Методы экспериментального исследования структуры потоков

Распределение времени пребывания элементов жидкости в аппарате зависит от характера потоков внутри сосуда. Движение элементов жидкости зависит от зон и могут быть вовлечены в циркуляционные и байпасные зоны.

Основным методом экспериментального определения функции распределения является определение функции распределения индикатора по временам пребывания с последующим анализом его в определенных точках изучаемой системы.

Пример: Рассмотрим две параллельные струи идеального вытеснения в аппаратах одинакового объема V₁=V₂=2м³; в первом аппарате объемная скорость v₁=3м³/ч, во втором аппарате объемная скорость v₂=1м³/ч; среднее время пребывание

Первый импульс появится на выходе через

Второй сигнал появится через

Возможны 4 варианта экспериментального определения функции распределения материальных частиц в потоках.

I вариант

В первый поток за время вошло импульса

За время 2/3ч на выходе замеряется средняя величина импульса

Во второй поток за время вошел потока

За время 2ч величина выходного импульса

Среднее время пребывания в такой системе

II вариант

За время вошел объем

Величина импульса q за время 2/3ч =

За время вошел объем

Величина импульса за 2ч =

Среднее время пребывания

III вариант

В первый аппарат вошел импульс

На выходе разбавился в 2 раза и стал - соответствующий 2/3ч

Во второй аппарат вошел импульс и на выходе стал - соответствующий 2ч.

IV вариант

В момент времени 2/3ч величина выходного импульса равна

В момент времени 2ч величина выходного импульса равна

Среднее время пребывания в системе

Влияние гидродинамики на эффективность работы химических и биохимических реакторов

1. Эффективность работы любого биохимического реактора определяется условиями взаимодействия растущей популяции микроорганизмов с окружающей средой.

2. При глубинном культивировании микроорганизмов в ферментерах развитие клеточной популяции зависит от транспорта питательных веществ из массы жидкости к поверхности клетки и отвода продуктов метаболизма от нее. Эти питательные вещества являются источником конструктивного и энергетического обмена.

3. Условия транспорта питательных веществ к клетке зависит от гидродинамической обстановке в реакторе. Например, от интенсивности перемешивания, от степени турбулизации среды изменяется соотношение между турбулентной и молекулярной диффузией.

4. Масштаб турбулентных пульсаций при перемешивании определяет условия и перемещения элементов дисперсной фазы(кислородсодержащие газы, углеродсодержащие субстраты).

5. Время ферментации во многом зависит от структуры потоков.

6. гидродинамическая обстановка в биохимическом реакторе определяется условиями ввода энергии в ферментационную среду и типом аппарата.

Основное уравнение гидродинамики: - уравнение неразрывности, где - вектор скорости жидкости

f – плотность жидкости

Решение этого уравнения дает распределение скоростей элементарных объемов жидкости по времени и объему. Известны только частные случаи его решения. В общем случае его решение сопряжено с трудностями. Поэтому рассматривают перемешивания с точки зрения теории турбулентности, что позволяет оценить параметры(масштаб и интенсивность турбулентности).