Теплопередача и гидродинамическое сопротивление Кутателадзе С.С. (1013703), страница 31
Текст из файла (страница 31)
При конденсации смеси паров, когда два или более компонентов смеси конденсируются в данном интервале температур, процесс зависит от степени взаимного растворения или гомогенности смеси образующихся конденсатов. Если конденсатная плевка гомогенна, то расчеты ведутся обычным образом с учетом физических свойств смеси, определяемых ее составом в паровой и жидкой фазах (включая и температуры конденсации и межфазной границы). Если конденсаты не смешиваются, то обычно один из компонентов образует сплошную пленку, а второй — капли, погруженные в пленку. Первым приближением в расчетах такого процесса является квазигомогенная модель, т. е.
расчет по эффективным физическим свойствам данной смеси конденсатов (например, по оценке размеров пленки и капель). Пока все же для таких процессов решающее значение имеют конкретные экспериментальные данные. Глава двенадцатая ГАЗОЖИДКОСТНЫЕ СМЕСИ 12.1. СТРУКТУРЫ Газожидкостные смеси динамически реализуются в форме процессов барботажа — когда газ проходит через слой непроточной жидкости, н газожидкостных потоков — когда имеет место совместное течение газовой (паровой) и жидкой фаз смеси. Особенностями таких систем являются: 1) многообразие динамических структур и переменность спонтанно возникающих образований (пузырей, капель, пленок, струй) в пространстве и времени; 2) волновые эффекты на границах раздела фаз и в собственно смеси как целом, связанные с проявлением поверхностного натяжения и существенной зависимостью прохождения сигнала и его деформаций от концентрации компонентов и структуры их элементов; 3) зависимость от термогидродинамики первичных актов зарождения новой фазы и распределения центров ее генерации на границах и внутри потока; 4) возможность возникновения состояний, существенно метастэбильных в термодинамическом смысле; 5) усложнение механизмов турбулентного переноса, связанное с особенностями течения в элементах каждой из фаз и межфазной турбулентностью; 6) возможность квазитурбулентных состояний ламинарного несущего потока вследствие осцилляций дисперсных элементов друтой фазы; 7) существование различных комбинаций режимов течения фаз (компонентов) потока (ламинарно-ламинарный, ламинарно-турбулентный, турбулентно-ламинарный; ламинарно-дисперсный, турбулентноднсперсный); 8) зависимость от смачиваемости ограждающих конструкций жидкой фазой.
192 Характерными структурами являются: 1) отдельные, или практически не взаимодействующие, диспергированные элементы (капли, пузырьки) в одно- связном несущем потоке (капли редкого дождя в атмосфере, пузырьки газа в слабонасыщенной минеральной воде); 2) взаимодействующие многосвязные образования в односвязном потоке (крупные пузыри пара или газа при течении смеси в замкнутых кзналах; взаимодействующие затопленные струи); 3) расслоенные течевия (течение газа под слоем жидкости, движущейся в нижней части горизонтального канала; кольцевое течение жидкости вдоль внутренвей стенки смачиваемой трубы и течение газа в пространстве, ограниченном пристенным жидким слоем); 4) полиструктурные течения (пристенное течение одной части жидкости и дисперсный поток ее другой части в газовой фазе; захват газа гребнями волн). Множественность структур и режимов течений обусловливает и множественность неустойчивостей, т.
е. критических изменений структур и типов движения фаз и смеси в целом. 12.2. РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЗОЖНДКОСТНОГО ПОТОКА Приведенные (расходные) скорости фаз: и.=!'/р', и-.=!'/р-, (12.2.1) где !' — массовая скорость, кг/(ьгз с); индексы ' и " означают жидкую и газовую (паровую) фазы. Расходные объемное 6 и массовое х газосодержания смеси: )=и; /(и, +г/; ); "=! /!, (!2.2.2) где 1„=!'+!" — массовая скорость смеси, Истинное объемное газосодержание; (у) 4 П /1)о! 'Р=) О /~(п о где Й, — площадь поперечного сечения канала. Истинные скорости фаз: (/ =и,/(1 — (у) ); и"=и-,/(7). Расходная скорость смеси и,„=и,+(/"..
