Главная -> Словарь

Свободной турбулентной

Поскольку поверхность жидкости сокращается самопроизвольно, существует свободная энергия поверхности, которую необходимо затратить при ее расширении. Эта свободная энергия имеет первостепенное значение для решения задач, относящихся к равновесию поверхностей. Для удобства математических расчетов введено искусственное понятие гипотетического поверхностного натяжения, действующего вдоль поверхности и численно равного свободной поверхностной энергии.

При образовании эмульсии увеличивается поверхность дисперсной фазы, поэтому для осуществления процесса эмульгирования должна быть затрачена определенная работа, которая концентрируется на поверхности раздела фаз в виде свободной поверхностной энергии. Энергия, затраченная на образование единицы межфазной поверхности, называется поверхностным натяжением. Глобулы дисперсной фазы имеют сферическую форму, так как такая форма имеет наименьшую поверхность и наименьшую свободную энергию для данного объема.

Первой стадией диспергирования является растягивание капли жидкости в цилиндрик, что сопровождается увеличением поверхности дисперсной фазы и происходит с затратой работы для преодоления молекулярных сил поверхностного натяжения. Вытянутая капля становится неустойчивой и распадается на мелкие частицы, приобретающие сферическую форму. Этот распад является второй стадией процесса, сопровождается уменьшением поверхности и свободной поверхностной энергии. Образующиеся при перемешивании цилиндрики жидкости начинают распадаться на капельки только тогда, когда их длина становится больше длины окружности сечения. В третьей стадии происходят одновременно процессы коалесценции при столкновении капель и диспергирования образовавшихся капель. Однако чем меньше становятся капельки, тем труднее происходит их вытягивание. Под действием увеличивающегося капиллярного давления более мелкие капли делаются все более жесткими, сопротивляющимися изменению формы. Установлено, что диспергирование происходит не только при растяжении капель, но и даже при небольшом сжатии.

Можно ожидать, что силы притяжения при отрицательной сольватации будут действовать на таких же расстояниях, как и силы положительного расклинивающего давления при положительной сольватации, так как природа их одинакова. Наличие свободной поверхностной энергии должно определять устойчивость не только как термодинамический фактор, обуславливающий принципиальную неустойчивость лиофобных коллоидных систем, но и как активная движущая сила процесса сближения частиц.

Рассмотрим поведение пузырька и ассоциата, исходя из формулы, приведенной на стр. 85. Под влиянием степени искривления поверхности ядра ССЕ будет изменяться поведение системы . Разность давлений, на искривленной поверхности и равновесным давлением на плоской поверхности, определяется формулой Лапласа Ap=2a/r. Равновесное давление насыщенного пара устанавливается в системе при равенстве химических потенциалов между фазами, разделенными плоской поверхностью, при температуре их насыщения. Если поверхность кривизны вогнутая, то г считается отрицательным. Капиллярное давление при таком искривлении также имеет отрицательный знак и тогда давление, действующее на пузырек, с учетом равновесного давления будет выражаться формулой р\—р = Др, т. е. пузырек будет стремиться к увеличению своих размеров до тех пор, пока не исчезает Др. Величина критического размера определяется по формуле Томсона — Кельвина. Данные, характеризующие зависимость отношения давления насыщенного пара на выпуклой поверхности к давлению насыщенного пара на плоской поверхности для капель воды различных размеров, приведены ниже:

свободной поверхностной энергии может проявляться двумя путями: преимущественно понижением поверхностного натяжения в результате перехода поверхностно-активных веществ из среды на поверхность ядра ССЕ и снижением поверхности в результате коалесценции ядер ССЕ.

Для того чтобы увеличить плсщадь поверхности, необходимо переместить молекулы из объема жидкости на ее поверхность против обратно направленных сил притяжения. Работа, необходимая для увеличения поверхности на 1 см2, равна свободной поверхностной энергии. Она измеряется в эрг/см2 и численно равна поверхностному натяжению, которое определяется как сила, действующая касательно к поверхности и нормально к участку длиной 1 см и стремящаяся сократить свободную поверхность . Поверхностное натяжение зависит от температуры, снижаясь по мере ее увеличения.

Определение величины свободной поверхностной энергии или поверхностного натяжения имеет значение при изучении адгезии.

