ВЛИЯНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НА ГИДРОДИНАМИКУ СТРУКТУРЫ потоков

Анализ влияния вязкости жидкости на коэффициент диффузии Е показал, что значение коэффициента диффузии в миллионы раз выше, чем значение коэффициента молекулярной диффузии в жидкостях. Газ, пропускаемый сквозь жидкость, сообщает ей энергию, намного превосходящую энергию молекулярных колебаний. Так, если значение коэффициента молекулярной диффузии в жидкостях составляет КГ⁴ -КГ⁵ см²/с, то значение коэффициента диффузии Е = 10 — 10³ см²/с.

Поэтому не приходится ожидать сильного влияния на процесс перемешивания молекулярных свойств отдельных фаз, а именно вязкости, плотности, поверхностного натяжения. В частности, эксперимент показал, что изменение вязкости в 30 раз приводит к изменению? в 1,4 раза.

В ламинарном однофазном потоке коэффициент диффузии составит:

Если исходить из того, что коэффициент молекулярной диффузии обратно пропорционален вязкости, то коэффициент диффузии Е будет прямо пропорционален коэффициенту вязкости.

Рис. 3.2. Схема экспериментальной установки диаметром 700 или 1200 мм:

1 - корпус аппарата; 2 — воздуходувка; 3 — дифференциальный манометр для измерения скорости воздуха; 4 - водяной насос; 5 - ротаметр для измерения расхода воды; 6 - рабочие тарелки; 7 — распределительные тарелки; 8 — устройство для подачи импульсного сигнала; 9- кондуктометрические датчики; 10 — дифференциальный манометр для определения перепада давления на тарелке В турбулентном потоке величина коэффициента диффузии равна

где w — скорость потока; d- диаметр трубы; D — коэффициент молекулярной диффузии; А. — коэффициент гидравлического сопротивления.

В соответствии с законом Блазиуса X = 0,3164 Re"°*²⁵, коэффициент диффузии будет пропорционален вязкости в степени 0,125. Такой же показатель степени сохраняется и для барботажного слоя.

Основные выводы, которые можно сделать в результате большого числа исследований, следующие:

• 1) коэффициент продольной диффузии в газовых потоках меньше, чем в жидкостных;
• 2) коэффициент продольного перемешивания обратно пропорционален скорости жидкости;
• 3) коэффициент продольного перемешивания не зависит от вязкости жидкости.

Исследования трех американских университетов, проводимые в течение пяти лет, показали, что такие физические свойства жидкости, как вязкость, плотность и поверхностное натяжение, не оказывают существенного влияния на степень перемешивания жидкости на барботажных тарелках. Поэтому изучение структуры потока жидкости проводилось на системе воздух — вода.

На рис. 3.2 изображена схема экспериментальной установки по исследованию структуры потока жидкости на системе воздух — вода.

Воздух нагнетается в колонну 1 вентилятором 2. Для подачи воды на орошение используется насос 4. Расход воздуха и воды контролируется с помощью дифференциального манометра 3 и ротаметра 5. Рабочие тарелки 6 устанавливаются строго горизонтально. Для равномерного распределения воздуха по сечению колонны используют перфорированные тарелки 7.