Cтраница 2
При небольших скоростях потока газа течение пленки является лашнарным, с гладкой поверхностью раздела. При увеличении толщины пленки поверхность ее покрывается волнами, однако течение пленки продолжает оставаться ламинарным. При дальнейшем повышении нагрузок по жидкости характер волн меняется, становясь все более и более нерегулярным, а при достижении Яеол 1000 1200 течение пленки становится турбулентным. [16]
Для эмульсионных течений присоединенная масса капли мала, и ею можно пренебречь, а в случае гладких поверхностей раздела для расслоенных, кольцевых и стержневых течений эффекты присоединенных масс вообще отсутствуют. [17]
Спектральные плотности продольной и и поперечной v co - - ставляющих скорости в двухфазном разделенном потоке приведены на рис. 2.33. При гладкой поверхности раздела спектры и и v в качественном и количественном отношении ведут себя, как в однофазном потоке. [18]
Плоское течение ( плоский или ровный поток), при котором жидкость движется по дну трубы, а газ - по гладкой поверхности раздела фаз, наблюдается при поверхностных скоростях жидкости 0 15 м / сек и газа 0 6 - 3 м / сек. [19]
Как показали исследования [8, 10], при воздействии сил поверхностного натяжения волновое течение при определенных расходах жидкости более устойчиво, чем ламинарное с гладкой поверхностью раздела фаз. При малых расходах жидкости, наоборот, более устойчивым является течение с гладкой поверхностью, а возникающие при наличии возмущений волны быстро затухают. [20]
Рассмотрим спутное кольцевое течение газожидкостной смеси в вертикальной трубе с равномерным расходом жидкости по периферии, одинаковой по длине трубы толщиной пленки и гладкой поверхностью раздела. [21]
Результаты исследований показали, что при турбулентно-турбулентном течении керосина и воды в горизонтальных и наклонных трубах диаметром 50 4 мм можно выделить следующие формы течения: четочное; раздельное с гладкой поверхностью раздела; раздельное с эмульсионной границей раздела; раздельное течение легкой фазы с эмульсией; раздельное течение тяжелой фазы с эмульсией; эмульсионное. [22]
Таким образом, подтверждается развитое на основе анализа истинного газосодержания предположение о том, что в своем развитии кольцевой поток претерпевает два состояния: в одном из них, е волнами на поверхности, определяющая роль принадлежит инерционным эффектам, описываемым критерием Фруда, а в другом, с гладкой поверхностью раздела, определяющую роль играют вязкие силы, описываемые числом Рейнольдса. [23]
При определенных условиях, например при движении газожидкостной смеси по вертикальным трубам, легкая фаза - газ может быть распределен в жидкости в виде мелких пузырьков или отдельных газовых скоплений, которые могут занимать все сечение потока, вытесняя, подобно поршню, жидкость, и, наконец, газ может двигаться в виде газового ядра внутри жидкостного кольца правильной формы с волнистой или гладкой поверхностью раздела. [24]
В целом результаты сопоставления расчетных и опытных данных потерь напора на трение свидетельствуют о правомерности представления касательных напряжений, возникающих на поверхностях трубы, смоченных газом и жидкостью, через коэффициенты гидравлического сопротивления и динамические напоры обеих фаз. Причем для расслоенной структуры течения смеси с гладкой поверхностью раздела коэффициенты гидравлического сопротивления обеих фаз могут быть представлены в функции числа Рейнольдса, выраженного через гидравлический диаметр соответствующей фазы и относительной шероховатости. [25]
Жидкость, имеющая меньшую плотность, при малых содержаниях всплывает под. В турбулентно-турбулентном потоке керосина и воды при больших содержаниях керосина интенсивное волнообразование на границе раздела сопровождается каплеобразованием, так что четочная форма течения переходит в раздельное течение с эмульсионной границей раздела ( см. рис. 15, зона 3), а раздельное течение с гладкой поверхностью раздела отсутствует. Дальнейшее эмульгирование жидкостей в восходящей трубе с ростом критерия Кутателадзе протекает в том же порядке, что и в горизонтальной трубе, как для ламинарно-турбулентного, так и для турбулентно-турбулентного режимов движения. [26]
Можно считать, что ступени на поверхности дендритов невелики ( больше переохлаждение - меньше высота ступени), а расстояния между ними близки значению высоты ступени. Это приводит KI образованию округлой, макроскопически гладкой поверхности раздела. [27]
