Лако-красочные материалы — производство

Большинство исследований теплоотдачи в этом случае было про­ведено для потока в трубе, для аппаратов же с мешалками выполнено только несколько работ. На основе полученных до сих пор экспери­ментальных результатов можно предположить, что присутствие дис­персной фазы в жидкости влияет на теплоотдачу, если концентра­ция (содержание) этой фазы соответственно выше. Для более малых концентраций дисперсной фазы можно рассчитать теплоотдачу по уравнениям, применяемым для чистых жидкостей, оперируя физи­ческими параметрами непрерывной (сплошной) фазы. Это условие можно сформулировать следующим образом:

И»®*,-.-1 (V"E7)

Тде Nu, Num — критерии Нуссельта для чистой жидкости (сплошной фазы) и для смеси; Фг — объемная доля дисперсной фазы.

Разные авторы по-разному учитывают в критериальных уравне­ниях влияние присутствия дисперсной фазы на теплоотдачу. Можно ввести в критериальные уравнения параметры смеси или дополни­тельные поправки, учитывающие концентрацию дисперсной фазы и физические свойства указанной фазы. Это зависит от рода дисперс­ной фазы (жидкость, газ, твердое тело), разности плотностей фаз, а также способа подхода данного автора к рассматриваемому во­просу.

Системы жидкость — твердое тело

Теплоотдача в аппаратах для перемешивания таких систем стала предметом изучения в очень многих экспериментальных работах [26, .29, 39, 50]. Проведя первые исследования, носящие общий характер,

Каммингс и Вест [26] показали, что присутствие частиц твердого тела (шарики синтетического ионита в толуоле) снижают коэффи­циент теплоотдачи. Это снижение было значительным и составляло приблизительно 25% при концентрации суспензии, равной также 25%.

Франтишек, Смит и Донел [29] провели обширные исследования теплоотдачи для суспензий в аппарате с пропеллерными мешалками. Авторы применяли сосуд с отражательными перегородками и кони­ческим дном. Размеры аппаратуры были следующими: D = 0,6 м, D/D = 0,211-f-0,44, Z = 3; S/d = 1. Сплошной фазой служила вода, В качестве дисперсной фазы использовались стеклянные шарики, гранулы доломита, а также шарики поливинилхлорида и полисти­рола. Дисперсный состав твердой фазы был равен 0,05—0,4 мм. Авторы обобщили результаты своих исследований в виде уравнения;

(Y-68)

Где Ф5 — объемная доля зерен (гранул) твердого тела в суспензии.

Индексы «с», «5» и «т» в уравнении (V-68) обозначают соот­ветственно сплошную фазу (воду), зерна твердого тела и смесь (суспензию).

Уравнение (V-68) справедливо для следующих диапазонов иссле­дованных переменных:

Re=2,7 • 105 — т-2 • 10е; Рг = 1,9-=-6,2

= 2,37-^4,74; < 1; -^-=1,15-7-2,85 D D Ус

— «0,192-^-0,4; . Ф’ =0,017-г-0,125 С с 1—®s

Авторы сообщают, что в том случае, когда объемная концентра­ция суспензии меньше 1 %, вместо зависимости (V-68) следует при­менять уравнение для чистой жидкости (сплошной фазы).

Физические параметры суспензии были вычислены но формулам:

= г)с (1 + 2,5 Ф5+ 7,54 Ф?)

И

Остальные физические параметры рассчитывались по аддитив­ному способу.

Поправка (1 — Ф5)/Ф5 показывает, что с возрастанием ф5 коэффи­циент теплоотдачи снижается. Это согласуется с более ранними на­блюдениями Хиксона и Баума [36], а также Каммингса и Веста [26].

Характерно здесь также отрицательное влияние отношения d/D (противоположное тому, которое установило большинство авторов Для чистых жидкостей).

Сервинский и Квашняк [50, 72] выполнили обширные исследова­ния теплоотдачи при перемешивании суспензий. Опыты проводи­лись в сосуде без отражательных перегородок, с эллиптическим дни­щем и встроенным спиральным змеевиком. Размеры были следу­ющими: D = 0,3 м, HID = 0,8-+1,1, d = 0,18 м, Ъ = 0,03 м, Z = 2.

