Движение жидкости через неподвижные, пористые и зернистые слои

Многие гидромеханические процессы связаны с движением капельных жидкостей или газов через неподвижные слои твердых материалов, состоящих из отдельных элементов.

К основным характеристикам такого движения относятся:

· гидравлическое сопротивление слоя Δр_сл которое можно рас­считать по уравнению, сходному с выражением (1.13),

где l_к – длина каналов в слое; w – средняя (истинная) скорость потока в канале; d_экв – эквивалентный диаметр каналов; λ = f(Rе_сл) – коэффициент гидравлического сопротивления слоя;

· порозность, или объемная доля пор в слое,

где V – объем пористого слоя; V_тв – объем твердой фазы в слое;

· истинная и фиктивная скорости – для удобства расчета в уравнении (1.14) часто используется не w (истинная скорость в каналах слоя), а w_Ф – фиктивная скорость потока, отнесенная к сечению аппарата, в котором размещен слой.

Связь между средней и фиктивной скоростью определяется уравнением неразрывности

wf_k = w_Фf,

где f_k, f сечения каналов и аппарата, соотношение между кото­рыми легко определить как

откуда

где Н - высота зернистого слоя;

· эквивалентный диаметр каналов в зернистом слое

где а = S_K/V – удельная поверхность частиц в слое, величину которой для слоя с частицами одинакового размера можно рассчитать по зависимости

где ψ =f_Ш/f -фактор формы, представляющий отношение поверхности шарообразной частицы f_Ш, имеющей тот же объем, что и рассматриваемая частица с поверхностью f; d – диаметр частиц в слое;

· длина каналов l_К с учетом коэффициента извилистости каналов k может быть записана как

где Н – высота зернистого слоя.

При подстановке зависимостей (1.15)-(1.18) в уравнение (1.14) получим

Одновременно коэффициент гидравлического сопротивления может быть рассчитан для всех режимов течения по эмпиричес­кой зависимости