Журнал о Медицине
rss новости rss статьи rss все архив
Словарь научных терминов

Гидромеханические процессы

ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ химической технологии, подразделяют на процессы, протекающие с образованием неоднородных систем (диспергирование, перемешивание, псевдоожижение, пенообразование), с разделением этих систем (классификация гидравлическая, осаждение, фильтрование, центрифугирование и др.), с перемещением потоков в трубопроводах или аппаратах (см. Компрессорные машины, Насосы).

По условиям движения потоков различают след. задачи гидродинамики: 1) внутреннюю-движение жидкостей и газов в трубопроводах и аппаратах, в т. ч. в змеевиках, рубашках, трубном и межтрубном пространстве теплообменников, ректификационных, экстракционных и абсорбционных колоннах, выпарных и сушильных установках, печах; 2) внешнюю-движение частиц в газообразных и жидких средах, включая осаждение пыли под действием силы тяжести в пылеосадительных камерах или центробежной и инерц. сил в циклонах; разделение суспензий и эмульсий в отстойниках, гидроциклонах,

осадительных центрифугах и сепараторах; пневмо- и гидротранспорт; барботирование и перемешивание твердых частиц с жидкостями; диспергирование жидкостей при распыливании в газовых и паровых средах (см. Газов очистка, Циклоны); 3) смешанную-движение жидкостей и газов через пористые слои кусковых или зернистых материалов (см. Фильтрование). В последнем случае в зависимости от высоты слоя материала Я различают процессы: а) при H = = const-движение газа в абсорберах, регенеративных теплообменниках, реакторах с неподвижным слоем катализатора (см. Реакторы химические), адсорберах, сушилках и печах; промывка осадков на фильтрах и др.; б) при Hhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/2/5552.jpeg const - фильтрование на пром. фильтрах и центрифугах. Осн. законы, к-рым подчиняется движение жидкостей, газов и их смесей в трубах, каналах и аппаратах: сохранения массы, энергии, кол-ва движения (импульса). Движение жидкости (газа) описывается системой дифференц. ур-ний, включающей ур-ния движения Навье-Стокса и ур-ние неразрывности (сплошности) потока. Интегрирование этого ур-ния приводит к ур-нию постоянства расхода: V = f1w1= = f2w2 =f3w3 (f1, f2, f3 - плошдди поперечных сечений трубопровода, м2; w1, w2, w3-средние скорости потока, м/с). Распределение скоростей по сечению канала зависит от режима движения потока. При ламинарном режиме (наблюдается при умеренных скоростях или в трубах малого диаметра) устанавливается параболич. профиль скоростей (wcp = 0,5wмакс), при турбулентном режиме (наблюдается при больших скоростях и сопровождается хаотич. пульсационными движениями масс жидкости) wcp = = 0,817wмакс. Сопротивление движению описывается ур-нием Дарси-Вейсбаха:http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/3/5553.jpeg , гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/4/5554.jpeg-потеря давления на преодоление трения при движении потока в круглой цилиндрич. трубе, L-длина трубы, d-ee диаметр,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/5/5555.jpeg-плотность жидкости,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/6/5556.jpeg-коэф. сопротивления, определяемый режимом потока и шероховатостью стенок трубы. Для ламинарного режимаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/7/5557.jpeg= 64/Re, где Re = =http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/8/5558.jpeg-число Рейнольдса,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/5/9/5559.jpeg-динамич. вязкость; для турбулентного режимаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/0/5560.jpeg, где А и n-постоянные (для гидравлически гладких труб А = 0,316, п = 0,25 в пределах Re от 4*103 до 105).

Профили скоростей обусловлены формой сечения потока. Ур-ние движения интегрируют для разл. случаев, имеющих практич. применение (движение жидкости в узких каналах, кольцевом зазоре, пленке и др.). Для описания реальных процессов используют обобщенные ур-ния гидродинамики, приведенные к безразмерному виду с помощью подобия теории, а также типовые гидродинамич. модели (в зависимости от структуры потоков в аппаратах, в к-рых осуществляется процесс). Модель полного вытеснения характеризуется поршневым движением потоков при отсутствии продольного перемешивания (напр., в трубчатых аппаратах с L/d > 20 при больших скоростях). Модель полного перемешивания отличается равномерным распределением частиц потока во всем объеме (напр., в реакторах с интенсивно работающей мешалкой). Промежут. модели (диффузионные, ячеечные) характеризуются частичным перемешиванием в продольном и радиальном направлениях.

Движение твердых частиц в жидкости или газе (внеш. задача) описывается с помощью упрощенных ур-ний Навье-Стокса (ползущее течение при Re < 1, течение в пограничном слое при больших числах Re). Закон сопротивления выражается зависимостьюhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/1/5561.jpeg , гдеhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/2/5562.jpeg-коэф. сопротивления. Для шарообразных частиц при Re < 1 величинаhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/3/5563.jpeg= = 24/Re; при развитой турбулентностиhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/4/5564.jpeg. Скорость своб. осаждения под действием силы тяжести по закону Стокса для одиночной шарообразной частицы woc = =http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/5/5565.jpeg(приhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/6/5566.jpegв области 10-4 < Reoc < 2). Для приближенного учета взаимного влияния частиц при стесненном осаждении суспензии в ф-лу Стокса вводится поправка, зависящая от объемной доли жидкости в суспензии. При расчете отстойников для сгущения суспензии различают режимы свободного и стесненного осаждения. При действии центробежной силы осаждение твердой фазы из жидкости или газа характеризуется центробежным числом Фруда-Fr (т. наз. фактором разделения)-отношением центробежной силы Gц к силе тяжести GT: Fru = Gц/Gт =http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/7/5567.jpeg, где r-радиус аппарата,http://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/8/5568.jpeg=9,81 м/с2. Для разделения суспензий в центробежном поле применяют гидроциклоны и осадительные центрифуги, а для разделения пылегазовых систем-циклоны. Эффективность работы последних характеризуется величинойhttp://www.pora.ru/image/encyclopedia/5/6/9/5569.jpeg= (c1 — c2)/c1, где с1и с2-концентрации пыли в газе на входе в аппарат и выходе из него.

Для описания процессов, составляющих смешанную задачу гидродинамики, используются упрощенные ур-ния Навье-Стокса с соответствующими граничными условиями. Закон сопротивления для неподвижного слоя зернистых материалов аналогичен ур-нию Дарси - Вейсбаха при замене d на dэ-эквивалентный диаметр межзерновых каналов.

Г. п. разделения суспензий и аэрозолей (запыленных газов) фильтрованием (пропусканием через пористые перегородки, задерживающие дисперсную фазу) рассматривают отдельно. Теория фильтрования основана на эмпирич. законе Дарси.

Перспективы развития Г. п. определяются совр. достижениями теоретич. и прикладной гидроаэродинамики и широким использованием методов моделирования и вычислит. техники.

Лит.: Романков П. Г., Курочкина М. И., Гидромеханические процессы химической технологии, 3 изд., Л., 1982. П. Г. Романков, М.И. Курочкина.


Здоровье и профилактика Акушерство и гинекология Стоматология Красота Зрение Энциклопеди Адреса Реклама
Видео