Канд. хим. наук, доцент Гусейнова Л.В.

Азербайджанская государственная нефтяная академия, Азербайджан

Осаждение капель в изотропном турбулентном потоке

Как известно, процессы разделения, расслоения и классификации дисперсных систем основаны на осаждении или всплытии капель и пузырей в гравитационном поле. Они представляют собой весьма сложную гидродинамическую структуру с направлением потока и с физическим взаимодействием сил различной природы, а также сил негидродинамической природы. С одной стороны, при перемешивании мелкодисперсной составляющей в том или ином направлении необходимо учесть силу Магнуса [1], она определяет подъемную миграцию капель, свойственную для вертикальных и горизонтальных потоков, зависящих от градиента скорости потока, от концентрации и температуры.

С другой стороны, при больших концентрациях капель в объеме потока могут возникать некоторые деформации за счет гидродинамических полей каждой капли, за счет их взаимной интерференции, обусловленной интенсивностью движения рассматриваемых капель [2].

Такие физико-химические свойства как вязкость, плотность поверхностное натяжение самих каплель, несущей среды, и его некоторые химические превращения, достаточно сильно влияют на свойства молекул.

Что касается влияние стокостатической природной полидисперсной системы, она связана с изменением и разбросом размеров молекул флокуляцией концентрации и распределением молекул, пульсацией составляющих скорости, пульсационным характером движения самих молекул в турбулентном потоке, а также случайным изменением формы и размеров деформируемых частиц.

Таким образом, на процесс осаждения молекул значительное влияние оказывает природа турбулентности потока, причём, это влияние ощутимо в зависимости от соотношения размеров молекул и масштаба турбулентных пульсаций. Если размеры частиц велики или сравнимы с колмогоровским масштабом турбулентности (), то поведение молекул характеризуется турбулентным блужданием, что увеличивает вероятность столкновения, коагуляции и скорость осаждения капель.

Что касается осаждения каплей в изотропном турбулентном потоке, то например, если размер молекул меньше взятого масштаба, тогда турбулентные пульсации при будут определяться уравнением (1)

Р = ( (1)

Причем, уравнении (1) учитывает пульсационный показатель капель. Однако, при следуя принципам гидродинамической аналогии, можно написать равенство (2). Колмогорский масштаб турбулентности описывается равенством : ,

Определяет масштаб скорости каплель.

= (2)

где - колмогорский масштаб скорости капель, -скорость турбулентных пульсаций, которое определяться уравнением (3)

(3)

временной масштаб турбулентности определяется уравнением (4)

(4)

- период турбулентных пульсаций масштаба;

-вязкость среды;

- скорость гравитационного осаждения молекул;

- общая скорость осаждения за счет диффузионной гравитации;

- удельная энергия диссипации.

Таким образом, с учетом вышеуказанных зависимостей, для определения скоростей осаждения мелкодисперсных капель в изотопном турбулентном потоке можно использовать уравнение (2).

Полученные результаты также могут использованы при предварительной подготовки и очистки резервуарных нефтяных шламов от капель воды и различных механических примесей для дальнейшей переработки [3].

Литература

1. Prince M.J., Blanch H.W. Bubble coalescences and break tip air – spared columns. // AICHE/J.1990, v.46,p.1-9.

2. Raymond F., Barent J.M. // Physics of Frudis, 2006, v.18, p.1-16.

3. Келбалиев Г.И., Сулейманов Г.З., Расулов С.Р., Гусейнова Л.В. Массообменные процессы в технологии очистки сточных вод. М., Спутник, 2013, 343 с.