51)Пленочноедвиж жид

Движ тонкой пленки жид по тв поверхности встречается во многих гидромех, тепло - и массообменных апп. При этом с внешней стороны пленкавзвует с газ фазой, обеспечивая большую поверхность их контакта. Взвие пленки с газ фазой подразделяют на слабое, при кот поток импульса ч/з границу раздела фаз газ - жид значительно меньше потока импульса от пленки к тв поверхности, и сильное, при кот эти потоки соизмеримы. В случае слабого взвия влиянием газ потока ( ) пренебрегают и рассматривают движпленки лишь под действием силы тяжести (свободное течение пленки). В случае сильного взвия необходимо решать сопряженную задачу движения жид и газ фаз, т.е. учитывать импульсопередачу из газ фазы в жид. В нач рассмотрим движение пленки жидкости в условиях слабого взаимодействия с газом.

Поскольку толщина пленки , как правило, значительно меньше радиуса кривизны твердой поверхности, по которой она стекает, то поверхность, обычно, рассматривают как плоскую, что позволяет использовать прямоугольную систему координат.

Решение задачи гидродинамики, состоящее в нахождении поля скорости и толщины пленки, зависит от режима ее движения, о котором можно судить по величине критерия Рейнольдса. В качестве характерного размера выберем толщину пленки, тогда (75)

Практическое нахождение критерия Рейнольдса по (75) вызывает затруднение, т.к. средняя скорость движения и толщина пленки, как правило неизвестны. Обычно легче поддаются определению массовый G и объемный расходы жидкости и смоченный периметр поверхности П_спо которой она стекает

(76) (77)

Введем понятие линейной плотности орошения Г, характеризующей массовый расход жидкости, приходящейся на единицу длины смоченного периметра, тогда (78) (79)

Следует иметь в виду, что часто при описании пленочного течения используют другой характерный размер - эквивалентный диаметр d_э = 4, соответственно . Обычно выделяют четыре режима свободного течения пленки: 1. ламинарный безволновойRe_< 3; 2. ламинарный волновой 3 <Re_<300; 3. режим развития турбулентности 300 <Re_< 600; 4. развитый турбулентный Re_> 600. Вначале рассмотрим простейший ламинарный безволновой режим свободного течения пленки.

36………..Образование и движение газовых пузырей и капель

Диспергирование капельных жидкостей в газовых средах и в объемах других не смешивающихся жидкостей. Возможны два режима диспергирования при истечении: капельный и струйный. В первом случае капли образуются непосредственно при истечении жидкости из отверстия или сопла. Во втором случае струя распадается на капли на некотором расстоянии от выходного сечения диспергирующего устройства. Другим способом диспергирования жидкостей, обеспечивающим большую однородность размера капель, является отрыв пленки жидкости от вращающихся дисков или цилиндров под действием центробежной силы. Ещё один способ диспергирования одной жидкости в другой при их взаимной нерастворимости заключается в перемешивании с помощью механических.

Размеры пузыря, отрывающегося от отверстия. При небольших скоростях истечения легкая фаза вытекает в виде последовательно отрывающихся пузырей (капель). В общем случае на образующийся пузырь воздействует подъемная сила и конвекционные токи жидкости, стремящиеся оторвать пузырь от кромки отверстия. Сила, прижимающая пузырь к кромке отверстия, пропорциональна коэффициенту поверхности натяжения и периметру отверстия d₁.

При слабых конвекционных токах в момент отрыва имеем:

(93)

где d₀ - диаметр пузыря в момент отрыва, d₁ - диаметр отверстия, , - плотности тяжелой и легкой фазы, соответственно.

Из уравнения (93) определяем d₀: (94)

При увеличении объемного расхода газа через отверстие частота отрыва единичных пузырей возрастает и достигает критического значения, при котором начинается цепочное движение пузырей. Критическое значение расхода может быть найдено из следующих соображений. Всплывающие со скоростью W_n пузыри выстраиваются в вертикальную цепочку, среднее сечение которой соответствует гипотетическому цилиндру эквивалентного объема

При цепочном движении размер пузырей увеличивается с возрастанием расхода газа (95)

Движению капель и пузырей, в отличие от движения твердых сфер, присущ ряд характерных особенностей. На жидкой границе раздела фаз касательная составляющая скорости отлична от нуля, вследствие чего внутри движущейся капли (пузыря) возникает циркуляция среды, способствующая лучшему обтеканию капли по сравнению с обтеканием твердой сферы. Это означает, что для капли отрыв пограничного слоя наблюдается при более высоких значениях Re, чем для твердой сферы, и скорость осаждения капли (пузыря) выше скорости осаждения твердой сферы того же диаметра. Вместе с тем, ввиду подвижности границы раздела фаз, капли (пузыри) могут деформироваться и колебаться при своем движении.

Скорость движения капли и пузырька при R< 1. Для капли, движущейся в жидкости под действием подъемной силы скорость ее установившегося движения (падение или всплытие) определяется по формуле:

(96)

где  - динамической вязкости сплошной фазы и  - динамической вязкости дисперсной фазы.

Движение капель и пузырей при R> 1. Увеличение диаметра пузырей и капель приводит к их деформации, они уже не могут считаться сферическими, траектории движений отличаются от вертикалей, и соотношения для определения скорости их движения не удается получить теоретически. При достаточно больших скоростях движения капель относительно сплошной фазы они могут разделяться (дробление), а при соударениях сливаться (коалесценция).

Массовый барботаж. Выше рассматривалось образование и всплытие пузырей от единичного отверстия. На практике широко используется массовыйбарботаж - прохождение газа в жидкость через множество отверстий, например, в тарельчатых колоннах. При малых расходах газа в режиме всплытия отдельных пузырьков к ним применимы закономерности полученные ранее. Однако при увеличении расхода газа, когда происходит стесненное движение пузырей, данные закономерности нарушаются. При дальнейшем увеличении расхода газа образуется слой пены. Еще большее увеличение расхода газа приводит к разрушению слоя пены и газ проходит сквозь жидкость в виде струй.

Для характеристики газожидкостного слоя при массовомбарботаже используются такие величины как газосодержание , высота слоя h_с, высота светлого слоя жидкости h₀. Газосодержание характеризует объемную долю газа в газожидкостном слое. Высота светлого слоя жидкости характеризует количество жидкости в газожидкостном слое и представляет собой гипотетическую высоту слоя при его нулевом газосодержании

(97)

Расчет величин и h₀ проводится, как правило, по эмпирическим соотношениям.