Регулювання витрати рідини в трубопроводах введенням у потік гідродинамічно активних додатків

При дослідженні зміни витрати рідини зручніше використовувати запропонований в роботі критерій S2:

 

S2 = ( -1) 100%

 

де W2, P2 – коефіцієнти гідравлічного тертя відповідно для потоку води та водного розчину полімера при однаковому дотичному напруженні на стінці труби о. Критерій S2 визначається з графіків гідравлічного опору в координатах Прандтля-Кармана. Абсциса цього графіку є функцією лише дотичного напруження на стінці о:

 

Re = 2 d   /

S2 = (QP / QS – 1) 100%,

 

де QS, QP – витрата розчинника та розчину полімера відповідно.

Використана методика проведення вимірювань та їх математичної обробки дозволила досягти відносної похибки визначення коефіцієнта гідравлічного тертя в межах 3, 7-6, 7%, а коефіцієнтів раптових звужень і розширень труб – до 5-10%.

Крім того, було проведено реологічні дослідження робочих рідин з вико-ристанням ротаційного віскозиметра ВСН-3 та капілярного віскозиметра ВПЖ-1.

З припущення домінування в потоці турбулентного ядра отримано вирази для розподілу осереднених швидкостей в трубі для розчинів різних концентрацій, графічна інтерпретація яких подана нижче.

Результати реологічних досліджень показали, що розчини ПАА з концентраціями до 10ррm мають властивості ньютонівської рідини з в’язкістю, близькою до в’язкості води; з концентраціями від 10 до 100 ррm їх ще можна вважати ньютонівськими, але з підвищеною в’язкістю; при концентраціях, більших 300 ррm – ведуть себе як псевдопластичні рідини.

Для розчинів полімерів з концентраціями до 10…50 ppm має місце лінійна залежність коефіцієнта гідравлічного тертя від масової концентрації

 

P = S – kC,

 

причому коефіцієнт гідродинамічної ефективності додатків k в дослідженому діапазоні діаметрів можна знайти з виразу:

 

k 5700/D

 

Для труби D=5, 81мм було отримано узагальнену емпіричну залежність для P в області особливо малих концентрацій:

 

P = (0, 32+0, 152С) / 

 

Аналогічні залежності отримано для труб інших діаметрів.

Введено поняття корисності додатків, яка визначається відношенням величини їх гідродинамічної ефективності до вартості. Порівняння корисності досліджуваних полімерних додатків показало перевагу вітчизняного ПАА над імпортним ПОЕ.

Проаналізовано техніко-економічну ефективність використання досліджува-них ГДАД з метою економії енергії за рахунок зменшення турбулентного тертя. Показано, що їх доцільно застосовувати в трубопроводах довжиною L  (106…107) D. В більш коротких трубопроводах викорастання додатків виправ-дане при наявності інших корисних ефектів, наприклад, при регулюванні витрати рідини в трубопроводі, покращенні характеристик транспортованого середовища. Крім того, застосування ГДАД може дати значний соціальний ефект при покращенні характеристик протипожежного струменя або при збільшенні пропускної здатності каналізаційних колекторів під час їх катастрофічного переповнення.

 

 

1. Отримано нові експериментальні дані щодо впливу полімерних додатків на інтегральні характеристики потоків в гладких трубах, трубах типу Aquadrop, на раптових звуженнях і розширеннях труб.

2. Розроблено науково обгрунтовані методики регулювання витрати рідини в трубопроводах за допомогою ГДАД. Розглянуто особливості регулювання для трьох задач: стабілізації витрати рідини в трубопроводі при змінному перепаді тисків на його кінцях; перерозподілу витрати рідини між декількома трубопроводами; зменшення ступеня нерівномірності роздачі рідини в трубопроводах з шляховим відбором.

3. Проведено чисельний експеримент, який показав, що особливості роздачі рідини в трубопроводах з відтоком по шляху визначаються трьома безрозмірними параметрами, що залежать від конструктивних особливостей трубопроводу та від властивостей транспортованої рідини: коефіцієнтом витрати отворів, шпарува-тістю трубопроводу та його зведеним коефіцієнтом опору. Отримано загальну залежність для визначення ступеня нерівномірності відбору рідини.

4. Експериментально встановлено, що для сильно розведених полімерних розчинів з масовими концентраціями до 10…50 ppm коефіцієнт гідравлічного тертя зменшується зі збільшенням концентрації за лінійним законом. Підтверджено, що гідродинамічна ефективність полімерних додатків в прямих гладких трубах спадає зі збільшенням діаметра. Встановлено, що при масовій концентрації розчинів ланцюжкових полімерів типу ПАА чи ПОЕ до 10 ppm значення гідродинамічної ефективності обернено пропорційне до діаметра труби в степені, близькому до одиниці.

5. Обгрунтовано, що введення полімерних додатків в трубопровідні потоки, з метою зменшення втрат енергії на турбулентне тертя, економічно ефективне в трубопроводах довжиною L > (10 6... 10 7) D.

6. Розроблено та запатентовано спосіб регулювання витрати рідини введенням в потік ГДАД та відповідний йому регулятор витрати. Впровадження розробок на підприємствах, підпорядкованих Управлінню державної пожежної охорони УМВС у Львівській області, показало їх економічну ефективність та дало позитивний соціальний ефект (покращення умов техніки безпеки).

 

 

1. Жук В. М., Чернюк В. В. Течія рідин з гідродинамічно активними добавками через місцеві опори //Вісник Державного університету «Львівська політехніка». Теплоенергетичні системи та пристрої. – Львів: В-во ДУ»ЛП», 1994. – N282. – С. 27-30.

2. Жук В. М., Піцишин Б. С. Течія рідин між коаксіальними та ексцентрич-ними циліндрами // Вісник Державного університету «Львівська політехніка». Тепло-енергетичні системи та пристрої. – Львів: В-во ДУ»ЛП», 1995. – №291. – С. 18-20.

3. Жук В., Орел В. Проблеми використання гідродинамічно