Свойство экстремальных значений энтропии для критических режимов двухфазных потоков

Аннотация

Критическим режимом в вертикальном восходящем потоке считается такой, при котором часть твердых частиц движется с потоком, а другая часть выпадает против течения. Энтропия является ключевым параметром при анализе свойств массовых систем. Она может рассматриваться состоящей из двух частей: возникающей при прохождении необратимых процессов внутри системы (внутренняя энтропия) и зависящей от связи системы с внешней средой (внешняя энтропия). Под системой при этом понимается совокупность всех твердых частиц разной крупности, одновременно находящихся в потоке среды. Обычная общая энтропия в термодинамике, состоящая из этих двух составляющих, имеет тенденцию достигать максимума при достижении всей системой равновесия. При этом внутренняя энтропия в ней всегда возрастает. В отличие от общепринятой энтропии в рассматриваемом процессе внутренняя энтропия может уменьшаться из-за особенностей движения твердой фазы и вызванного этим массообмена. Однако в смеси частиц всегда при критическом режиме обнаруживается такой узкий класс крупности, для которого энтропия стремится к максимуму при достижении этим классом своеобразного равновесия в потоке. Особенность этого равновесия заключается в равновероятном распределении частиц этого класса в оба направления движения: вверх и вниз. Для других классов крупности, участвующих в процессе, внутренняя энтропия не достигает максимума, и эти классы делятся между направлениями движения неодинаково. С равновесным классом крупности связано условие оптимальности массообмена всей гранулометрической совокупности частиц в конкретных условиях критического течения.