Велика енциклопедия на нефт и газ

Поток газ-течност

Потоците газ-течност върху контактни устройства, в опаковъчния слой или в напояваните струи имат принципно различни структури; освен това структурите на газово-течните потоци са дори визуално различни за един тип потоци при различни газови и течни натоварвания. Следователно, в хидродинамиката на газово-течните потоци, основният обект на изследване е предимно хидродинамичната структура на потока. [един]

Турбулентните газово-течни потоци се характеризират с наличието на пулсиращи вихрови струи в тях, причинени от появата на пулсации под налягане и кавитационни процеси в течността на границата. Турбулентен поток газ-течност, по аналогия с еднофазен поток [1], може да бъде дефиниран като хидродинамичен ансамбъл, състоящ се от пулсиращи мехурчета и капки, както и стохастично смесване и завихряне на струи газ и течност. [2]

Структурата на газово-течен поток в тръба обикновено се разглежда като суперпозиция на по-голям брой вихри с различни размери и с различни ъглови скорости. [3]

Хидродинамичните характеристики на потоците газ-течност в устройствата за пренос на маса могат да бъдат разделени на локални и интегрални, които определят микро- и макроскопичните свойства на потока и контролират съответно кинетиката и общата ефективност на масообмена. [6]

Интегралните характеристики на потоците газ-течност са профилите на скоростта на всяка фаза в участъка на потока или функцията на разпределение на времето на престой на частиците в потока, височината на мехурчестите или разпръснати слоеве, общото хидравлично съпротивление на слоя, и накрая, крайните натоварвания, характеризиращи промяната в режимите на потока и структурата на потоците. [7]

Един от видовете двуфазен поток газ-течност, който в момента е много разпространен, но няма фундаментално аналитично или експериментално описание, е разпръснатият поток. Въпросът за максималния и средния размер на капчиците при високоскоростен възходящ поток не само няма отговор, на практика все още не е поставен. [8]

Понастоящем изследването на повечето хидродинамични характеристики на потоците газ-течност в апаратите за пренос на маса се извършва главно чрез емпирични методи, в най-добрия случай - с помощта на теорията за сходството и анализа на размерите. Сложността на теоретичното разглеждане на проблемите на хидродинамиката на двуфазни системи се обяснява с факта, че потоците газ-течност в апаратите за пренос на маса, които представляват практически интерес, най-често са турбулентни или съответстват на режими на преходен поток от ламинарен до бурен. В същото време е известно, че теорията за турбулентността, дори за еднофазни потоци, все още не е завършена. Изследването на турбулентни потоци газ-течност в апарати за пренос на маса се усложнява допълнително от факта, че в допълнение към пулсациите на скоростта на потока, тук трябва да се разгледат и пулсации на газово съдържание и налягане. Такива проблеми са разгледани достатъчно подробно в гл. [девет]

Факт е, че макротурбуленцията на газово-течен поток има външен източник на енергия под формата на гравитационно поле и следователно превръщането на енергията на турбулентността в енергия на осреднено движение е напълно разбираемо. По този начин става ясно появата и развитието на макротурбулентността на газово-течен поток в резултат на обмена на енергия между пулсации и средни движения, чиито енергии, превръщайки се една в друга, генерират разнообразието от потоци, което се наблюдава и които ще бъдат разгледани по-долу. [десет]

Понастоящем основните характеристики на потоците газ-течност в апаратите за пренос на маса се изучават главно чрез методите на теорията за сходство и анализ на размерите. Многобройни експериментални проучвания установяват, че определящите критерии и безразмерни комплекси за основните характеристики на диспергираните газо-течни системи са: критерии Re (за газовата и течната фази), Fr, We и съотношението на дебита, плътността и вискозитета на газа и течността тече. [единадесет]

Методът за изчисляване на газово-течни потоци от многокомпонентни системи с химични реакции и процеси на масообмен, разгледан в тази работа, е приложим за широк спектър от процеси на рафиниране на нефт, за процеси на термичен и каталитичен крекинг и пиролиза на нефтени продукти. [13]

Използването на по-сложни модели при теоретичния анализ на газово-течните потоци изисква използването на информация за разпределението на скоростта на фазовия поток върху напречното сечение на канала. Такива модели все още съответстват на квазиизмерното описание на потока, тъй като те позволяват разликата в локалните скорости само в основната посока на движението. Всяко движение през канала се игнорира или се взема предвид чрез въвеждане на допълнителни параметри. [14]

Както е посочено в предходния раздел, хомогенният модел на потока газ-течност е един от най-простите модели. В рамките на този модел се определят осреднените характеристики на двуфазните потоци, а самата смес газ-течност се разглежда като определен квазиконтинуум. Това прави възможно използването на транспортните уравнения за еднофазна среда при описване на различни газово-течни потоци. [петнадесет]