Файл: Аэромеханика и физико-химическая гидродинамика конспект лекций..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2024
Просмотров: 60
Скачиваний: 0
При достаточно большом Nor коэффициент извлечения
Степень насыщения в этом случае оказывается равной I, Равновесие достигается ва стороне входа газа, т.е. жидкость уходит насыщен ной компонентом. Концентрация компонента на выходе гааа не может достичь у2 ни при паних гидродинамических условиях (ч^о, в некоторой степени вытекает из условия о нѳдостатко поглотителя).
Прямоток. Так как при прямотоке концентрация поступающей жидко
сти |
Л) , |
то минимальная концентрация газа |
равновесна |
|
Xf |
м |
|||||||
равна |
ур. |
|
|
|
|
|
Ф-УцУ*. |
|
|
|
|||
Коэффициент извлечения при прямотоке |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
_ |
■{ |
± Сп |
|
Т |
|
у,-У? |
|
|
|
|
|
|
|
получим, |
перевернув дробь в |
||||||||
Яз выражения /Ѵог='у_ |
|||||||||||||
логарифмическом выражении (со знаком -) |
и,добавив ( у, |
- Уі ) и |
|||||||||||
( М-Хі-ttl-Xj) с учетом (86) |
|
|
|
У____ |
|
|
|
||||||
|
|
/ |
Г г, |
У |
* |
- Уі-Уі-i-mXi-Wi.L |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
ч,-чГ |
J' |
і~і- |
|
|
|
||
Л г У<-У?-Уі+Уг+м{Х<-Хз)і |
* |
fl Гг т ■^ 7 |
|
|
|
||||||||
• Ы |
|
|
|
|
----------д |
- 7 Г Х |
W |
- Ч> * fl-~J |
|
|
|||
отсюда |
|
|
|
Nor=-4r&>{'<-lfa) |
|
|
|
|
(169) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
Nor |
|
|
|
|
|
|
и, соответственно |
|
|
|
- В - 1 |
|
|
|
|
(170) |
||||
Значение |
ß |
выражения (165) . |
|
|
|
|
|
|
|||||
При |
|
|
всегда |
/А < О (отрицательно) |
поэтому |
ß |
всегда |
||||||
прямотскеИ8 |
|
|
|
|
|
|
|
А |
|||||
положительно и изменяется от I |
(Д = - оо )д о |
оо при |
|
прибли- |
|||||||||
жающенся к нули. |
|
|
р |
|
|
|
|
Nctr - оо |
|||||
Максимальное значение |
в случае |
прямотоки при |
|||||||||||
составит |
при АА~\‘ |
|
f |
Д |
|
|
|
|
|
|
|||
TÖ есть |
|
|
Lptr>ax ~~ß |
А - 1 |
|
|
|
|
|
|
|||
коэффициент приближается к единице при очень больших |
|
||||||||||||
когда удельный расход |
поглотителя велин |
(большой изытон поглотителя). |
|||||||||||
5 |
|
|
|
|
|
Коэффициент насыщения при этом уменьшается до очень малых величин. При А = -I коэффициент извлечения равен 50$, т.е. при одинаковых
по величине, но противоположных по знаку углах наклона рабочей линии уу - У2
и линии равновесия, онй пересекается в точке о ординатой. — •. Полное перемешивание.' Полное псреыеигаи&нпз но: но также представить
кат: беснонечгс длительный застой газа и жидкости или бесконечно больлуп кратность циркуляции газа и жидкости.■Число един?;: переноса свя зано со степенью извлечения, следующими выражениями
- UQ -
N or ~ |
|
IP |
|
(І?І) |
■ |
(it A |
|
||
|
|
|||
P |
|
irJv |
. |
(172) |
|
'М? |
При A - I коэффициені^иэвлечшшГсоставляет 0,5. Увеличение А приводит н увеличению коэффициента извлечения. При бесконечно боль-
А ,р_ M r
, / + Маг
приближается к единиіцѳ.
При полном перемешивании удельный расход рассчитывается по рас ходам свежих газа и жидкости, вводимых в систему.
ЛИ Т Е Р А Т У Р А ,
1.Рамм В.М. Абсорбция газов. М., "Химия", 1966.
2.Кафаров В.В. Основы ыассолерѳдачи.М., "Высшая шнола", 1972.
3.Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Равновесие между
жидкостью и паром.. М.-Л., |
"Наука" 1966. . |
. |
ІН.Р А С С Е Я Н И Е |
А Э Р О З О Л Е Й |
И Г А З О В |
ВА Т МО С Ф Е Р Е
Вэтой части курса мы ознакомимся с некоторыми вопросами тео рии атмосферной диффузии, которая изучает распространение приме сей в воздухе. Как известно, одной из важнейших практических задач, стоящих перед теорией атмосферной диффузии, является вопрос о загряз нении воздуха промышленными предприятиями.
