НЕСТАЦИОНАРНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЧАСТИЦ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ

Закономерности движения частиц дисперсной фазы в поле силы тяжести (всплытие газовых пузырьков в жидкости или гравитационное осаждение твердых частиц или капель в дисперсионной среде) представляют интерес при моделировании технологических процессов (седиментация, флотация, барботаж и др.), а также при решении ряда практических задач экологии и метеорологии (образование атмосферных осадков, осаждение жидко-капельного аэрозоля при аварийном сбросе авиационного топлива, эволюция облака токсичных компонентов ракетных топлив при разгерметизации топливных баков ракет-носителей и т. д.).

Нестационарные и «наследственные» эффекты при движении частиц дисперсной фазы

В большинстве работ по механике двухфазных потоков движение частиц дисперсной фазы моделируется в квазистационарной постановке с учетом малости характерных времен динамической релаксации частиц. Однако при решении ряда задач необходимо учитывать влияние нестационарных и «наследственных» эффектов на динамику движения частицы. В качестве примеров можно привести взаимодействие частиц с мощным акустическим полем, торможение частиц при взаимодействии гетерогенной струи с преградой в процессах нанесения упрочняющих покрытий на конструкционные материалы, ускорение частиц в ударных волнах и т. д.

Учет «наследственной» силы Бассе превращает дифференциальное уравнение движения частицы в интегро-дифференциальное, что существенно осложняет решение задачи о нестационарном движении частицы. Теоретически эта задача исследовалась в работах М.Х. Махеу, J.J. Riley, Е.Е. Michaelides, И.С. Водопьянова, А.Г. Петрова, М.М. Шунде- рюка, Ю.А. Невского, А.Н. Осипцова и других авторов. Экспериментальному исследованию нестационарных режимов движения частицы дисперсной фазы в дисперсионной среде посвящено значительно меньше работ.

На основе экспериментального исследования движения стеклянных шариков в глицерине и пузырьков воздуха в воде при Re = 13-212 и числах Вебера We = 0,03-0,69 показано, что существенное влияние на динамику частицы оказывает присутствие поверхностно-активных веществ (ПАВ) в жидкости. Влияние силы Бассе на закон движения частицы обнаружено для дисперсионной среды без ПАВ. Для загрязненных жидкостей поведение частицы имеет сложный характер, и проанализировать влияние нестационарных эффектов проблематично.

При исследовании движения твердых сфер в области больших чисел Рейнольдса (Re = 40-7000) доплеровским методом показано, что на начальном этапе осаждения скорость частицы меняется согласно закону

yft 9 а затем по экспоненциальному закону. Определена область чисел Рейнольдса Re ~ 100, в которой «наследственные» силы оказывают наибольшее влияние, выявлен колебательный характер скорости частицы.

Для случая движения твердой сферической частицы в нестационарном поле скоростей (при наличии колебаний в среде) при Re < 2,5 показано, что влияние нестационарных эффектов при равноускоренном прямолинейном движении частицы с нулевой начальной скоростью в стационарном потоке мало и им можно пренебречь, в отличие от движения частицы в нестационарном потоке.

Однако результаты ряда экспериментальных и теоретических исследований гравитационного осаждения твердых сфер в вязкой жидкости при Re = 0,15-0,5 показали, что сила Бассе существенно влияет на динамику частицы и ее необходимо учитывать в уравнении движения.

Анализ известных теоретических и экспериментальных работ по движению твердых частиц и пузырьков в поле силы тяжести показывает, что полученные в разных работах закономерности влияния «наследственных» эффектов на динамику частицы в широком диапазоне чисел Рейнольдса в ряде случаев противоречивы. Эти противоречия, по- видимому, связаны с «тонкостью» исследуемого эффекта (малые характерные времена и характерные расстояния процесса), а также с недостаточным вниманием при проведении экспериментальных работ к чистоте дисперсионной среды и с отсутствием анализа погрешности измерений.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >