Поведение ряда процессов химической технологии связано с движением твердых тел в жидкостях и газах.
К ним относятся осаждение твердых частиц из суспензии и пыли под действием сил тяжести и инерции.
Изучение закономерностей составляет внешнюю задачу гидродинамики.
Сила сопротивления среды.
При движении в жидкостях или газах возникает сопротивление, для преодоления которого и для последующего движения твердого тела должна быть затрачена определенная энергия.
Величина возникающего сопротивления зависит от режима движения и формы частицы.
Режимы движения твердого тела в жидкостях и газах.
Ламинарный (малые размеры частиц).
Потеря энергии связана только с преодолением сил трения. При дальнейшем увеличении скорости возникает переходный и автомодельный режимы движения, при этом сила сопротивления среды возрастает.
В общем случае силу сопротивления среды можно рссчитать:
- коэффициент сопротивления среды;
- площадь поперечного сечения твердой частицы;
- плотность среды;
- скорость движения твердой частицы.
Для ламинарного режима движения при осаждении шарообразной частицы, силу сопротивления можно найти по закону Стокса:
Для переходного режима действует закон Аллена, согласно которому коэффициент сопротивления среды может быть рассчитан.
Для автомодельного режима движения.
Для получения формулы для расчета коэффициента сопротивления может быть использован метод анализа размерностей.
кг: 
м: 
с: 
- коэффициент сопротивления среды через критериальное уравнение.
Для ламинарного:
Для переходного:
Для автомодельного:
Рассчитываем силы действующие на частицу.
|
|
Результирующая сил будет являться сила сопротивления среды.
Для ламинарного режима движения:
Для переходного режима движения:
Для автомодельного режима движения:
Скорость осаждения частиц.
Для ее определения необходимо силу сопротивления среды прировнять к движущей силе процесса при этом условии частица будет осаждаться в среде с постоянной скоростью, которая называется скоростью осаждения.
Для ламинарного режима движения необходимо приравнять силу сопротивления по закону Стокса к силе Архимеда.
- условие свободного осаждения частиц.
Выражаем скорость из данного выражения:
- для ламинарного режима
- для переходного режима
- для автомодельного режима.
| Режим |
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Ламинарный | 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Переходный | 
| 
| 
| 
| 
| 
|
| Автомодельный | 
| 
| 
| 
| 
| 
|
Методы расчета скорости осаждения частиц.
1. Метод последовательных приближений.
Он заключается в том что, пользуясь формулой предполагаем, что режим движения и пользуемся формулой для этого режима, с учетом физических свойств среды рассчитывают критерий Рейнольдса, пользуясь данными колонки 3 проверяют. Считают до совпадения режима.
2. Аналитический метод: рассчитывается критерий Архимеда по физическим величинам среды и частицы. Определяют режим движения по таблице. Определяют критерий Рейнольдса. С учетом физических свойств среды определяют фактическую скорость осаждения.
3. Графический метод (находят критерий Лященко).