Определение коэффициентов массо -, тепло -, импульсоотдачи.

Для нахождения коэффициентов массо–, тепло–, импульсоотдачи необходимо знать соответственно поля концентраций, температуры и скорости в непосредственной близости от границы раздела фаз. Поскольку решение системы дифференциальных уравнений может быть представлено в виде зависимости между критериями подобия, коэффициенты массо–, тепло–, импульсоотдачи определяются по критериальным уравнениям:

(2.138)

Значения определены по критериальным уравнениям.

Проблема масштабного перехода для промышленных аппаратов.

Проектирование и внедрение аппаратов большой единичной мощности (например, массообменных колонн до 10м в диаметре и высотой до 100м) выявило существенное снижение их эффективности с лабораторными моделями (масштабный эффект). Причины:

– возникновение по сечению аппарата гидродинамических неоднородностей;

– изменение значений коэффициента турбулентного переноса;

– невозможность достижения одновременного подбия полей W, T и .

В связи с этим возникает проблема масштабного перехода от лабораторной модели к промышленному аппарату. Традиционно она решается следующим образом:

– изготовление и исследование лабораторной модели; получение критериального уравнения;

– проектирование, изготовление и исследование полупромышленной установки с целью коррекции описания (уравнения);

– проектирование и изготовление промышленной установки.

Попытка решения проблемы масштабного перехода привела к разработке метода сопряжённого физического и математического моделирования.

Гидродинамическая структура потоков.

Наибольший вклад в проблему масштабного перехода вносит изменение гидродинамической структуры потоков при увеличении размеров аппарата. Структура потока – характер движения элементов потока в аппарате. Траектории движения этих элементов могут быть чрезвычайно сложными, что приводит к различному времени их пребывания в аппарате. Одни элементы быстро проходят через аппарат (байпас), другие, наоборот, задерживаются в аппарате больше среднего времени (застойные зоны), могут быть также возвратные потоки (рис. 2.9).

Рис. 2.9

1 – застойная зона;

2 – зона смешения;

3 – пограничный слой;

4 – ядро потока.

Охарактеризовать структуру потоков в аппарате можно полем скорости. Из – за сложности отыскания поля скорости структуру потока обычно характеризуют временем пребывания элементов потока в аппарате. Поскольку различные элементы имеют различные скорости и траектории движения, то и обладают разными временами пребывания в аппарате. Для описания этого явления используется функция распределения времени пребывания элементов потока в аппарате f(t) (рис. 2.10):