В качестве сплошной фазы использовались вода, водные растворы глицерина и этиленгликоля, а в качестве дисперсной фазы — зерна мела, кальцитовые пески, шарики полистирола и полиамида. Изу­чалась теплоотдача при использовании рубашки и змеевика.

В предварительных исследованиях авторы проверили уравнение Чилтона, Древа и Эбенса [25], полученное для аналогичной аппара­туры. Оказалось, что для случая теплоотдачи при использовании змеевика, справедливо идентичное уравнение (табл. V-6, постоянная С = 0,87), а для случая теплоотдачи при использовании рубашки полученные результаты приблизительно на 30% выше эксперимен­тальных данных, опубликованных в работе [25]. Поэтому Сервин­ский и Квашняк увеличили значение постоянной уравнения Чил­тона и сотрудников (табл. V-5) с 0,36 до 0,46.

При интерпретации результатов исследований теплоотдачи для суспензий авторы цриняли новую гидродинамическую модель про­цесса, учитывающую возможность появления ламинарной пристен­ной пленки, состоящей из чистой сплошной фазы (жидкости). Такое гидродинамическое состояние возникает, по мнению авторов, тогда, когда частицы твердой фазы имеют плотность, близкую к плотности жидкости. Если плотность дисперсной фазы значительно выше плотности жидкости, частицы твердого тела приближаются к поверх­ности нагревающего (охлаждающего) элемента, и тогда тоже в сус­пензии образуется ламинарная пленка. Основываясь на таком пред­положении, авторы обобщили результаты своих исследований в виде критериальных уравнений, идентичных зависимостям для чистой жидкости (сплошной фазы), однако отдельные физические параметры в полученных уравнениях имели другие значения.

Для случая, когда плотность частиц твердого тела была близка к плотности жидкости, авторы предлагают следующие уравнения: при использовании змеевика

^ в о 87 У’62 (^L)4′ ( JbL-V’14 (V-69)

Л ‘ v Цт / ас J RCs J

При использовании рубашки

-^ 046 f Nd2ym (V-70)

^ ‘ *}т / ас / Лс« /

А.

Где vm — кинематическая вязкость суспензии; ас — ———————- коэффи-

СсУс

Циент температуропроводности чистой жидкости.

Для суспензий, когда плотность частиц значительно выше плот­ности жидкости, было получено: при использовании змеевика

.£^ = 0 87 ( Nd2ym У»2 ( СтЦт У/3 (^-У’14 (V-71)

X ‘ V Чт / km ) 4ms)

При использовании рубашки

AD -0 16/" Nd2ym У7′ ( СтГ]т У7′ f-^У’14 (V-72)

^ ‘ Лт / Ят J V VMs)

В этих уравнениях индексы «с» и «яг» относятся соответственно к сплошной фазе (жидкости) и суспензии, а дополш тельный ин­декс ««» обозначает, что данный параметр должен быть определен при температуре стенки.

Уравнения (V-69) и (V-72) могут применяться для следующих диапазонов изученных переменных:

Ие= 103-^-3,6 -105; Фв = 0,05 0,2

Для расчета вязкости суспензии авторы использовали формулу Чт = Чс (1 + 2,5Ф8+ 10,05Ф| + 0,00273 ехр 16,6Ф5)

А для определения вязкости суспензии изометрических частиц — формулу:

( ф5 N-1,8

Где Ф50 — объемная доля зерен твердого тела в осадке, полученном в результате продолжительной гравитационной седиментации су­спензии.

Для расчета коэффициента теплопроводности авторы использо­вали ту же самую формулу, что и Франтишек, Смит и Донел [29]. Остальные параметры суспензии были определены аддитивным спо­собом по следующим формулам: плотность

Ут = ф8у5 + (1-Ф5) Yc

Удельная теплоемкость

СщУт = Ф. С5Т8+ (1 — ф5) сеус

Авторы отмечают, что уравнения (V-71) и (V-72) дают значения коэффициентов теплоотдачи, несколько заниженные по сравнению с действительными. Это обусловлено тем, что в уравнениях (V-71) и (V-72) не учитывается влияние разрушения пристенной пленки твердыми частицами суспензии. Однако определение коэффициентов теплоотдачи по этим уравнениям безопасно, так как обеспечивается некоторый расчетный резерв.