-и 180 ; следовательно, полное смачивание достигается при 0 = 0 и оно полностью отсутствует при 0 = 180°. Так, когда жидкость соприкасается с твердой поверхностью, свободная поверхностная энергия .снижается с ys до ySL. Это снижение свободной поверхностной энергии может быть написано следующим образом:

Сравнивая это уравнение с уравнением , можно заметить, что энергия погружения равна снижению свободной поверхностной энергии, когда жидкость смачивает твердую поверхность. Энергия погружения названа Бартелем адгезионным натяжением, так как она явно связана с адгезией. -

Катионы расположены в порядке их возрастающей поляризуемости. Так как обменная реакция между глиной и солями металлов обратима, результаты могут рассматриваться только как качественные. Тем не менее они указывают на то, что с ростом поляризуемости адсорбированного катиона начальный контактный угол возрастает и что па глине, обработанной солями свинца и ртути, он приближается к контактому углу для поверхности, обработанной лауриламином..Это можно объяснить снижением свободной поверхностной энергии твердого тела в результате поляризации ионов и поверхность становится более нейтральной.

где А/ и v — характерное расстояние, которое проходит частица под действием этих пульсаций, и ее скорость. Если основное влияние на перемещение частицы оказывают крупномасштабные пульсации, которыми она захватывается, то инерционными членами в уравнении ее движения можно пренебречь, и в результате получим, что коэффициент диффузии для нее будет равен коэффициенту диффузии воздействующих на нее вихрей . Это так называемый случай свободной турбулентной диффузии, который реализуется в процессах перемешивания диспергированного вещества в турбулентном потоке. Отождествляя А/ с размером пульсации масштаба К, a v с ее скоростью и учитывая соотношения и , из получим

В несколько упрощенном виде характер постепенной перестройки профиля скоростей по длине свободной турбулентной струи показан на рис. 1-2. В такой струе движущиеся вихревые массы, непрерывно перемещаясь из граничных областей струи в окружающую среду и обратно, создают турбулентный обмен импульсами между струей и неподвижной жидкостью. По мере удаления от выходного сопла масса струи растет, ширина ее увеличивается, скорость убывает. Ядро постоянных скоростей быстро сужается, тогда как окружающий ядро турбулентный пограничный слой, где скорости монотонно падают до нуля, непрерывно расширяется. На расстоянии /нач от среза сопла пограничный слой распространяется на все сечение струи, т. е. начинается падение скорости в центре струи. Внешние границы свободной струи имеют постоянный и весьма ограниченный центральный угол раскрытия. При обычной начальной турбулентности величина этого угла составляет от 15 до 22°.

Рис. 1-2. Схема свободной турбулентной струи в спутном потоке.

Турбулентная диффузия имеет исключительно большое значение в процессах горения и газификации, особенно в явлениях смесеобразования и газообмена. В связи с этим рассмотрим механизм и структуру смесеобразования в свободной турбулентной струе, с которой приходится иметь дело при сжигании газообразного, жидкого и пылевидного твердого топлива.

Аэродинамические особенности свободной турбулентной струн

В промышленных топливосжигающих устройствах истечение струи обычно происходит в условиях развитого турбулентного движения. Поэтому, не останавливаясь на вопросе о ламинарной струе, перейдем к рассмотрению общих свойств свободной турбулентной струи при изотермическом движении.

Формула в сочетании с формулой позволяет определить скорость в любой точке свободной турбулентной круглой струи.

Из уравнения следует, что на основном участке подмешивание окружающей среды происходит по закону прямой, т. е. расход смеси через поперечные сечения свободной турбулентной струи пропорционален

Распределение концентраций в свободной и турбулентной струе

участка свободной турбулентной струи круглого

Уравнения и позволяют рассчитать концентрацию газа в любой точке свободной турбулентной струи. На рис. 22 показано распределение концентраций, рассчитанное на основе этих уравнений. В частности, можно рассчитать положение поверхности, для которой характерен коэффициент избытка воздуха а = 1. Как будет показано ниже, эта поверхность является поверхностью устойчивого положения фронта пламени. Таким образом, знание закономерностей процесса смешения в свободной турбулентной струе позволяет теоретически подойти к расчету разме^ ров факела.