Увеличение скорости движения приводит к появлению на поверхности раздела волн, вызываемых межфазной турбулентностью и относительным движением фаз. При / С 3 для рК ( м) 0 5 деформация поверхности раздела достигает такой величины, что лроисходит образование капель. Важно отметить, что область существования раздельного течения с гладкой поверхностью раздела в координатах / С - ркм) для различных систем, состоящих из двух взаимно нерастворимых жидкостей, как в ламинарно-турбу-лентном, так и в турбулентно-турбулентном течениях ограничена практически одной и той же кривой. К - рК ( м граница перехода от раздельного течения с гладкой поверхностью раздела к раздельному течению с эмульсионной поверхностью раздела практически не сдвигается. Это указывает на обобщающее значение критерия Кута-теладзе. Одновременно образуются капли двух видов: масла ( керосина) и воды. Характерно, что размер капель воды меньше, чем размер ка-лель масла. При этом капли воды перемещаются в основном вблизи центра границы раздела, совершая синусоидальные движения в горизонтальной плоскости. Капли масла движутся ближе к стенкам трубы. Наряду с одиночными каплями масла и воды образуются и так называемые множественные эмульсии, когда в каплях масла содержится одна или несколько капель воды, в которых, в свою очередь, могут находиться капли масла с включенными в них мельчайшими каплями воды. С ростом скорости размер образующихся капель уменьшается, но их число быстро возрастает. Таким образом, раздельное течение с четкой границей раздела переходит в раздельное течение е эмульсионной границей раздела. Эмульсионный слой в этой форме течения представляет собой эмульсию с плотной упаковкой капель. [28]
Как уже было сказано выше, вследствие существования зоны переохлажденного расплава у поверхности раздела макроскопически плоская поверхность раздела становится нестабильной относительно поверхности раздела, имеющей ячеистую структуру. В результате случайно возникающие изменения формы поверхности раздела теперь не исчезают, а развиваются. Условие оптимизации, выраженное уравнением ( 24), будет приводить к превращению гладкой поверхности раздела в ячеистую, если при выполнении всех граничных условий выступающие части ( головки) ячеек могут продвигаться в расплав дальше, чем гладкая поверхность раздела. Это означает, что в случае чистого материала при положительном температурном градиенте G никакие стабильные изменения формы поверхности раздела невозможны. Действительно, если на поверхности раздела образуется искажение, выступ, его равновесная температура плавления понижается вследствие эффекта Гиббса - Томсона, выступ будет рассасываться и поверхность останется плоской. Однако в расплаве, содержащем примеси, появление выступа на поверхности раздела вызывает, кроме того, боковую диффузию примесей, вследствие чего концентрация примеси вблизи выступа уменьшается, а равновесная температура плавления соответственно возрастает. Если общий эффект изменения Tt и A / f таков, что кончики ячеек-могут продвигаться быстрее плоской поверхности раздела, в отношении образовавшейся ячеистой структуры поверхности раздела будет выполняться уравнение ( 24), и при наличии концентрационного переохлаждения эта структура станет стабильной. [29]
Как уже было сказано выше, вследствие существования зоны переохлажденного расплава у поверхности раздела макроскопически плоская поверхность раздела становится нестабильной относительно поверхности раздела, имеющей ячеистую структуру. В результате случайно возникающие изменения формы поверхности раздела теперь не исчезают, а развиваются. Условие оптимизации, выраженное уравнением ( 24), будет приводить к превращению гладкой поверхности раздела в ячеистую, если при выполнении всех граничных условий выступающие части ( головки) ячеек могут продвигаться в расплав дальше, чем гладкая поверхность раздела. Это означает, что в случае чистого материала при положительном температурном градиенте G никакие стабильные изменения формы поверхности раздела невозможны. Действительно, если на поверхности раздела образуется искажение, выступ, его равновесная температура плавления понижается вследствие эффекта Гиббса - Томсона, выступ будет рассасываться и поверхность останется плоской. Однако в расплаве, содержащем примеси, появление выступа на поверхности раздела вызывает, кроме того, боковую диффузию примесей, вследствие чего концентрация примеси вблизи выступа уменьшается, а равновесная температура плавления соответственно возрастает. Если общий эффект изменения Tt и A / f таков, что кончики ячеек-могут продвигаться быстрее плоской поверхности раздела, в отношении образовавшейся ячеистой структуры поверхности раздела будет выполняться уравнение ( 24), и при наличии концентрационного переохлаждения эта структура станет стабильной. [30]