости жидкости.

Концентрацией смеси называется количество твердых частиц в единице объема жидкости.

Причиной взвешивания твердых частиц в неоднородной жидкости является наличие подъемной силы, возникающей при обтекании твердых частиц потоком и вследствие турбулентности. Наименьшая скорость движения гидросмеси, при которой не происходит выпадение твердых частиц, называется критической скоростью.

Большой практический интерес представляет вопрос о движении в жидкости твердых тел небольшого размера, вес которых мало отличается от силы сопротивления, возникающей при их движении в жидкости (пневмотранспорт, гидротранспорт, унос золы из дымовых труб и т. д.). Когда кажущийся вес тела (с учетом подъемной силы) равен силе сопротивления, то тело витает – находится в состоянии равновесия.

Скорость витания в воздухе можно определить по формуле

,

где коэффициент сопротивления С_Д для шарообразного тела в первом приближении можно определить по формуле

С_Д=,

которая действительна при Rе<10⁵.

Двухфазные потоки имеют место в элементах паровых котлов (пароводяная смесь), с запыленными потоками и гидросмесями имеют дело в пылеприготовлении, гидрозолоудалении, а также при пневмо- и гидротранспорте.

Двухфазной называют среду, содержащую одно вещество в двух агрегатных состояниях (например, вода + водяной пар). Двухкомпонентные среды состоят из двух разных веществ, находящихся в одном и том же или в различных агрегатных состояниях. Двухфазная среда состоит из несущей фазы и дискретной фазы.

Возможные структуры двухфазной среды многообразны: парокапельный слой без пленки и с пленкой на твердой поверхности, парокапельный пристенный слой с пленкой над ним.

Закономерности таких потоков теоретически и экспериментально изучены еще недостаточно, так как они очень сложны. Поэтому студент прежде всего должен обратить внимание на качественную сторону процессов, характерных для потока той или иной структуры. Обобщенных расчетных зависимостей нет, количественные соотношения охватывают лишь частные случаи.

В каждом конкретном случае при расчете подобных потоков надо обращаться к специальной литературе.

Литература [1, с. 312-365]; [3, с. 253-256].

Вопросы для самопроверки

1. Какие потоки называются двухфазными? Приведите примеры.

2. В чем заключаются особенности движения двухфазных потоков?

3. Что называется приведенной скоростью фазы?

4. Как найти среднюю скорость газожидкостной смеси?

5. Как связано объемное газосодержание с приведенными скоростями фаз?

6. Какие режимы движения может иметь пароводяная смесь?

7. Что такое запыленный поток и гидросмесь?

8. Как вычисляется консистенция твердо-жидкого потока?

9. Какие силы поддерживают твердые частицы во взвешенном состоянии при напорном движении гидросмеси?

10. Как влияет увеличение расхода на потери давления в газопроводе?