1. Движение газожидкостных смесей в вертикальных трубах

Движение газожидкостной смеси по вертикальным трубам исследуют на установках методом отсечек или взвешиванием экспериментального участка трубы с помощью динамических весов специальной конструкции и измерением плотности двухфазного потока на выкиде трубы.

Режимы работы вертикальной трубы

При движении газожидкостной смеси в единичной подъемной трубе при заданном напоре или в контуре естественной циркуляции можно различать четыре наиболее важных режима.

1) Режим начала подачи жидкости. В этом случае газа, поступающего к основанию трубы, бывает едва достаточно для подъема жидкости до её устья. Незначительное увеличение подачи газа приводит к появлению подачи жидкости.

2) Режим максимальной эффективности работы системы. В этом случае на единицу поднимаемой жидкости расходуется наименьшее количество газа. Этот режим с энергетической точки зрения является оптимальным.

3) Режим максимальной производительности, когда количество поднимаемой жидкости является наибольшим.

4) Режим прекращения подачи жидкости. В этом случае бывает достаточного увеличения расхода газа, чтобы подача жидкости прекратилась. Здесь прохождение газа по трубам обуславливает потери на трение, превосходящие по величине давление в напорной ветви контура циркуляции. Произвольные расходные параметры смеси могут в большей или меньшей степени приближать процесс движения смеси к тому или иному режиму.

Формы течения газожидкостной смеси

От режимов работы подъемной трубы следует отличать структурные формы течения, которые имеет газожидкостная смесь при её подъеме в трубе. На основании изучения структуры потока нами установлено шесть основных форм движения: пузырьковое, пробковое, пробково-диспергированное, эмульсионное, пленочно-эмульсионное и капельное. Отдельные формы можно охарактеризовать следующим образом:

Форма 1. Жидкая фаза движется по трубе вверх. Газовая фаза в виде отдельных пузырьков распределяется внутри жидкости и движется вверх со скоростью, несколько превышающей скорость жидкости.

Форма 2. Пузыри объединяются в своего рода газовые пробки, напоминающие по своей форме снаряды с головкой параболического очертания. Таким образом, по трубе движутся чередующиеся друг за другом газовые и жидкостные пробки, причем последние содержат включения из газовых пузырьков.

Форма 3. Часть жидкости из центра сечения трубы отбрасывается потоком газа к стенке, затормаживается и потом вновь включается в общий поток двухфазной смеси. Воздух в этом режиме принимает переменную пробково-диспергированную структуру. Аналогичному дроблению подвергаются и пробки жидкости. В процессе дробления воды и воздуха между центральной зоной трубы и её стенкой создается движущийся вверх возвратно-поступательный поток жидкости.

Форма 4. Двухфазный поток имеет эмульсионный вид; пленки жидкости между газовыми пузырьками образуют пространственную сотовую структуру, элементы которой непрерывно разрушаются и создаются вновь.

Форма 5. Жидкая фаза мелкими каплями вкраплена в газовый поток. Двухфазная смесь представляет собой эмульсию молочного цвета; по стенке течет пленка жидкости, а газ с диспергированной влагой движется в центральной части трубы.

Форма 6. Внутренняя стенка трубы смочена влагой. В потоке воздуха движется мелкодисперсная, распыленная влага.