Смешение жидких потоков в трубчатых турбулентных аппаратах диффузор-конфузорной конструкции

Величинами, определяющими значения характерных времен смешения, являются, согласно (1), линейная скорость движения жидких потоков V, диаметр аппарата dк, угол раскрытия диффузора , а для микросмешения - кинематическая вязкость . Практически единственным и доступным способом воздействия на гомогенизацию жидких потоков на различных масштабах в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции является варьирование диаметра реактора и линейной скорости движения жидкости (рис. 1-3). Видно, что практически всегда соблюдается оптимальное соотношение tur >mezo >mic. Однако ввиду того, что смешение жидкости на микроуровне главным образом определяется молекулярной диффузией, то на его интенсивность существенное влияние оказывают физические характеристики жидких потоков, в частности, плотность и вязкость (рис. 4). Увеличение вязкости и уменьшение плотности жидкостей, подаваемых в трубчатый турбулентный аппарат, может привести к тому, что гомогенизация потоков будет лимитироваться малоэффективной молекулярной диффузией, т.е. mic>tur

(mezo), что часто встречается при работе с растворами полимеров [7]. Оптимизировать работу трубчатого аппарата в этом случае можно за счет увеличения линейной скорости движения потоков в соответствии с соотношениями tur ~1/V, mezo ~1/V, mic~1/V1,5, что также позволяет значительно увеличить и производительность процесса W, ибо W ~ V.

Рис. 1. Зависимость характерного времени турбулентного смешения tur от диаметра трубчатого турбулентного аппарата dк и линейной скорости движения жидких потоков Vк. =450.

Рис. 2. Зависимость характерного времени мезосмешения mezo от диаметра трубчатого турбулентного аппарата dк и линейной скорости движения жидких потоков Vк. =450.

Рис. 3. Зависимость характерного времени микросмешения mic от диаметра трубчатого турбулентного аппарата dк и линейной скорости движения жидких потоков Vк. =450, =1000 кг/м3, =1 мПа . с.

Рис. 4. Зависимость характерного времени микросмешения mic от плотности и вязкости жидких потоков. =450, dк=0,025 м, Vк=4 м/с.

Увеличение линейной скорости движения жидких потоков в трубчатом турбулентном аппарате диффузор-конфузорной конструкции обеспечивает оптимальные значения характерных времен смешения жидких потоков, коэффициента турбулентной диффузии и диссипации удельной кинетической энергии турбулентности. Верхним пределом использования трубчатых турбулентных аппаратов по динамическим характеристикам их работы в этом случае, очевидно, является перепад давления на концах аппарата в соответствии с р ~ V2 [8], а нижним пределом – Dт10-4 м2/с.

Уменьшение диаметра аппарата приводит к снижению характерных времен смешения, что является ключом к проведению быстрых процессов в оптимальных условиях, однако это приводит к снижению численных значений коэффициента турбулентной диффузии Dт (рис. 5). Именно численные значения Dт определяют нижний предел возможности использования трубчатых турбулентных аппаратов в условиях промышленного производства по геометрическим параметрам. Расчеты показывают, что при dк<0,023 м, Vк=4 м/с и =450 коэффициент диффузии принимает значение D<10-4 м2/с, что характерно для переходного режима течения жидких потоков в цилиндрических каналах [9]. Верхний предел по диаметру трубчатого турбулентного аппарата определяется нарушением соотношений х<tur и/или L>Vtur.

Перейти на страницу:
1 2 3

Среды, используемые для роста и развития корней растений в гидропонной системе
Среды, используемые для роста и развития корней растений в гидропонной системе ...

В мире насекомых. Возможности существования
Все в мире насекомых удивительно – и разнообразие видов, и гигантская численность, и образ жизни, и непостижимое по сложности и целесообразности строение организмов, и порой необъяснимое по ...

Королевские кошки
"Королевские" кошки Белоснежных кошек породы турецкая ангора часто называют королевскими - за аристократизм и независимость. И не случайно. Среди самых известных владельцев этих ...