Регулювання витрати рідини в трубопроводах введенням у потік гідродинамічно активних додатків

Міністерство освіти України

Рівненський державний технічний університет

 

05. 23. 16 – гідравліка та інженерна гідрологія

 

Жук Володимир Михайлович

УДК 532. 517. 4: 532. 135

 

Рівне – 1999

 

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Державному університеті «Львівська політехніка» Міністерства освіти України.

Науковий керівник – кандидат технічних наук, доцент Чернюк Володимир Васильович, завідувач кафедри гідравліки та сантехніки Державного університету «Львівська політехніка».

Національного технічного університету «Київський політехнічний інститут» кандидат технічних наук, доцент Рогалевич Юрій Петрович, доцент кафедри гідравліки Рівненського державного технічного університету.

Провідна установа – Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти України (кафедра гідравліки та водовідведення), м. Київ.

Захист відбудеться “11” лютого 2000 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 47. 104. 01 у Рівненському державному технічному університеті (м. Рівне, вул. Соборна, 11)

 

 

Актуальність теми. Виходячи із загальносвітових тенденцій до зменшення енергомісткості виробництв, розробка нових енергоощадних технологій є справою першорядної ваги. Зменшення втрат енергії в трубопровідних системах – важливе питання енергозбереження. Тому особливої актуальності набуває вивчення можливих шляхів зниження гідравлічного тертя при транспортуванні рідин, особливо при турбулентному режимі руху, як найбільш розповсюдженому. Перспективним в цьому плані є введення в потік рідини гідродинамічно активних додатків (ГДАД), що дозволяє також цілеспрямовано впливати на фізичні власти-вості транспортованої рідини з метою керування основними параметрами потоку.

Традиційно витрату рідини в трубопроводі регулюють локальними пристроями: засувками, вентилями, спеціальними регуляторами витрати, принцип дії яких базується на дроселюванні потоку. У пристроях такого типу витрата рідини підтримується постійною за рахунок того, що максимально відкритий прохід відповідає мінімальному напорі на вході в систему, а при збільшенні напору прохід відповідно прикривається, що викликає збільшення опору трубопроводу в цілому і забезпечує, таким чином, постійність витрати. Проте, витрату рідини можна регулювати керованим зниженням турбулентного тертя по довжині трубопроводу за рахунок введення в потік ГДАД з метою зменшення турбулентних напружень тертя. Такий спосіб управління витратою потоку є більш зручним та економічним в експлуатації, не вимагає апаратних пристроїв для керування ступенем відкриття запірно-регулюючої арматури і в частині випадків дозволяє відмовитись від складних регуляторів витрати.

Вищесказаним пояснюється актуальність проблеми дослідження впливу ГДАД на гідравлічний опір трубопровідних систем та створення методик розрахунку параметрів таких потоків.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота відповідає п. 4 “Екологічно чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології” “Концепцій пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки”, прийнятих постановою Кабінету міністрів України від 22. 06. 1994р. № 429 та науковому напрямку кафедри гідравліки та сантехніки ДУ “Львівська політехніка”.

Метою роботи є наукове обгрунтування і розробка методів регулювання витрати рідини в трубопроводах за допомогою гідродинамічно активних додатків.

Задачі дослідження: узагальнити сучасні уявлення про механізми зміни гідравлічного опору ГДАД; теоретично та експериментально обгрунтувати можливість застосування ГДАД для регулювання витрати рідини в трубопроводах; розробити математичну модель регулювання витрати рідини в трубопроводі; обгрунтувати здійснимість перерозподілу витрати між кількома трубопроводами введенням у потік ГДАД; дослідити вплив ГДАД на підвище-ння рівномірності роздачі рідини в трубопроводах з шляховим відбором; вивчити залежність витрати рідини в трубопроводі від концентрації; розробити спосіб стабілізації витрати за допомогою ГДАД; запропонувати стабілізатор витрати, що реалізує даний спосіб; виявити діапазон економічно доцільного використання ГДАД.

Методи дослідження. Використано комплексний метод дослідження. Розробка методик регулювання витрати рідини в трубопроводах введенням у потік ГДАД підкріплена чисельним розрахунком розподільних трубопроводів та експериментальним дослідженням впливу ГДАД на турбулентне тертя та витрату в трубопроводі.

Наукова новизна одержаних результатів:

1) отримано нові експериментальні дані про вплив полімерних додатків на величину турбулентного тертя в трубах, особливо при малих концентраціях додатків (10 -7 – 10 -5 кг/кг) ;

2) запропоновано методики регулювання витрати рідини в трубопроводах введенням у потік ГДАД;

3) розроблено математичну модель стабілізації витрати в трубопроводі за допомогою ГДАД при довільному коливанні тисків на його кінцях;

4) встановлено закономірності впливу ГДАД на підвищення рівномірності відтоку рідини в трубопроводах з шляховим відбором;

5) обгрунтовано умови, при яких застосування полімерних додатків для зменшення турбулентного тертя є економічно вигідним.

Наукові положення, висновки та рекомендації, сформульовані в дисертаційній роботі, теоретично обгрунтовані, їх вірогідність підтверджена результатами чисельних і фізичних експериментів, проведених з використанням сучасних методів дослідження.

Наукове значення роботи. Розроблені методики регулювання витрати рідини в трубопроводах введенням в потік ГДАД поглиблюють знання про керування пара-метрами напірних потоків. Отримані експериментальні результати доповнюють відомості про зміну гідродинамічного опору полімерними додатками, особливо в діапазоні сильно розведених розчинів з масовими концентраціями 10 -7-10 -5 кг/кг.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено зручні для практичного використання методики розрахунку інтегральних параметрів потоків з ГДАД. Використання запропонованого і запатентованого способу регулювання витрати рідини дозволяє підтримувати постійну витрату рідини в трубопроводі без втрат енергії потоку на органах регулювання. Розроблено регулятор витрати, що реалізує запропонований спосіб. Результати дисерта-ційної роботи знайшли промислове використання: