Предмет механики жидкости и газа. Параметры потока. Методы задания движения. Деформационное и вращательное движение жидкости, страница 17

Микробиологическая отрасль. В производстве хлебопекарных дрожжей, лимонной кислоты и некоторых других пищевых продуктов основным процессом является аэробное культивирование микроорганизмов Для обеспечения клеток кислородом через культуральную среду барботируется воздух в количестве до 100 м³/ч на 1 м³ среды. Процесс ведется при условиях, обеспечивающих максимальную скорость растворения кислорода в культуральной жидкости.

Приведенный краткий перечень процессов, которые протекают при непосредственном контакте газа (пара) и жидкости убедительно доказывают необходимость изучения законов переноса импульса, теплоты и массы в газожидкостных потоках Из всего многообразия этих задач в данной главе будет рассмотрена задача определения потерь энергии на транспортировку газожидкостных смесей по трубам в каналам. В связи с тем, что в этом случае движение происходит при постоянном взаимодействии двух фаз, имеются отличия от задачи нахождения потерь напора при движения однофазных потоков.

7.2. Общие понятия и определения

Под многофазными понимаются системы, внутри которых имеются поверхности раздела фаз, изменяющиеся во времени и пространстве. Частный случай многофазных систем – газо(паро)-жидкостные потоки. В дальнейшем, для краткости, слово "пар" опускается, так как в большинстве случаев движение газожидкостных и парожидкостных потоков подчиняется одним в тем же законам, и для них используются одни и те же определения я понятия.

Дисперсная и сплошная фазы. Дисперсной считается фаза, которая распределена в сплошной в виде отдельных объемов (пузырьков, капель). Например, при барботаже газа в жидкость в виде пузырьков дисперсной фазой является газ. Если жидкость в виде капель движется v газовой среде, то последняя считается сплошной фазой.

В практике встречаются случаи раздельного движения фаз. Примером может служить отекание жидкости по поверхности в виде пленки, относительно которой, движется газ.

Приведенные скорости фаз есть отношение их объемных расходов к площади сечения потока

.                                                                                                      (7.1)

Величина

,                                              (7.2)

где  – приведенная скорость смеси, называемая объемным расходным газосодеpжанием.

Истинная скорость фазы есть отношение объемного расхода данной фазы к площади сечения, занятой этой фазой,

.                                            (7.3)

Объемные истинные доли фаз. Истинной объемной долей фазы называется отношение площади сечения, занятой данной фазой, к площади сечения всего потока. Доля газа (газосодержание) и доля жидкости соответственно равны

.

Так как , то .

Из равенства (7.3)

.                                     (7.4)

В дальнейшем, для простоты изложения, мы будем оперировать только понятием "газосодержание". Если  постоянно по всему объему аппарата, то выражение (7.4) можно заменить отношением объема, занятого газом, к объему смеси

.                                              (7.5)

Истинное объемное газосодержание является основным гидродинамическим параметром газожидкостных потоков.

При изучении парожидкостных потоков иногда пользуются величиной расходного массового паpосодеpжания , определяемого как отношение массового расхода пара к полному  расходу смеси,

,                                      (7.6)

где  и  – плотности газа и жидкости.

В общем случае истинные скорости фаз не равны, т. е. фазы движутся относительно друг друга с некоторой относительной скоростью  или

.                                                  (7.7)

Значения  и  зависят от расположения аппарата (горизонтальное или вертикальное) и  направления движения. При восходящем  течении смеси газ будет опережать жидкую фазу, так как подъемная сила, действующая на пузыри и обусловленная разностью , будет совпадать с направлением движения газожидкостного потока. При нисходящем движении подъемная сила направлена в сторону, обратную движению потока. В силу этих причин истинное газосодержание в нисходящем потоке  больше, чем в восходящем, что соответствующим образом сказывается на величине . В случае, если , имеет место .