Теоретическое рассмотрение движения газожидкостной смеси в вертикальных трубах КСИА

Глава 3. Теоретическое рассмотрение движения газожидкостной смеси в вертикальных трубах КСИА.

КСИА. проточного типа предполагает отсутствие рециркуляции фаз в трубах аппарата. Установка дополнительного сопла в верхней камере над сливной трубой приводит к существенному изменению гидродинамической обстановки в трубах аппарата, связанному с перераспределением подводимой энергии к газожидкостному потоку.

Покажем схематично, ситуацию, которая возникает в верхней газовой емкости (рис.6.) и рассмотрим потоки газовой фазы, которые поступают и отводятся из нее и которые определяют, в конечном итоге, давление газа в этих камерах (камеры 1 и 2).

Рис. 6. Схема потоков газовой фазы в КСИА проточного типа с дополнительным соплом над сливной трубой.

Выполним на данном этапе качественное описание движения потоков газовой фазы показанных на рис. 6. считая, что массообмен между фазами отсутствует. Газовый поток Q_Г1 отступает в основную газовую емкость 1 вследствие разницы давлений Р_о и Р1. Абсолютное давление Р1 меньше давления  Р_о, так как струя жидкости,    вытекающая из основного сопла, уносит окружающий ее газ в образуемый ею нисходящий газожидкостный поток в опускной трубе. Унесенный струей газ движется в виде пузырей в газожидкостном потоке и поступает в дополнительную газовую емкость подъемную трубу. Допуская, что давление Р₁ и Р₂ не отличаются значительно, можно предположить, что объемный расход газовой фазы Q_Г1поступивший в опускную трубу будет равен вышедшему из подъемной. Далее, газожидкостной поток поступает в сливную трубу, при этом возможно часть пузырей выделяются в газовую среду, образуя поток Q’_Г1, а часть в виде пузырей вновь уносятся в сливную трубу, поток Q"_Г1. Струя жидкости, вытекающая из дополнительного сопла, инжектирует в сливную трубу окружающий ее газ с расходом Q'_Г2. Таким образом, можно предположить, что отвод газовой фазы по сливной   трубе   будет   более   интенсивным   и   более   эффективным,   т.к. унесенный совместным действием струи и потоком, газ не будет иметь возможности возвратиться назад в газовую емкость 2.

В результате этого по сливной трубе будет двигаться газожидкостной поток с условным расходом газа  Q_Г3, распределенным в потоке в виде пузырей.

Чтобы оценить гидродинамическую обстановку в аппарате попробуем определить гидродинамические сопротивления жидкостного потока. Для этого воспользуемся схемой приведённой на рис. 7.

Рассмотрим давления в точках А и В. Давление в точке А будет складываться:

                   (17)  

Давление в точке В:

                                                    (18)

При переходе газожидкостного потока от точки А к точке В, часть потенциальной энергии давления теряется на величину ΔР_АВ, тогда баланс давлений можно представить в виде

                                                                                        (19)

В уравнении (17) под β_г понимается расходное газосодержание жидкостной струи [20], которое определяется по уравнению:

                                                                           (20)

Потери энергии, связанные с преодолением сил трения жидкости о стенки канала и изменением скорости движения жидкости при изменении живого сечения потока и его направления ΔР_Н будут складываться из

                                                                  (21)

где ΔР_Р - потери энергии, связанные с расширением газожидкостного потока от d_сдо d_тр;

ΔРдл.н - потери энергии по длине, связанные с трением жидкости от стенки трубы;

ΔРар.н.   ~  потери  энергии,   связанные  с  преодолением  архимедовых  сил, обусловленных   разностью   плотностей   газовой   и   жидкостной   фаз   и направленных против движения жидкости.

Потери энергии по длине ΔР_ДЛН можно определить следующим образом

                                                            (22)

где λ_н - коэффициент трения вычисляется по уравнениям, полученным при движении жидкости в зависимости от Rе и шероховатости стенок канала [21];