2.5 Основные задачи гидродинамики

Движущей силой при течении жидкостей является разность давлений, которая создается с помощью насосов или компрессоров, либо вследствие разности уровней и плотностей жидкости.

Знание законов гидродинамики позволяет находить разность давлений необходимую для перемещения данного количества жидкости с требуемой скоростью, а значит, и расход энергии на это перемещение, или наоборот – определять скорость и расход жидкости при известном перепаде давления.

Различают внутреннюю и внешнюю задачи гидродинамики. Внутренняя задача связана с анализом движения жидкостей внутри труб и каналов. Внешней задачей гидродинамики является изучение закономерностей обтекания жидкостями различных тел (при механическом перемешивании, осаждении твердых частиц в жидкости и т.п.).

Во многих случаях, например, при движении жидкости через зернистый слой твердого материала, она перемещается внутри каналов сложной формы и одновременно обтекает твердые частицы. Такие условия наблюдаются в процессах фильтрования, массопередачи в аппаратах с насадками и т.д. Анализ движения жидкостей в случаях такой смешанной задачи гидродинамики проводят, как правило, приближенно сводя его к решению внутренней или внешней задачи.

2.6 Классификация неоднородных систем и методы их разделения

Неоднородными, или гетерогенными, называют системы, состоящие из двух или нескольких фаз.

В зависимости от физического состояния фаз различают: суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Суспензии – неоднородные системы, состоящие из жидкости и взвешенных в ней твердых частиц. В зависимости от размеров твердых частиц [мкм] суспензии условно подразделяют на грубые [более 100], тонкие [0,5 100] и мути [0,1 0,2].

Эмульсии – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней капель другой жидкости, не смешивающейся с первой.

Пены – системы, состоящие из жидкости и распределенных в ней пузырьков газа. Эти газо-жидкостные системы по своим свойствам близки к эмульсиям.

Пыли и дымы – системы, состоящие из газа и распределенных в нем частиц твердого вещества. Пыли образуются обычно при механическом распределении частиц в газе (при дроблении, смешивании и транспортировке твердых материалов и др.). Размеры твердых частиц пылей составляют приблизительно 3 – 70 мкм. Дымы получаются в процессе конденсации паров (газов) при переходе их в жидкое или твердое состояние, при этом образуются твердые взвешенные в газе частицы размерами 0,3 – 0,5 мкм.

При образовании дисперсной (внутренней) фазы из частиц жидкости примерно таких же размеров [0,3 - 0,5 мкм] возникаю системы, называемые туманами.

Неоднородные системы часто приходится разделять на составные части. Так, например, в сахарном производстве суспензию, образующуюся в аппаратах, разделяют с целью получения сока, свободного от твердых частиц. В целях очистки газов, либо сохранения ценного продукта, из воздуха и газов после процесса сушки выделяют твердые частицы пыли и т.д.

Для разделения жидких и газовых неоднородных систем применяют следующие основные методы: осаждение, фильтрование, центрифугирование, мокрое разделение. Эти методы лежат в основе гидромеханических процессов разделения неоднородных систем.

Осаждение – представляет собой процесс разделения, при котором взвешивание в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции (в том числе центробежных) или электростатических сил. Осаждение, происходящее под действием силы тяжести, называется отстаиванием. В основном отстаивание применяется для предварительного, грубого разделения неоднородных систем.

Фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные в среде твердые частицы. Оно осуществляется под действием сил давления или центробежных сил и применяется для более тонкого разделения суспензий и пылей, чем путем осаждения.

Центрифугирование – процесс разделения суспензий и эмульсий в поле центробежных сил. Под действием этих сил осаждение сочетается с уплотнением образующегося осадка, а фильтрование – с уплотнением и механической сушкой осадка.

Мокрое разделение – процесс улавливания взвешенных в газе частиц какой-либо жидкостью. Оно происходит под действием сил тяжести или сил инерции и применяется для очистки газов и разделения суспензий.