POLITECHNIKA POZNAŃSKA Wydział Technologii Chemicznej Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej Zakład Inżynierii i Aparatury Chemicznej
Rok akademicki 2003/04	Rok studiów III	Nr ćwiczenia 7	Data oddania 06.05.2004
Wykonał	Sprawdził	Zwrot	Ocena
Sopel Piotr Błażej Skóra	mgr D.Dulska
TEMAT ĆWICZENIA Badanie spływu grawitacyjnego filmu cieczy po ścianie płaskiej.
UWAGI

Wstęp teoretyczny.

Jednym z typów aparatów absorpcyjnych są aparaty o zraszanych ścianach, rurkowe lub płaskorównoległe, przydatne szczególnie wtedy, gdy procesowi wymiany masy towarzyszy efekt cieplny.

Gładka powierzchnia swobodna filmu cieczy występuje jedynie w ograniczonym zakresie wartości natężenia zraszania powierzchni Γ i liczb Reynoldsa Re_e, albowiem już dla niewielkich wartości liczb Reynoldsa pojawiają się długie fale sinusoidalne.

Optymalne jednostkowe natężenie zraszania powierzchni ograniczone jest dwoma wartościami Γ_min< Γ < Γ_max przy czym Γ_min oznacza wartość, poniżej której praktycznie przestaje się tworzyć równomierna warstwa spływającej cieczy, przez co część powierzchni ściany nie jest zraszana, natomiast Γ_max opisuje wartość, powyżej której następuje zbyt silne odpryskiwanie cieczy, wskutek czego znaczna jej ilość omija powierzchnie ściany. Podstawę wyznaczania minimum zraszania powierzchni stanowi tzw. Energetyczna teoria Hoblera, który założył, że w przypadku spływu filmowego bez jednoczesnej wymiany ciepła lub masy między zwierciadłem cieczy a otoczeniem na układ nie wpływają energie chemiczna i cieplna jako nie związane z przepływem oraz energia potencjalna, która zużywa się na tarcie. Energia całkowita układu jest więc sumą energii kinetycznej i energii pochodzącej od napięć powierzchniowych.

W wyniku przeprowadzonych rozważań Hobler uzyskał wzór na całkowitą energię właściwą układu:

Parametry geometryczne powierzchni:

-szerokość L=O=0,214[m]

-długość H=1,2[m]

powierzchnia F=0,2568[m²]

kąt nachylenia Θ₀=17,74°

Parametry fizykochemiczne:

-dynamiczny współczynnik lepkości η=8,0145*10^-4[Pa*s]

-gęstość cieczy ρ=995,5[kg/m³]

-zastępczy wymiar liniowy δ_e=40,41*10^-6

Lp.	Temperatura	Natężenie przepływu cieczy	Natężenie zraszania powierzchni	Objętość cieczy na płycie	Średnia grubość filmu cieczy	Ree	sr
	[K]	[m^3/s]	[kg/m*s]	[m^3]	[m]	[-]	[-]
1.	300	4,16667E-05	0,193847352	0,000145	0,000564642	968,0267	4,25751892
2.	300	8,33333E-05	0,387694704	0,000217	0,000845016	1936,053	6,371597281
3.	300	0,000125	0,581542056	0,000278	0,001082555	2904,08	8,162691447
4.	300	0,000166667	0,775389408	0,00033	0,001285047	3872,107	9,689525818

Parametry geometryczne powierzchni

-szerokość L=O=0,214[m]

-długość H=1,2[m]

powierzchnia F=0,2568[m²]

kąt nachylenia Θ₀=24,7°

Parametry fizykochemiczne:

-dynamiczny współczynnik lepkości η=8,0145*10^-4[Pa*s]

-gęstość cieczy ρ=995,5[kg/m³]

-zastępczy wymiar liniowy δ_e=40,41*10^-6

Lp.	Temperatura	Natężenie przepływu cieczy	Natężenie zraszania powierzchni	Objętość cieczy na płycie	Średnia grubość filmu cieczy	Ree	sr
	[K]	[m^3/s]	[kg/m*s]	[m^3]	[m]	[-]	[-]
1.	300	4,16667E-05	0,193847352	0,000145	0,000564642	967,4832	5,839
2.	300	8,33333E-05	0,387694704	0,000217	0,000845016	1934,966	8,739
3.	300	0,000125	0,581542056	0,000278	0,001082555	2902,45	11,195
4.	300	0,000166667	0,775389408	0,00033	0,001285047	3869,933	13,289

Natężenie zraszania powierzchni Γ wyznaczamy z zależności:

4Γ/η=4√*ρ/O*η

Średnią grubość filmu cieczy s obliczamy ze wzoru:

s=V/F

Wartość zmodyfikowanej dla spływu filmowego cieczy liczby Reynoldsa wyznaczamy ze wzoru:

Re_e=4Γ/η

Kąt nachylenia powierzchni spływu Θ₀ wyznaczamy z funkcji trygonometrycznej (tgα), a następnie odczytujemy wartość kąta z tablic.

Zredukowaną grubość warstwy s_r obliczamy ze wzoru:

s_r = s / δ_{e *} (sinΘ₀) ^1/3

Na podstawie uzyskanych wykresów zależność:

s_r = c * Re_e^A

przyjmuje postać:

- dla kąta nachylenia 17,74°

s_r = 0,0019 * Re_e^2,5986

- dla kąta nachylenia 24,7°

s_r = 0,002 * Re_e^3,0606

Wnioski:

Wraz ze wzrostem natężenia przepływu cieczy wzrasta natężenie zraszania powierzchni oraz objętość cieczy na płycie. W związku z tym pozostałe wartości, takie jak średnia grubość cieczy, liczba Reynoldsa oraz zredukowana grubość warstwy, również wzrastają.

Analizując wyniki dla kąta nachylenia Θ=17,74° i Θ=24,7° można stwierdzić, że im większy kąt nachylenia tym objętość cieczy na płycie jest większa.

---