Влияние геометрии насадки на поверхность массообмена

Жидкость растекается тонкой плёнкой по поверхности насадки, поверхность массообмена равна поверхности этой плёнки. В этой статье мы рассмотрим влияние геометрии проволочной насадки на площадь поверхности плёнки.

Если бы насадка была прямолинейной, то площадь поверхности массообмена была бы пропорциональна площади поверхности проволоки. В этой статье мы рассматриваем витую насадку (СПН), витки которой соприкасаются. В местах соприкосновения плёнки жидкости на витках объединяются, образую неразрывную поверхность:

В этих местах поверхность плёнки (и поверхность массообмена) очевидно не равна (и не пропорциональна) поверхности проволоки — она более, чем в два раза меньше. И такой тип смачивания будет на всех участках, где расстояние между витками будет меньше удвоенной толщины плёнки, а длина этих участков сильно зависит от геометрии насадки. На картинке ниже классическая СПНка :

На картинке в масштабе изображена исследованная нами СПН 4,2х0,25 , радиус закругления витка 0,4 мм. (отчёт об исследовании). Толщина плёнки жидкости 0,1 мм. Красными стрелками обозначены места соприкосновения витков (на одной стороне витка, всего сторон три, т.к. призма трёхгранная). Очевидно, что чем меньше угол смещения витков, тем большую площадь занимает объединённая плёнка смачивания. К сожалению, это не главная неприятность. Основной вклад в уменьшение поверхности массообмена вносит большой радиус закругления витка (три параллельных стрелки). Т.е. неразрывная поверхность плёнки обтекает элемент насадки не только по закруглённым участкам, но и в средних частях прямолинейных участков. Длина этих участков равна длине элемента насадки. Считать поверхность массообмена такой насадки, исходя из поверхности проволоки абсолютно некорректно.

Уменьшение радиуса закругления витков радикально меняет картину смачивания:

На этой картинке изображён элемент насадки того же размера, но радиус закругления витка 0,15 мм. Угол при вершине витка 68,5 град., (радиус и угол как у нашей СПНки, на предыдущей картинке угол 65,5 град.). Закруглённые участки витков не соприкасаются и на них не образуется сплошная неразрывная плёнка смачивающей жидкости.

Все эти детали непосредственным образом влияют на эффективность (угловатая насадка заметно эффективнее) и на производительность (производительность более, чем в два раза выше, она пропорциональна площади межвитковых пор).