Атмосферная диффузия является сложным процессом и зависит.от
.многих факторов. Так, |
существенное влияние на рассеяние примесей |
в атмосфере,' оказывает |
сила тяжести. Распространение. газообразных |
примесей и пылевых частиц, имеющих незначительную скорость осажде ния (обычно диаметром менее IG мн), подчиняется одним и тем же закономерностям. В случае выброса в атмосферу достаточно крупных частиц, скорость их оседания будет возрастать, причем она будет зависеть от их размеров, удельного веса и формы, а также от таких физичѳсних превращений, как коагуляция, г_сублиыацип и адсорбция на аэрозолях. Вчастчости, может быть существенным взаимодействиепримеси с атмосферной влагой - водяным паром, частицами осадков. Например, дождь может очищать воздух от загрязнений, приводя к
- І 2 І -
их выпадению на земную поверхность, В дальне Пием мы будем рассматривать примесь, нак аэрозольное
облано, представляющее собой неустойчивую систему частиц, взвешен ных ватмосфере, т.е.будем считать снорость оседания аэрозолем пренебренимо малой.
Важное значение имеет танжѳ характер источника загрязнения. Загрязнения могут попадать в воздух от промышленных предприятий (тан называемый приподнятый источник), а танке с самой поверхности земли - наземный источник. Источники подразделяют на мгновенные и непрерывно действующие' с постоянной или меняющейся со временем производительность».■Они'могут быть точечными (изолированными) или
хе распределенными' пс линии |
(линейные)Ѵ или'плоскими (состоящими |
||||
из ряда |
т^чочных |
источников, |
расположенныхвыгутри ограниченного |
||
участка |
земной |
поверхности). |
|
|
|
К, нанонец, |
для теории атмосферной диффузии необходимо знать |
||||
закономерности |
распространения загрязнений в воздухе |
при различ |
|||
ных метеорологических условиях. |
|
||||
ВЛИЯНИЕ !.ГЕТЕ0Р0І0П1Чі:СКИХ ФАКТОРОВ НА РАССЕЯНИЕ |
|
||||
|
|
|
АЭРОЗОЛЕ". |
|
|
Как известно, |
атмосфера Земли имеет слоистое строение. Ближай |
||||
ший к земной поверхности слой, называемый тропосферой, |
простирается |
з умеренных широтах на высоту 10-12 км. Именно этот слой и оказыва
ет |
влияние |
на формирование и движение воздушных масс, или другими |
словами, на |
погоду. Взаимодействие погодных систем разных масшта |
|
бов |
r.j-чгодит к тому, что направление и скорость ветра в любой тон |
|
не |
непрерывно меняются во времени. Эти флунтации скорости, или |
турбулентность, составляют характерную особенность атмосферы, обус ловливающую диффузию вводимых в ней загрязняющих веществ. Размеры аэрозольного облана, введенного в объем воздуха, очевидно,Jбудут увеличиваться. Это обусловлено почти целиком вихрезыми движениями. Размеры вихрей в атмосфере могут быть различными, начиная с не скольких сантиметров до циклонических образований, охватывающих боль шие области земной поверхности.
В зависимости от характера циркуляции атмосферы аэрозольное обла ке рассеивается по-разному.
Возникновение циклонов связано с вихрам, вращающимся в север ном полушарии против часовой стрелки и сопровождающимся падением давлении, а также медленными и длительны-! юсходяшнмп лзи:::килями.
воздуха, что ведет н общему подъеиу призешшх иасс в верхние слои атмосферы о образованіи« облачности и осодиов. Цинлонаы обычно сопутствуют сильные ветры. Загрязняющіе атмосферу прішеси при циклонах быстро рассеиваются в больной объеме воздуха, к тоиу же осадки вымывают из атмосферы часть примесей.
При антициклонах, сопровождаемых ростом давлении, воздушный поток вращается в северном полушарии но часовой стрелке и медленно опуснается к земле. При этом не происходит существенного рассеяния приме сей.
Атмосферный воздух йедаре^щнно находится в состоянии турбулент ного движения. А таксе дв.і:»;е.цие воздуха вдоль земной .поверхности
иесть ни что иное, наи ветер.
Флуктуирующий ветер в некоторой точке можно обычно разделить на
средний ветер и пульсации, которые имеют составляющие вдоль направ ления среднего ветра, в вертикальном и поперечном горизонтальном направлениях. Различие между средним и турбулентным движениями мож но проиллюстрировать, рассматривая размеры диффундирующих систем, например.клуба дыма. Если флуктуацииветра воздействуют на клуб дыма таким образом, что не нарушают его целостности, то это означает, что они вносят вклад в среднее движение.
Флуктуации,_значительно меньшие величины выходного отверстия тру бы, разрушают клуб дыма, их следует считать турбулентностью.
