logo
КАСАТКИН

20. Элементы гидродинамики двухфазных потоков

111

По этой формуле можно вычислить скорость w0, необходимую для достижения любой данной доли свободного объема слоя.

Для решения противоположной задачи — расчета е при данном значении ои0 — фор­мула (11,140) приводится к внду

Многие процессы химической технологии проводятся при движении через трубопроводы и аппараты двухфазных потоков. В этих потоках одна из фаз обычно является дисперсной, а другая — сплошной (дисперсионная среда), причем первая распределена в объеме второй в виде частиц, капель, пузырей, пленок и т. п. Взаимное направле­ние обеих фаз в потоке может быть различным. Например, движение твердых частиц и потока газа при пневмотранспорте, пузырей пара и кипящей жидкости в вертикальных трубках выпарных аппаратов с есте­ственной циркуляцией (см. главу IX) направлено в одну сторону, т. е. является прямоточным. Во многих других случаях фазы движутся в противоположных направлениях, т. е. их движение противоточ- н о е. При противотоке фаз осуществляется, в частности, взаимодействие пленок стекающей вниз жидкости с восходящими потоками газа или пара в пленочных или насадочных абсорбционных и ректификационных колон­нах, взаимодействие капель с потоком другой жидкости (сплошной фазой) в полых или насадочных колонных экстракторах (см. главы XI и XII) и т. д. Картина взаимного движения фаз в аппарате в целом или на отдельных его участках часто более сложная, чем при прямотоке или противотоке, напри­мер в аппаратах с псевдоожиженным слоем или на тарелках массообмен­ных аппаратов при барботаже (см. главу XI).

В двухфазных потоках, кроме границы раздела между сплошной фазой и стенками трубопровода или аппарата *, имеется другая граница, раз­деляющая обе движущиеся фазы. В зависимости от вида этой границы раз­личают два рода двухфазных потоков:

потоки, в которых сплошной фазой является газ или жидкость, а дис­персной — твердая фаза;

потоки систем газ (пар)—жидкость и жидкость—жидкость (т. е. потоки двух несмешивающихся жидкостей). .

Основное различие механизмов движения двухфазных потоков первого и второго рода состоит в том, что твердые частицы в таких процессах, как осаждение, псевдоожижение, пневмотранспорт, практически не меняют своей формы и массы, в то время как элементы дисперсных фаз в потоках систем газ—жидкость и жидкость—жидкость (пузыри, капли, пленки) обычно меняют при движении свою форму (из-за подвижности границы раздела фаз), а часто и массу (вследствие слияния или дробления отдель­ных пузырей и капель).

Гидродинамические характеристики двухфазных потоков первого рода были рассмотрены выше.

Математическое описание движения систем газ—жидкость и жид­кость—жидкость и получение уравнений для гидравлического расчета аппаратов, в которых они движутся, является значительно более слож­ным, чем для однофазных потоков. Поэтому приходится обычно исполь­зовать экспериментальный путь изучения двухфазных потоков, проводя опыты на моделях и обобщая результаты экспериментов. Одна из главных трудностей таких исследований связана с тем, что характеристики тече­ния каждой фазы во многих случаях зависят от условий течения другой фазы.

(II,140а)
  1. Yandex.RTB R-A-252273-3
    Yandex.RTB R-A-252273-4