ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
3.3. МЕХАНИЗМ ИНТЕНСИФИКАЦИИ МАССООБМЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ СТОЯЧИХ ВОЛН
Стоячая волна представляет собой сумму двух бегущих волн равной амплитуды, распространяющихся во взаимно про-
тивоположных направлениях.
Амплитуда давления стоячей волны равна удвоенной амплитуде падающей волны, а так как энергия пропорциональна
квадрату амплитуды, то средняя плотность энергии в ней соответственно в четыре раза больше плотности энергии в падаю-
щей волне, что является
одним из преимуществ стоячих волн, возникающих в аппарате, по сравнению с бегущей волной.
Установлено, что в поле стоячих волн частицы движутся под действием радиационного давления [107]. Показано, что в
стоячей звуковой волне на шарик действует сила, вызываемая давлением звука. Эта сила для узлов и пучностей колебаний
равна нулю и достигает максимума
между ними, причем по обе стороны от пучности колебаний сила направлена к этой пуч-
ности. Отсюда следует важный вывод, что под действием радиационного давления частицы должны перемещаться в пучно-
сти колебаний.
Анализ действия радиационной силы показывает, что частицы с плотностью большей, чем плотность среды, движутся в
пучности колебании стоячей волны, а
частицы с плотностью меньшей, чем плотность обрабатываемой среды, движутся
к узлам колебаний.
К аналогичному выводу пришли авторы работы [108], которые уточнили уравнение движения, введя в уравнение вто-
рую производную. Как показано в работе [107], для каждого размера частиц имеется определённая частота, ниже которой
частицы успевают полностью следовать за звуковыми колебаниями среды. В
определенной области частот частицы различ-
ной величины имеют различные амплитуды колебаний, что приводит к взаимным столкновениям частиц.
Следует упомянуть о влиянии размеров суспензированных частиц, находящихся в поле стоячей волны, на скорость
процессов скопления и столкновения частиц.
Ангерер [109] поставил следующий опыт. Стеклянные и пробковые шарики подвешивались на нитях в воде, в которой
возбуждается стоячая волна. При этом шарики собирались в местах пучностей колебаний стоячей волны. Кроме того, на-
блюдалось накопление мельчайших пузырьков воздуха, которые возникли в результате кавитации в пучностях давлений.
Показано [107], что в стоячей звуковой волне вектор скорости движения среды направлен к пучностям давления при
повышении давления и от них при
понижении давления.
Анализируя движение частиц в поле стоячей волны, на основании краткого обзора можно сделать важные выводы о ме-
ханизме интенсификации массообменных процессов, проводимых в этом поле. При движении вдоль стоячей волны частицы
ускоряются при приближении к пучностям давления и, наоборот, замедляются при приближении к узлам давлений. Это то
ускоренное, то
замедленное движение частиц в поле стоячей звуковой волны увеличивает скорость обтекания частиц, что
способствует интенсификации массообменных процессов. Вследствие того, что максимальная скорость потока жидкости в
канале статора аппарата имеет величину (10…15) м/с и скорость звуковой волны примерно 140 м/с, очевидно, что за время
прохождения частицы через аппарат она многократно подвергается
воздействию падающей и отраженной волн. Это обстоя-
тельство должно, видимо, еще больше ускорять процесс массообмена.
Другой важный момент вытекает из положения о том, что если плотность среды больше плотности частиц, то они стре-
мятся к узлам колебаний и, наоборот, если плотность среды меньше, чем плотность частиц, то частицы стремятся к пучно
-
стям колебаний. Так как в роторном аппарате возникает интенсивная кавитация, то в объёме среды в канале статора появля-
ется множество мелких кавитирующих пузырей, которые стремятся к узлам колебаний.
В свою очередь твердые частицы растворяющегося вещества стремятся к пучностям стоячей волны. Всё это должно приво-
дить к увеличению числа столкновений частиц
с кавитирующими пузырями. Пузыри, захлопываясь на твердых частицах, очевид-
но, должны вызывать сильное их диспергирование вследствие локального повышения давления и температуры, а также кумуля-
тивных микроструек жидкости, возникающих при несферических захлопываниях кавитационных пузырей. Таким образом, кроме
увеличения поверхности контакта фаз за счет дробления частиц, кавитирующие пузырьки должны "срывать" диффузионный по-
граничный
слой.
Таким образом, возбуждение в роторном аппарате стоячих волн должно интенсифицировать процесс массообмена.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 44
- 45
- 46
- 47
- 48
- …
- следующая ›
- последняя »
