загрузка...
 
6.12.2. Структури багатофазних потоків
Повернутись до змісту

6.12.2. Структури багатофазних потоків

Структури потоків, що є сумішшю рідини з газом або парою, досить різноманітні. Це різноманіття залежить від відсоткового вмісту тієї або іншої фази, а також від швидкості потоку і у певних випадках від розміщення трубопроводу в просторі та від його діаметра.

Подпись: 
Рисунок 6.18 Структура 
газорідинного 
потоку у вертикальній 
трубі
Якщо концентрація однієї з фаз мала, то маємо дисперсну структуру, при якій краплі рідини (або пухирці газу) порівняно рівномірно розподілені в парі (рис.6.18 б) (або у рідині відповідно). Подібну структуру іноді називають краплинною.

Зі збільшенням вмісту рідини в парі (газі) починає утворюватися розшарування або роздільний потік, характер якого залежить від розміщення труби. При вертикальному положенні труби рідина поступово розміщується у вигляді кільцевого шару уздовж стінок, а в середній частині ще зберігається краплинна структура (рис.6.18 в). Ця перехідна форма потоку називається дисперсійно-кільцева. При подальшому збільшенні частки рідини в суміші настає повністю розшарований потік, що у вертикальній трубі має кільцеву структуру (рис.6.18 г). При цьому кільцевий шар рідини стає все товстішим, а центральна стрижнева частина заповнена однією парою (газом). У похилих і горизонтальних трубах при розшарованому потоці немає кільцевого шару рідини. Остання під дією сили ваги опускається вниз і рухається по нижній частині трубопроводу, у той час як пара або газ переміщаються по його верхній частині (рис.6.19 а).

Зі збільшенням швидкості потоку і одночасному зростанні частки рідини на поверхні розподілу фаз починають виникати хвильові гребені. Це має місце як у вертикальних (рис.6.18 г), так і в горизонтальних трубах (рис.6.19 б). Хвильові гребені зростають зі збільшенням швидкості і починають розсікати на окремі частини безперервний потік пари або газу, що рухається в центрі вертикальної труби або у верхній частині горизонтального каналу (рис.6.19 в). Так виникає пробкова, або снарядна, структура потоку (рис.6.18 д, е і рис.6.19 г). При такій структурі пара або газ переміщується у вигляді окремих пробок, які зростають і стискуються в процесі руху, перекриваючи собою повністю або частково поперечний переріз каналу.

У міру подальшого зростання частки рідини в потоці газові пробки зменшуються в розмірі, і поряд з ними вже рухаються дрібні газові пухирці. Подібна структура (рис.6.18 ж і рис.6.19 д) при ще більшому зменшенні частки газу переходить у пузиркову структуру. У вертикальній трубі ці пухирці рівномірно розподілені по її перетину (рис.6.18 з), а в горизонтальній або похилій вони рухаються у верхній частині труби (рис.6.19 е).

Подпись: 
Рисунок 6.19 - Структура газорідинного потоку у горизонтальній трубі

Найпоширенішою в промислових трубопроводах є пробкова структура газорідинного потоку. При такій структурі може виникнути припущення, що швидкість обох фаз однакова. Насправді, внаслідок хвильового характеру руху, при якому швидкість поширення хвилі дорівнює середній швидкості газу, останній переміщується в западинах хвиль, що утворяться в рідинних пробках. У результаті середня швидкість газової фази при пробковій структурі виявляється більше середньої швидкості рідини. Пробкова структура може супроводжуватися великомасштабними пульсаціями швидкості, тиску і концентрації фаз.

Розглянуті структури газорідинного потоку можуть бути певною мірою поширеній й на інші двофазні потоки, що є сумішшю газу або рідини із твердою фазою. Але при цьому треба враховувати ступінь дисперсності й однорідності твердої фази, а також форму і розмір твердих часток.

Під впливом гравітаційних сил у горизонтальних трубах зростає концентрація твердої фази в нижній частині труби в порівнянні з верхньою тим більше, чим крупніше розмір твердих часток. Це порушує осьову симетрію профілю швидкостей, характерну для сталого однофазного потоку, тому що швидкість суміші в нижній частині труби зменшується в порівнянні з верхньою. У вертикальних трубах цього немає. У розглянутих потоках трапляється як дисперсний, так і розшарований режими потоку. При останньому режимі в горизонтальних трубах, коли рідина протікає над шаром твердих часток, можливе утворення хвиль або дюн, що переміщуються в напрямку руху потоку. При цьому концентрація твердої фази періодично змінюється уздовж труби. Трапляються і агрегативні потоки, коли частки прагнуть до утворення конгломератів або пластівців, або ж коли більше легкий компонент - газ утворить пухирці, неутримуючих твердих часток.



загрузка...