ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гидродинамика течения пленки в роторных испарителях с жестко закрепленными лопастями из "Оборудование для разделения смесей под вакуумом" Если толщина пленки жидкости больше зазора, то лопасти непосредственно воздействуют на жидкость. При этом в зазоре происходит сжатие пленки и перед каждой лопастью образуется носовая волна высотой а и шириной Ь (рис. VIII.28) а за лопастью — зона турбулентного течения с постепенно уменьшающейся турбулентностью. Благодаря этому при малых зазорах между ротором и корпусом аппарата жидкость интенсивно перемешивается, что благоприятствует протеканию процессов тепло- и массообмена. [c.327] Основное сопротивление теплообмену создается пленкой жидкости, прилегающей к стенке. [c.327] В работе [851 принимается, что толщина пленки жидкости б равна зазору между ротором и корпусом аппарата AR. Движение жидкости в аппарате обусловлено действием двух сил тяжести f . и центробежной /ц. В принципе жидкость может стекать следующими четырьмя путями 1) в пленке вдоль стенки 2) в носовой волне у кромки лопасти 3) в виде капель в пространстве между ротором и свободной поверхностью пленки 4) вдоль лопасти. [c.327] Для жидкости, не испытывающей влияния стенки, угол наклона траектории движения к горизонту определяется отношением сил тяжести и центробежной / //ц = g/ (u R), где а — угловая скорость ротора R — радиус ротора. В роторных аппаратах линейная скорость ротора w = / составляет 12—15 м/с при радиусе ротора до 600 мм. При этом отношение /У/ц находится на уровне нескольких сотых, что соответствует углу наклона траектории движения жидкости к горизонту в несколько градусов. Отсюда следует, что жидкость может стекать лишь первыми двумя способами, т. е. вдоль стенки и вдоль кромки лопасти. [c.327] Приведенные теоретические положения были подтверждены экспериментально в работе [72], в которой определялась задержка жидкости в роторном аппарате с лопастями скребкового типа, способными передвигаться в радиальном направлении. Поскольку лопасти плотно прижимались к корпусу аппарата, зазор между ротором и корпусом можно было считать равным нулю и относить всю задержку к носовым волнам перед лопастями. Аппарат диаметром 50,8 мм в.ысотой 1524 мм имел 2, 4, 6 или 8 лопастей. Время пребывания жидкости в аппарате определялось путем ввода в жидкость красителя с относительной погрешностью, не превышающей 0,5%. Частота вращения ротора варьировалась в пределах 300—900 об/мин, расход жидкости (вода и водные растворы глицерина) — в пределах 32— 280 кг/ч, вязкость — в пределах 0,001—0,075 кг/м-с. Наблюдения в прозрачной модели подтвердили, что носовая волна имеет в сечении форму, близкую к треугольной. Размер этой волны является сложной функцией сил тяжести, центробежной силы и реакции лопасти в окружном направлении. [c.329] Из изложенного следует, что для уменьшения задержки жидкости, особенно при большой ее вязкости, целесообразно использовать лопасти, способствующие уменьшению объема носовой волны. Это реализовано в роторных аппаратах с подвижными лопастями скребкового типа. [c.330] На рис. 111.33 приведены кривые распределения жидкости по времени ее пребывания для разных условий движения пленки. [c.331] Как видно, реальное распределение жидкости по времени пребывания существенно отличается от рассчитанного на основании идеализированной модели ламинарного течения. Причиной этого является продольное перемешивание, обусловленное турбулизацией жидкости в пленке. Это было подтверждено результатами опытов по дистилляции смеси метанола и воды в пленочных роторных аппаратах, показавших, что турбулентное течение пленки способствует выравниванию состава жидкости по высоте аппарата. [c.332] Принимается также, что отсутствуют градиенты давления по высоте и по окружности, т. е. [c.332] Профиль скорости по толщине пленки в ламинарном слое определяется путем интегрирования уравнения Навье—Стокса ( 111.2), из которого, следует выражение (VIII.3), описывающее параболический профиль скоростей. Скорость движения турбулентного слоя принимается постоянной по сечению. Она равна скорости ламинарной пленки на границе ламинарного и турбулентного слоев (рис. 111.34). [c.332] Вследствие разделения пленки по толщине на ламинарный (периферийный) и турбулентный (внутренний) слои в азимутальном направлении создается профиль скоростей, показанный на рис. 111.35. Для газа, находящегося между пленкой и наружной кромкой лопасти, принимается линейное распределение скоростей. Напряжения, действующие на элемент, выделенный в пленке. [c.333] Здесь п — частота вращения ротора, об/мин х — числовой коэффициент, равный 0,304. Все физические величины относятся к жидкости. [c.335] Как видно, толщина пленки, рассчитанная по уравнению ( 111.31), превышает на 10—30% среднюю толщину пленки, найденную экспериментально. Расхождение возрастает с ростом угловой скорости. При угловых скоростях, обычно используемых в роторных аппаратах, расхождение меньше 30%, что можно считать удовлетворительным для практических целей. Интересно, однако, что уравнение У111.32), основанное на простейшей модели течения пленки, дае лучшее совпадение с опытными данными, чем уравнение ( 111.31). Это указывает на необходимость дальнейшего исследования условий формирования и течения пленки жидкости. [c.335] Расход жидкости в носовой волне Сд можно связать с плотностью орошения Гв отнесенной к смоченной длине а + , т. е. [c.337] Значения коэффициентов г = 0,75 и с = 0,35 были определены на основании обработки полученных авторами результатов опытов, проведенных на аппарате диаметром 169 мм с лопастями высотой 900 мм. Зазор AR варьировался в пределах 0,6—2 мм, число лопастей z = 2- -6. Опыты проводились на воде и водных растворах глицерина. Значение v изменялось в пределах от 0,903 до 503 mV , угловая скорость — в пределах 10,5—105 i, Г = = 0,04 1,00 кг/(м-с). [c.338] Это уравнение согласуется с опытными данными авторов [38], а также с результатами, полученными А. Н. Марченко в опытах на аппарате диаметром 160 мм при зазоре 1 мм на минеральном масле. [c.340] Вернуться к основной статье