Главная -> Словарь

Турбулентной структуры

В каждом сечении колонны при огибании потоками элементов насадки наблюдается неравномерность местных скоростей отдельных потоков. Кроме того, внутри сплошной фазы возможно существование потоков, обратных по направлению к движению основной массы жидкости этой фазы. Возникновение таких потоков обусловлено турбулентными пульсациями, а также тем, что некоторое количество сплошной фазы увлекается вместе с каплями диспергированной фазы. Таким образом, спектр плотности распределения скоростей для отдельных элементов потока сплошной фазы в сечении колонны будет иметь вид, показанный на рис. 3.4.

2. Турбулентная диффузия частиц, при которой они перемещаются турбулентными пульсациями сплошной среды. Турбулентная диффузия определяет макроперемещения частиц и характеризует не взаимное перемещение близкорасположенных частиц, которое может привести к их столкновению, а перенос частиц на большие, по сравнению с длиной пути перемешивания, расстояния и способствует выравниванию концентрации вещества в объеме.

Увлекаемая турбулентными пульсациями частица постоянно меняет направление движения. При этом вследствие быстрого восстановления величины равномерной скорости относительное движение частицы является квазиравномерным со скоростью

Здесь числовой множитель имеет соответствующую размерность. В табл. представлены значения этого отношения при различных значениях Q и d, характерных для сырьевых потоков при обессоли-вании нефтей в теплообменной аппаратуре и в транспортных трубопроводах. Эта таблица дает наглядное представление о соотношении абсолютных величин скоростей частиц, определяемых турбулентными пульсациями и полем силы тяжести.

Массообмен в турбулентном потоке обеспечивается турбулентными пульсациями именно того масштаба Я, который имеет тот же порядок, что и размер диспергированных частиц. Крупномасштабные пульсации увлекают частицу вместе с прилегающими к

Перенос вещества беспорядочными турбулентными пульсациями аналогичен переносу вещества при молекулярной диффузии в газе. Поэтому хаотическое перемешивание частиц в турбулентном потоке можно оценивать некоторым турбулентным коэффициентом диффузии Отурб. Для нефтяных эмульсий даже в самых неблагоприятных случаях /)турб на 3—4 порядка выше, чем коэффициент^ броуновской диффузии,

Дробление струи жидкости на отдельные капли происходит при действии различных колебаний,, аэродинамических ударов, кавитаций и других сложных явлений. Поверхность струи подвергается начальным возмущениям, обусловленным неровностями стенок сопла,, дрожанием форсунки, турбулентными пульсациями, движением воздуха, окружающего струю, и т. п.. Струя, начавшая пульсировать, при определенных условиях теряет устойчивость и распадается на капли. Условия, при которых происходит распад струй, рассмотрены в работах А. С. Лышевского, Н. Ф. Дитя-кина, В. А. Бородина и др. Установлено, что повышение давления жидкости или скорости окружающего воздуха приводит к резкому сокращению длины струи нераспавшейся жидкости, вышедшей из сопла. Распад струи жидкости наступает при колебаниях с длиной волны,, превышающей длину окружности невозмущенной струи. Однако получить расчетные уравнения для определения размеров капель на основании рассмотрения колебательных

зионный - турбулентными пульсациями. Примеси обычно полагают пас-

В турбулентном пограничном слое молекулярная диффузия не играет роли, и перенос вещества осуществляется турбулентными пульсациями. Далее, в вязком слое коэффициент турбулентной диффузии быстро уменьшается с приближением к поверхности стенки, но все же турбулентные пульсации являются еще основным механизмом переноса вещества. Только вблизи стенки, в так называемом диффузионном подслое, молекулярная диффузия преобладает над турбулентной.

Наряду с турбулентными пульсациями скорости v' имеют место такие же пульсации концентрации подмешанного к жидкости или газу вещества с'. Мгновенная концентрация с в данном месте может быть

Пульсационная скорость может быть направлена вдоль и поперек потока. Направление ее поперек потока приводит к интенсивному переносу вещества из одного слоя движущегося потока в другой в виде отдельных элементарных объемов. Перепое вещества турбулентными пульсациями называется турбулентной или молярной диффузией.

где р0,рт,рг - давления питания в центре струи и на расстоянии г от оси соответственно; d0 - начальный диаметр струи; Б - диаметр струи на расстоянии L от сопла; а - коэффициент турбулентной структуры струи; "2а- полный угол раскрытия внешних границ струи; LH - длина начального участка струи ; р0,р - силы действия струи в пределах начального участка и на расстоянии L от сопла соответственно.

Общепринятым показателем динамических свойств струи является коэффициент турбулентной структуры а, который характеризует качество подготовки и компактность струи. Для затопленных быстрорасширяющихся струй он равен 0,07-0,27. Значение коэффициента структуры должно выбираться таким, чтобы получить согласие с экспериментальными данными. Коэффициент структуры нельзя измерить непосредственно. Он может быть рассчитан из формулы скорости затопленной струи

С учетом очевидного соотношения U0/um = 0'5 и уравнения получим формулу для определения коэффициента турбулентной структуры струи гидравлической резки кокса

Уравнения - позволяют определить "истинный" коэффициент турбулентной структуры в зависимости от параметров потока в твердых границах и струи . По ним оценивают качество

свободной струи по сравнению с затопленной, поскольку исходная форма представления коэффициента структуры одинаковая. Расчеты показывают, что коэффициент турбулентной структуры струи для гидравлической резки на один-два порядка меньше, чем для затопленных.

По приведенным уравнениям решается также задача определения "предельных" параметров потока и струи по известному коэффициенту структуры. На начальном участке струи коэффициент структуры постоянен, а с удалением от сопла он постепенно снижается. Установка перед соплом стабилизатора потока, использование других приемов подготовки потока могут существенно изменить число Р-'ейнольдса и коэффициент турбулентной структуры.

Вся совокупность факторов, воздействующих на формирование затопленной свободной струи, согласно теории, разработанной Г. Н. Абрамовичем, численно выражается безразмерным коэффициентом турбулентной структуры а — основной характеристикой такой струи 1.

Складывалось устойчивое представление о невозможности аналитического определения коэффициента турбулентной структуры для заданных условий формирования струи; единственным способом его нахождения, казалось, оставался эксперимент. И. А. Шепелев показал возможность построения методики расчета затопленных струй, свободной от эмпирических коэффициентов. Пользуясь упрощенными представлениями о закономерностях формирования изотермических свободных струй, И. А. Шепелев сделал вывод, что все разнообразие их структуры может быть полностью охарактеризовано так называемыми «кинематическими характеристиками», относящимися к выходным сечениям насадков.

По теории свободной струи Г. Н. Абрамовича коэффициент турбулентной структуры осесимметричной струи выражается следующим образом:

Нетрудно показать, что отвечающие полученным выше значениям б и ит коэффициенты турбулентной структуры при тех же

Экспериментальные данные о величинах коэффициентов турбулентной структуры струй за осевым вентилятором, дифференцированных по характеру выходных эпюр скоростей и полученных с помощью замеров ит при больших значениях х, не опубликованы. Степень сходимости теоретической и истинной турбулентности таких струй может быть оценена лишь последующими экспериментами.