Горизонтальные участки при пневмотранспорте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Взаимопроникающие структурные среды

Структурными средами называют такие среды, в которых образующиеся из движущихся фаз структуры по размерам соизмеримы с размерами ограничивающего среду пространства. Подобные структуры возникают вследствие неустойчивости однородного (континуального) взаимопроникающего течения фаз.

Рис. Режимы транспортирования зернистого материала в горизонтальной трубе: а) движение частиц с низкой концентрацией (практически одиночные частицы); б) движение основной массы материала в виде слоя; в) движение материала в виде гребней

Потери давления в горизонтальных и наклонных участках

Для горизонтальных труб и порошкообразных материалов с _э 150 мкм:

,

где

; .

Для горизонтальных труб и зернистых материалов с 0 _э 40 мм:

,

где отношение скоростей газа и материала:

.

коэффициент сопротивления при обтекании частиц:

коэффициент формы частиц

Структуры и режимы течения газо-жидкостных потоков

Режимы и структуры газожидкостных потоков определяются условиями образования газовых либо жидкостных частиц. Если условия предпочтительны для образования пузырьков, то в структуре двухфазного потока преобладает пузырьковый режим движения. Если условия предпочтительны для образования капель, то формируется капельно-пленочный режим. На рисунке приведены типичные структуры вертикальных восходящих потоков.

Пузырьковое течение (а) характеризуется тем, что газовая фаза в виде отдельных пузырьков распределена в потоке жидкости. Обладая различной скоростью, пузырьки сталкиваются и сливаются. Вследствие этого наблюдается тенденция их роста. В результате размер пузырей возрастает настолько, что поперечное сечение одного или нескольких пузырьков приближается к поперечному сечению канала. Таким образом, пузырьковый режим постепенно переходит в снарядный (б) независимо от начального размера пузырьков.

Принято считать, что подобные пузырьковые режимы неустойчивы. Однако если слиянию пузырей препятствуют поверхностно-активные вещества, блокирующие поверхность раздела фаз, то подобный пузырьковый режим может существовать при высоких газосодержаниях вплоть до образования пены. Устойчивый пузырьковый режим может существовать и для чистых жидкостей. Как известно, основной механизм образования газовых пузырей -- дробление их турбулентными пульсациями. Следовательно, мощность, вводимая в единицу массы потока, должна превышать некоторое пороговое значение. При движении двухфазного потока в канале основную долю диссипируемой мощности составляет трение жидкости о его стенки. Таким образом, в рассматриваемом случае пузырьковую структуру течения газо-жидкостного потока в первую очередь будет определять кинетическая энергия жидкости.

При увеличении скоростей жидкости и газа, характерных для снарядного течения, газо-жидкостный поток приобретает динамическую хаотическую структуру, заполняющую весь объем трубы. Такой режим принято называть вспененным (в).

При капельно-пленочном режиме течения (г) жидкость движется вдоль стенок канала в виде пленки, а газ -- вместе с каплями в ядре потока. Подобная структура может формироваться только при скорости газа, достаточной, чтобы нести оторвавшиеся от пленки капли. Если при этой скорости увеличить расход жидкости, капли сливаются и образуют в ядре потока структуры в виде отдельных клочков или жгутов. Такой режим называют клочкообразно-пленочным (д). Границей существования этих режимов (например для систем вода--воздух) является скорость газа v₂ ? 10 м/с.

В инженерной практике существуют два подхода квазигомогенный и двухфазный. пневмотранспортирование инженерный труба

Квазигомогенная модель. Наиболее простой метод для исследования газо-жидкостного потока заключается в том, что смесь компонентов считается гомогенной средой, в которой скорости фаз равны, а плотность , скорость v и газосодержание ₂ гомогенной среды определяются зависимостями:

(1)

Уравнение сохранения массы примет вид

(2)

Уравнение сохранения импульса силы

, (3)

где -- угол между направлением потока и горизонталью (против часовой стрелки); П -- периметр канала; _ст -- касательные напряжения на стенке канала.

Вязкость двухфазного потока рассчитывается по уравнению

.

Двухфазная модель строится по аналогии с моделью двухскоростного континуума Уравнения сохранения массы без учета массообмена между фазами (например, без учета испарения или конденсации) принимают вид

(4)

Уравнения движения фаз с учетом того, что периметр канала всегда смочен жидкостью, записываются как

, (5)

, (6)

где для вертикальных потоков

(7)

По рекомендациям использование уравнений 7) приемлемо для расчетов пузырьковых, вспененных и снарядных газо-жидкостных структур.

Газосодержание вертикальных газо-жидкостных потоков

Для всех газо-жидкостных структур, за исключением капельно-пленочных, когда размер газовых включений соизмерим с диаметром канала, средняя по сечению канала разность скоростей u_ОТ=v₂-v₁ определяется не только скоростью всплытия пузырей, но и полем скоростей жидкости в поперечном сечении, групповым характером всплытия. Если обозначить эту разность u_ОТ, то

(8)

где и -- средние расходные скорости жидкости и газа:

В инженерной практике для расчета газосодержания при восходящем прямоточном течении применяется расчетное уравнение в виде:

(9)

Уравнение (9) обобщает по форме большинство эмпирических расчетных уравнений, имеющихся в литературе. Так, если с ? 1,2, а k ? 0, то имеем аппроксимацию Арманда

, (10)

которая получена при исследовании движения водо-воздушных смесей в горизонтальных трубах.

Капельно-пленочное и клочкообразно-пленочное течения имеют четко выраженную геометрическую структуру. Часть жидкости течет в виде пленки по стенкам канала, а газ с каплями и жгутами движется внутри канала, стенками которого является жидкостная пленка. В этом случае уравнения движения для восходящего течения газа, записанные относительно градиента давления для каждой фазы, примут вид (координатная ось направлена вверх):

, (11)

, (12)

где v_п -- средняя скорость течения пленки.

Касательные напряжения на поверхности раздела фаз записываются в виде [50]

. (13)

В уравнении (13) знак «?» соответствует противотоку, а знак «-» -- прямотоку.

Волнообразование на поверхности пленки, обтекаемой газом, приводит к возникновению шероховатости стенок канала. В результате орошаемый канал становится гидравлически шероховатым. Выражение для _г:

(14)

Плотность газа с каплями определяется уравнениями, выраженными через объемные расходы:

(15)

где Q_п -- объемный расход жидкости в пленке.

Для пленки касательные напряжения на стенке трубы определяются зависимостью

, (16)

где коэффициент гидравлического сопротивления при пленочном течении определяется из уравнения

(17)

Зависимость расходной доли жидкости в каплях от комплекса

Приближенно:

Размещено на Allbest.ru