حين يُمرَّر غازٌ صعودًا عبر مهدٍ من الجسيمات الصلبة، توازن قوةُ المقاومة فوق سرعة معيّنة وزنَ الجسيمات فيتميّع المهد: ويبدأ الصلب بالتصرف كسائل.
وتُوجَد سرعةُ العتبة (سرعة التمييع الدنيا) بمساواة هبوط الضغط في المهد بوزن الجسيمات؛ وعلاقةُ إرغون هي المصدر الكلاسيكي لهبوط الضغط هذا [1].
الفقاعات: الحلّ والمشكلة معًا
فوق سرعة التمييع الدنيا يعبر الغازُ الفائض المهدَ على هيئة فقاعات.
الفائدة: الفقاعات الصاعدة تمزج المواد الصلبة. ولهذا تعطي المهادُ المميّعة توزيعًا ممتازًا للحرارة وتعمل شبه متساوية الحرارة.
الضرر: الغاز داخل الفقاعة يعبر المهد بلا ملامسة تُذكر للمواد الصلبة — وهو مسار التفافي. ولذلك قد تنخفض كفاءةُ التفاعل أو انتقال الحرارة دون المتوقع.
ويُعنى التصميم بضبط مقاس الفقاعات: فالصغير جدًا يُضعف المزج، والكبير جدًا يُفرط في الالتفاف.
أنظمة أخرى
مع ارتفاع السرعة يمرّ المهدُ بتكوّن القنوات، ثم بالتدفق على شكل سدّات، ثم بالنقل الهوائي أخيرًا. ولكل نظام نهجُ نمذجة مختلف؛ واختيارُ نموذج دون معرفة النظام الذي أنت فيه بلا معنى.
النمذجة
لأن الكسر الحجمي للمواد الصلبة عالٍ، فتتبّعُ الجسيمات فرادى غير عملي؛ بل يجب حلّ الطورين بوصفهما أوساطًا متصلة متداخلة. انظر ملاحظة الجريان متعدد الأطوار.
وتتوقف النتيجة توقفًا شديدًا على مقاومة ما بين الطورين وعلى إغلاقات تصادم الجسيمات بعضها ببعض. وهذا بندُ ارتياب وينبغي ذكره.
كما أن المسألة عابرة بطبيعتها: فالفقاعات تتكوّن وتندمج وتنفجر. والحل المستقر لا يستطيع رؤية الفقاعات البتة ويُظهر المهد متجانسًا. انظر ملاحظة مستقر أم عابر.
المراجع
- Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.
- Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806