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

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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

*

- Уіі-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

 

 

 

 

 

 

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 -