ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Результаты экспериментального исследования массообмена в плоских каналах с селективно-проницаемыми стенками из "Мембранное разделение газов" Экспериментально исследованы и обобщены [38—43] локальные характеристики массообмена в напорном канале плоскокамерного мембранного модуля. [c.139] Исходной информацией при расчете поля концентраций является двумерное распределение фазового сдвига х,у) с учетом поправок, вызванных криволинейностью траектории луча в пограничном слое [44]. [c.139] Погрешность в определении координаты центра полосы при использовании микрофотометра равна 0,1 Ь (где Ь — ширина полосы на. интер-ферограмме). Это соответствует порогу чувствительности 5-10 мол. доли при Р = = 1,6 МПа. Ошибка в определении локального числа Шервуда лежнт в пределах 3— 6% [43]. [c.140] Опыты Проведены на модельной смеси СО2—N2 в изотермических условиях (7 = 300 К) при давлении до 2,1 МПа и охватывают область ламинарного и отчасти переходного режимов течения (Re = 500—3300). Идеальный фактор разделения мембраны a° o2N2 = 5,5, проницаемость по азоту Л-бпГ = = 5,67-10- м7м=-с-МПа. [c.141] Исследования были выполнены при одностороннем и двухстороннем отсосе для параболического и плоского профилей скорости во входном сечении зоны селективного отсоса. Опыты в канале с верхней проницаемой стенкой соответствовали условию концентрационной устойчивости напротив, при одностороннем отсосе на нижней проницаемой стенке в определенных условиях возникает свободная конвекция, и течение в канале приобретает сложный смешанно-конвективный характер. На рис. 4.11 показаны основные варианты проведения опытов. [c.141] Рассмотрим некоторые особенности развития диффузионного пограничного слоя. При отсосе через верхнюю пластину распределение плотности в сечении канала не может формировать неустойчивые структуры в гравитационном поле мембрана более проницаема для СО2. В этом случае развитие диффузионного пограничного слоя происходит устойчиво — высота слоя и градиенты концентрации на стенке растут по длине канала. С увеличением скорости движения пограничный слой сжимается, градиенты концентрации на стенке растут. Повышение давления в напорном канале интенсифицирует отсос, определяемый числом Пекле Реи = УяЯ/ ) при этом также растут градиенты концентрации (см. рис.-4715). [c.142] Как видно из рис. 4.16, с -2 увеличением интенсивности отсоса возрастает число массообмена Sh, причем это влия- ние тем сильнее, чем менее развит диффузионный пограничный слой [ср. с результатами численного решения уравнения (4.51) на рис. 4.7]. [c.143] В качестве базового процесса для расчета Sho принят массообмен в плоском канале с непроницаемыми стенками при ламинарном течении в отсутствие свободной конвекции. [c.143] Свободная конвекция, наложенная на вынужденное движение в канале, формирует в условиях отсоса сложное смешанноконвективное движение, которое деформирует диффузионный пограничный слой и существенно меняет локальные характеристики массообмена. Интерферограммы и распределения безразмерной концентрации показаны на рис. 4.17 и 4.18. На начальном участке, до потери концентрационной устойчивости (Яа Кас), развитие диффузионного пограничного слоя идентично процессу с устойчивым распределением плотности. При Ка = Кас появляются конвекция и деформация профиля скорости. Далее течение принимает форму вихревых шнуров, что приводит к сильным пульсациям толщины диффузионного пограничного слоя, причем амплитуда пульсаций имеет определенную периодичность, достигая максимального значения в зоне формирования потенциала неустойчивости. [c.145] Опытные данные по массообмену при одностороннем селективном отсосе в условиях концентрационной неустойчивости представлены на рис. 4.19. Для сравнения на рис. 4.20 показано отношение чисел Шервуда для процессов с устойчивым и неустойчивым распределением плотности. Видно, что оба процесса имеют одинаковый характер до Ra = Ra затем происходит сильная интенсификация массообмена. Разброс опытных значений Sh в области смешанно-конвективного течения велик среднестатистические значения Sh, показанные сплошными линиями, послужили основой для обобщения в форме Ч д = = Ч (Rev, Gz, Ra ). [c.146] Обнаруженная закономерность распределения концентрации в канале с двусторонним отсосом соответствующим образом сказалась на числах массообмена. На рис. 4,22 показано отношение локальных значений числа Шервуда для нижней (Sha) и верхней (Sh ) стенок как функция Gz — четко фиксируется максимум значения Sha/Sh в начальной области концентрационной неустойчивости, далее за счет истощения смеси и конвективного перемешивания асимметрия массообменных процессов на пластинах ослабляется, С ростом интенсивности отсоса (Pei ) и вызванным этим увеличением потенциала концентрационной неустойчивости (см. уравнение 4.67) наблюдается усиление асимметрии процессов массообмена — на рис. 4.22 большим критическим значением чисел Релея Rae при том же значении чисел Рейнольдса соответствуют более высокие значения отношения Sha/Shf . [c.147] Уравнения (4.68) и (4.69) используют соответственно при параболическом и плоском профиле скорости во входном сечении. [c.148] Интенсификация массообмена за счет наложения свободной конвекции по сравнению с вынужденным движением показана на рис. 4.23. Видно, что ускорение процесса весьма значительно и сильно различается на верхней и нижней стенках канала. [c.149] При переходном режиме течения (Ке Кес1) относительный закон массообмена при двустороннем отсосе, оказывается той же функцией числа Рейнольдса, что в уравнении (4.64). При этом Ч вычисляют по соотношению (4.68). Влияние свободной конвекции в области переходного режима не исследовалось. [c.149] Вернуться к основной статье