(12.2.3) (12.2.4) (12.2.5) Относительная скорость скольжения: фаз (скорость скольжения) и коэффициент и" =и" — Г/ = — и' ! з=и,и, от от! Скорость дрейфа: (12.2. 6) Плотность смеси (12.2.7) (Рси) — Р (1 — (у))+Р (!) ° (12.2.8) где (у) = ()[6 -Ьз( ! — 6) ] -~ Эти понятия применимы и к потоку из несмешивающихся жидкостей (например, барботаж воды через слой ртути). Подробнее см, (12.9). 13 †66 193 12.3. ОДИНОЧНЪ|Е ПУЗЫРИ Характерные масштабы и числа подобия: эквивалентный радиус )1= =(ЗУ/4п) ы', линейный масштаб капиллярно-гравитационного взаимодейст/ е 11!2 вия д, = ~ ); )1е=У"Я/т', Аг=лЛР)д'/т"; Ар=Ар/р'! Д =Я/б У"=У" (лбр)д) ы', где У вЂ” объем пузыря,м', и — коэффициент поверхностного натяжения, Н/м; Лр-р' — р'. Скорость свободного всплытия пузыря У" определяется: при Пе<! (Аг<4,5) формулой Адамара — Рыбчинского !12 1 + У"=2Аг ' 1; Р=Р"/р'; (!2.3.1) 6+9„' в практически чистых жидкостях (например, в однократно дистиллированной воде) имеющиеся микропримеси упрочняют границу раздела фаз и пузырек всплывает как квазитвердая сфера по закону Стокса 2 !щ У" = — Аг 9 при 4,5 < Аг< 100)1, !12 формулой Пиблса — Гарбера 1 114 У" = — Аг 3 (!2.3.2) (12.3.3) / Лт 1112 ))еа = У"д„/т' > 200: да=д~/д <0,23, Ум=6,2д ~ — д„з) (12.3.6) Г„ > 0,23, У'" = 1,5(йЛ;д„)02.
194 при Аг> 2000г), З'з формулами )д.л<1,5, й"=1,4)1 †.,'~', г.к>2, У" 1; (!2.3.4) в области 1,5<Я <2 формулой Франк — Каменецкого й" (12.3,5) Зависимость У" от Я показана на рис 12.1: левая восходящая часть кривой соответствует вязкому режиму всплытия, описываемому формулами (12.3.2) и (12.3.3); нисходящая часть кривой соответствует деформации пузырей от сферической формы к грибообразной и описывается первой формулой (!2.3,4); правая восходящая часть кривой соответствует квадратичному закону сопротивления всплытию крупных пузырей н описывается второй формулой (12.3.4); область минимума кривой У" Я) описывается формулой (12.3.5].
При всплытия одиночного пузыря в цилиндрической трубе с непроточным слоем жидкости начинает влиять соотношение эквивалентного радиуса пузыря и радиуса канала )д.. На рис. !2.2 приведена зависимость У"(Аг; !сох' Лк) где Аг* = йд„кбр/»' ' )~к = )~к/д. При движении пузыря в плоскопараллельном щелевом канале шириной б„по экспериментам В. А. Григорьева и Ю. И.
Крохина, 00 20 70 0 Ы г 70-2 г л б 070-7 г э 00700 г ~ гулом Рис. 12.!. Зависимость скорости всплытия в воде одиночного пузыря от его размера при р=!О' Па 70 0 0,0 7 7,0 г г,д я 12.2. Скорость всплытия пузыря в вертикальной трубе в жидкостях разного рода; — Аг.=2.10', — — — Аг,=б,7.10' — — — Аг„=5,5.10' Рис Для клиновидного канала с углом раскрытия а вводится эффективное значение ускорения Аг„=2+1,83012 аг'(Лрб,г)! опытные данные соответствуют ГГ>106. (т, е.
пузыри крупные, имеют вытянутую форму и сильно тормозятся стенками канала) и дг>!О'. Теплоотдача от каазитвердого сферического пузыря к окружающей жидкости описывается интерполяционной формулой Хпж2+Реггз (12.3.7) где в качестве характерного линейного размера принят диаметр пузыря 11= 2)г 13* 193 12.4. БАРБОТАЖ При медленном истечении газа в непроточный объем жидкости из отверстия, расположенного в плоскости, перпендикулярной вектору силы тяжести, отрывной радиус пузыря, по экспериментальным данным Н.
И. Смирнова и С. Е. Полюты, )7 ~ [1,!4 — 126 (,, ) ~ ( —,) (12.4.1) где )7, — радиус отверстия. Устойчивая газовая подушка под горизонтальным дырчатым листом возникает при медленном истечении газа через отверстия в непроточный слой маловязкой жидкости, когда скорость истечения т !Пз и" ~ 1 2; — !гз (вДР ) !1 ~,йз)7хэ) (!2.4.2) Среднее газосодержание толстого барботируемого газом слоя маловяз. ьой жидкости можно оценить по формуле Нц 15.10 — з(Ре,М* ')ыз 4 где Нп„= (а)Л')4,; Ре„= с„'1" д, !ЛЧ М, = — вч.
Ч 1" — массовая скорость йа Ьо. газа, рассчитанная по полной поверхности нагрева (т. е. без исключения площади пор на этой поверхности); а". = (лр/р")'" †скорос звука в газе; п — показатель политропы (при квазиизотермическом низкочастотном процессе пж 1). Число подобия М, имеет смысл критерия капиллярно-гравитационно-акустического взаимодействия.
В общем случае численный коэффициент в формуле (!2.4.4) зависит от свойств поверхности нагрева: геометрических, характеризуемых относительным размером отверстий микропористой поверхности 6,.-6;/6 а и их спектром; физических, характеризуемых краевым углом смачивания 0, тспловосприимчивостью материала стенки (срй)гь и др. 196 По экспериментальным данным Берннгера (диаметр барботажной колонны с!в=82 мм) и С. И. Мочана ())а=76 мм) С=04; по экспериментальным данным Т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
