Гидродинамическая структура потоков.

Наибольший вклад в проблему масштабного перехода вносит изменение гидродинамической структуры потоков при увеличении размеров аппарата. Структура потока – характер движения элементов потока в аппарате. Траектории движения этих элементов могут быть чрезвычайно сложными, что приводит к различному времени их пребывания в аппарате. Одни элементы быстро проходят через аппарат (байпас), другие, наоборот, задерживаются в аппарате больше среднего времени (застойные зоны), могут быть также возвратные потоки (рис. 2.9).

Рис. 2.9

1 – застойная зона;

2 – зона смешения;

3 – пограничный слой;

4 – ядро потока.

Охарактеризовать структуру потоков в аппарате можно полем скорости. Из – за сложности отыскания поля скорости структуру потока обычно характеризуют временем пребывания элементов потока в аппарате. Поскольку различные элементы имеют различные скорости и траектории движения, то и обладают разными временами пребывания в аппарате. Для описания этого явления используется функция распределения времени пребывания элементов потока в аппарате f(t) (рис. 2.10):

Рис. 2.10

(2.144)

Здесь - количество элементов потока, время пребывания которых в аппарате от t до t + dt; N – общее количество выделенных элементов в потоке.

Среднее время пребывания элементов в потоке ( – объём аппарата, Q – объёмный расход) может быть найдено:

(2.145)

Наиболее вероятное время пребывания элемента в аппарате соответствует максимальному значению .

На практике удобнее использовать безразмерное время пребывания и безразмерную функцию распределения :

; (2.146)