Турбулентность зависит от трех факторов: от механического воздей ствия препятствий на пути воздушного потока, например, неровностей земной поверхности, от степени увеличения скорости ветра по верти кали и от вертикальной температурной стратификации атмосферы. Если
поверхность |
земли |
ровная |
і а большом пространствеI то воздушный |
по |
|||||||
ток также с г; амі.тся |
быть |
гладким, üoj с.,пая -поверхность |
возбуждает |
||||||||
вертикальную турбулентное'; ь. |
|
|
|
|
|
|
|||||
Атмосферная турбулентность в той сішсле, с которым |
обычно стал |
||||||||||
киваются при анализе |
диффузии, |
состоит из |
кажущихся случайными |
|
|||||||
флуитацпи векторе скорости ветра а трех измерениях. |
|
|
|
||||||||
Если в прямоугольной системе координат обозначить компоненту ско |
|||||||||||
рости ветра |
по оси |
|
X |
(которая |
обычно |
принимается совпадающей • |
|||||
со средним |
направлением вектора, скорости |
в :рз) через |
|
Ц , |
ком |
||||||
поненту |
по оси |
у |
- |
через |
V |
и компоненту по оси |
'jf |
- через |
|||
W I |
то действительные компоненты ветра |
в любой момент времени |
|||||||||
можно представить как суммы средних значений и отклонений |
от них |
- 123 -
U-LL+LL
|
|
|
|
|
V=V_* V>, |
|
|
|
|
|
|
|
(173) |
||||
|
|
|
|
|
IV-IV +^ . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Флуктуации |
u \ |
v', |
|
W |
|
в зависимости |
от времени |
||||||||||
иогу.т |
быть представлены в |
виде |
кривой, имеющей |
как |
положительные, |
||||||||||||
так и |
отрицательнее значения. |
|
_ |
(?) |
|
|
|
|
|
|
|||||||
Предполагая среднее |
течение |
|
^ |
горизонтальешм и прямолиней |
|||||||||||||
ный на некотором уровне |
£ |
, |
достаточно близком от поверхности |
||||||||||||||
земли, |
определим структуру среднего ветра. Очевидно, |
что величина |
|||||||||||||||
U. должна расти с высотой |
Z- |
до некоторого уровня над земной |
|||||||||||||||
поверхностью, |
тон как на поверхности она должна быть |
ровна нулю. |
|||||||||||||||
Это |
значит, |
что прилежащие горилонталтдше слои воздуха должны быть |
|||||||||||||||
в движении относительно друг друга |
и, следовательно, |
должно |
|||||||||||||||
зависеть от вязности атмосферы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
По аналогии с законом Ньютона для молекулярной |
вязности, можно |
||||||||||||||||
предположить, |
что эффект турбулентности учитывается посредством |
||||||||||||||||
увеличения |
коэффициента вязкости, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
где |
|
П |
■ |
|
f c l r + ц Ш ' |
|
|
|
|
|
( І 7 Ч ) |
||||||
|
тангенциалыюа напряжение сдвига на единицу площади |
||||||||||||||||
|
|
оій |
|
жидностиі |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вотраі |
|||
|
|
оіі |
|
вертикальный сдвиг горизонтального |
|||||||||||||
|
|
|
коэффициенты, соответственно, молекулярной и турбулент |
||||||||||||||
|
№ |
|
|||||||||||||||
|
|
ной вязности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
По аналогии с молекулярной диффузией у .обно определить кинемати |
|||||||||||||||||
ческий коэффициент турбулентной |
|
вязкости |
|
|
|
, как |
A~<g kr |
||||||||||
где |
|
|
- |
плотность |
воздуха. Причем |
£т имеет |
ту |
же размерность, |
|||||||||
что и коэффициент нипеыатичвекой вязкости |
V |
, |
но обі/чно на не |
||||||||||||||
сколько порядков |
больше. Поэтому, |
пренебрегая |
молекулярной вязко |
||||||||||||||
стью, |
формула |
(174) перепишется |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
П о = № ) Ш |
|
|
|
|
|
|
|
(175) |
||||
где |
индѳнс |
нуль |
|
|
|
|
|
|
в |
наиболее низ |
|||||||
отмечает, |
что формула используется |
||||||||||||||||
ших слоях воздуха. Будем считать, |
что |
Гіо |
по |
вертикали изменяет |
|||||||||||||
ся мало, тан |
что эту величину можно считать постоянной. Тогда вер |
||||||||||||||||
тикальная структура среднего |
ветра |
LL |
|
как |
оказывается, зависит |
отследующих определяющих параметров потона: коэффициента кинемати
ческой вязности |
"О , высоты над поверхностью земли |
2 |
, плот |
ности воздуха 2 |
и напряжения трения ■ П о . Вертикальный градиент |
||
средней скорости в однородном, параллельном потоке доэдуха |
вблизи |
||
подстилающей поверхности, включает свяэи между нптью |
размерными |
- IÜ4 -