ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Центральная воронка из "Гидромеханические процессы химической технологии" Перемещивание представляет собой процесс многократного перемещения частиц текучей среды друг относительно друга во всем объеме аппарат , происходящий под действием импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей жидкости или газа. Таким образом, перемешивание — это типичный пример смешанной задачи гидродинамики. [c.244] В связи с тем, что распределение температур и концентраций в объеме аппарата с мешалкой, а также распределение времени пребывания различных веществ, участвующих в процессе химического превращения, осуществляемого в реакторе непрерывного действия с мешалкой, определяются случайными причинами, перемешивание следует рассматривать как процесс вероятностный. [c.244] В промышленной практике для перемешивания используют, главным образом, вращающиеся механические мешалки различных конструктивных типов. Единой системы классификации мешалок пока нет. Поскольку при работе любой вращающейся механической мешалки возникает трехмерное течение с преобладающей окружной составляющей скорости, то классифицировать мешалки в зависимости от того, в каком направлении (тангенциальном, радиальном или аксиальном) будто бы движется создаваемый ими поток, нельзя. [c.244] Сложное трехмерное течение жидкости, имеющее место в аппаратах с мешалкой, возникает как следствие вращательного движения мешалки. Очевидно, что тангенциальное течение, образующееся при работе всех типов мешалок, является первичным. Действительно, данные по измерению скоростей показывают [74], что среднее значение окружной составляющей скорости примерно на порядок превышает средние значения как радиальной, так и аксиальной составляющих. [c.245] На оси вращения, т. е. при г = О, будет Шт = О, следовательно, С2 = 0. [c.245] Иначе говоря, вдоль оси вращения безграничного объема жидкости в области О г Гв существует бесконечный цилиндрический вихрь. [c.245] сопоставление теоретической и экспериментальных эпюр тангенциальных скоростей жидкости в аппарате с вращающейся мешалкой показывает, что между областью центрального цилиндрического вихря и периферийной областью существует переходная область, в которой окружная скорость течения уже не пропорциональна расстоянию от оси вращения (5-212), но еще не может быть описана законом площадей (5-214). Ширина этой переходной области прп турбулентном режи.ме перемешивания сравнима с размерами центральной и периферийной областей (рис. 5-38), а следовательно, пренебрегать ее существованием при анализе реального движения жидкости в аппарате с мешалкой нельзя [78]. [c.246] Вращательное движение жидкости, как показывают экспериментальные данные [78], вызывается тем, что лопасти мешалки оказывают давление на жидкость преимущественно той частью поверхности, которая находится в переходной области. [c.246] Под действием центробежной силы, возникающей при вращении любого типа мешалки с достаточно большой частотой (Нец 10 ), жидкость будет стекать с лопастей мешалки в радиальном наирав-лении. Этот поток, двигаясь в плоскости вращения мешалки, дойдет до стенки сосуда, где он разделится на две части одну, текущую вдоль стенки аппарата вниз ко дну сосуда, и другую, текущую вверх к свободной поверхности жидкости. [c.246] Очевидно, что при весьма малых значениях центробежной силы меридиональное течение, обусловленное радиальным потоком жидкости, стекающей с лопастей мешалки, т. е. вынужденная циркуляция, возникнуть не может. Тем не менее, даже в этих условиях движение перемешиваемой жидкости не будет чисто вращательным. Элементы массы вращающейся жидкости по инерции стремятся к стенке сосуда, и это движение (в силу неразрывности потока) будет вызывать перемещение поверхностного и придонного слоев жидкости от периферии к центру, т. е. будет вызывать меридиональное течение. В результате неизбежно возникает устойчивая пара кольцевых вихрей. Циркуляция, обусловленная действием силы инерции, в отличие от циркуляции, причиной которой является центробежная сила, называется свободной. [c.247] Поскольку вторичное течение (как свободное, так и вынужденное) обладает тем свойством, что его вихревые линии совпадают с траекториями движения частиц, то это течение является винтовым. Такое заключение можно сделать, в частности, на том основании, что установившееся течение жидкости в аннарате с мешалкой совершается при постоянной затрате работы. Следовательно, скорость и вихрь вторичного течения имеют потенциал, а последнее позволяет при описании явления использовать представление об источниках и стоках [76]. [c.247] По мере турбулизации потока (10 Ке,, 10 ) формируется вынужденная циркуляция ц в аппарате реально существуют не только периферийная и переходная области, но обнаруживается и область центральных цилиндрических вихрей. [c.248] При развитом турбулентном течении (Ясц Ю ) вынужденная циркуляция обеспечивает интенсивное трехмерное течение всей массы жидкости в аппарате. Развивается область центральных цилиндрических вихрей, достигающая, по порядку величины, размеров переходной и периферийной областей. [c.248] При работе вращающихся механических мешалок на поверхности жидкости возникает воронка, глубина которой растет с увеличением частоты вращения мешал-,з 2,9 ки. В пределе глубина воронки может достигнуть не только ступицы мешалки, но даже и дна сосуда. Устойчивость работы перемешивающего устройства при зтом резко снижается, а качество пере.мешиваиня существенно ухудшается. [c.248] Вывод о том, что вне области цилиндрического вихря свободная поверхность жидкости является гиперболоидом вращения, также основанный на представлениях о вихре Ренкина, нельзя считать правомерным, так как при этом не учтено наличие переходной области [77]. [c.249] Значения коэффициентов и показателей степени уравнения (5.217) приведены в табл. 5-4. [c.249] В целях предотвращения образования воронки у стенок аппаратов с быстроходными мешалками устанавливают радиальные отражательные перегородки (рис. 5-41). Как показала практика, оптимальное число перегородок равно 4, а ширина их В = 0,Ш. [c.249] Влияние отражательных перегородок на форму потока жидкости в аппарате с мешалкой а —без перегородок б — с перегородками. [c.249] Вернуться к основной статье