Система «жидкость – жидкость»

Двухфазная система «жидкость – жидкость» может быть реализована в виде:

– несмешивающихся жидких пленок;

– жидкой неоднородной системы – дисперсная фаза в виде отдельных включений распределена в сплошной, дисперсионной среде.

Для проведения технологических тепло- и массообменных процессов первый случай не представляет большого интереса. Рассмотрим второй случай – диспергирование потока жидкости в сплошную среду. Возможны два режима диспергирования при истекании жидкости из сопла – капельный и струйный. Рассмотрим капельный режим. Обозначим параметры дисперсионной среды через индекс «с», дисперсной фазы – «д».

Предположим, что , т.е. более тяжелая жидкость диспергируется в более легкую. Такой случай нами уже был рассмотрен (рис. 3.10, а). Силовое соотношение для этого случая имеет вид (3.64). Диаметр капли дисперсной фазы определится как:

(3.74)

Аналогичным образом рассчитывается отрывной диаметр капли для случая (рис. 3.10, б). Баланс сил по вертикали имеет вид:

(3.75)

Подставив значения всех сил (выражения для них были даны выше), найдем:

(3.76)

В случае очень низких скоростей подачи дисперсной фазы уравнение упрощается и принимает вид:

(3.77)

Для случая может быть получена аналогичная формула, только вместо необходимо брать в формуле (3.77) .

Частота образования капель дисперсной фазы определяется
по формуле (3.67).

Увеличение расхода дисперсной фазы приведет сначала к образованию цепочки капель, а затем – к струеобразованию. Обычно неустойчивая струя дисперсной фазы в дальнейшем распадается на мелкие капли.

Диспергирование одной жидкости в другой при их взаимной нерастворимости можно получить путем механического перемешивания.

Рассмотрим движение капель дисперсной фазы в дисперсионной сплошной среде.

Формулу, полученную при обтекании капли потоком сплошной среды (3.68), можно использовать для описания движения мелких капель дисперсной фазы. Для средних и крупных капель она может быть использована для приближенной оценки гидродинамической ситуации. При этом необходимо иметь в виду, что форма капли при движении в сплошной среде может существенно изменяться (форма капли из сферической переходит в сфероид, тор и т.д.). За счет напряжения трения, возникающего на межфазной поверхности, внутри капли возникают циркуляционные токи, причем по пути движения они могут меняться. Большие капли неустойчивы, поэтому они могут разрушаться на более мелкие.
При массовом движении капель они могут сталкиваться между собой, что может привести к их слиянию в одну, слиянию с последующим дроблением.