Газ (бу) – сұйықтық, сұйықтық – сұйықтық жүйелеріндегі екі фазалы ағындардың гидродинамикасы. Барботаж

1.

№ 11 дәріс
Газ (бу) – сұйықтық, сұйықтық – сұйықтық жүйелеріндегі екі фазалы
ағындардың гидродинамикасы. Барботаж
Газдың сұйықтық арқылы қозғалысында газ сұйық ортада көпіршік түрінде
тарайды. Заттың мұндай дисперстік күйін көбік деп атайды. Мұндай көбіктер
тұрақсыз болады және заттың таралуы тоқталса, көбік те бұзылады. Тұрақты
көбіктер сұйықтыққа беттік белсенді заттарды қосқанда түзіледі.
Көбік газ мөлшерімен және газ-сұйықтық арасындағы меншікті бетпен
сипатталады. Көбіктегі газ мөлшері дегеніміз көбіктің жалпы көлеміндегі газ
фазасының көлемдік үлесі. Меншікті бет дегеніміз көбіктің бірлік көлеміндегі
газ-сұйықтық аралығындағы фазалардың әсерлесу беті.
Көбіктің аталған сипаттамаларын біле отырып, көпіршіктің орташа беттіккөлемдік диаметрін анықтауға болады. Ол үшін V м3 көлемде n көпіршік
мөлшері болсын делік, онда газ мөлшері тең болады:
(1.0)
Ал меншікті бет:
(1.1)
Екі теңдіктен де көлемді анықтап, екі мәнді теңестірсек:
(1.2)

2.

бұдан ұқсас мүшелерді қысқартсақ:
(1.3)
Көпіршік қозғалысы режимі Рейнольдс ұқсастық санының мәнімен
анықталады:
мұндағы
,
– сұйықтық тығыздығы, кг/м3 мен
(1.4)
– тұтқырлығы, Па·с.
Сұйықтықтардың қабыршақты қозғалысы
Химиялық технологияның кейбір процестерінде (абсорбция,
ректификация, буландыру және т.б.) аппараттарда сұйықтықтардың
қозғалысы жазық бет бойынша жұқа қабыршақ түрінде жүреді. Мұндай
процестердің жылдамдығы қабыршақ қозғалысының сипаттамаларына,
қабыршақтың қалыңдығына, оның жылдамдығына тәуелді болады.
Сұйықтық қозғалысына газ ағыны әсер етпейді деп есептеп, вертикаль
бет бойынша ауырлық күші әсерінен сұйықтық қабыршағының қозғалысын
қарастырайық.

3.

Қабыршақ қозғалысының гидродинамикалық режимі Рейнольдс ұқсастық
санымен анықталады:
(1.1)
мұндағы – қабыршақтың орташа жылдамдығы;
– қабыршақтың эквивалентті диаметрі.
Қабыршақтың эквивалентті диаметрі келесі формуладан анықталады:
(1.2)
мұндағы қабыршақ қимасы ауданы, ол тең ; бет периметрі; қабыршақ
қалыңдығы.
Эквивалентті диаметр мәнін (1.1)-ші теңдеуге қоятын болсақ:
(1.3)

4.

Қабыршақтың қозғалыс жылдамдығы мен оның қалыңдығын өлшеу
қиын болатындықтан, есептеулерде қабыршақтың қозғалыс режимін
анықтайтын теңдеудегі көбейтіндісін қолданады. Бұл көбейтінді келесі
өрнекпен сипатталады:
мұндағы
(1.4)
– суландырудың сызықтық массалық тығыздығы, кг/(м·с).
Бұл шама қабыршақ ағатын бет периметрінің бірлік ұзындығы арқылы
бірлік уақытта ағып өтетін сұйықтық массасын сипаттайды.
Алынған өрнекті Рейнольдс ұқсастық санының мәніне қойсақ:
(1.5)
Тәжірибе жүзінде қабыршақ қозғалысының үш негізгі режимдері
анықталған:
1) газбен тегіс бет арқылы бөлінген қабыршақтың ламинарлы
қозғалысы (Reқ < ~12);
2) фазалардың бөліну беті толқынды болып келетін қабыршақтың
ламинарлы қозғалысы (~12 < Reқ < ~1600);
3) қабыршақтың турбулентті қозғалысы (Reқ > ~1600).