Дослідження впливу гідродинамічно активних додатків на втрати напору у трубопроводах. Методика отримання розрахункових залежностей для обчислення коефіцієнтів опорів раптових трубних звужень і розширень з урахуванням впливу домішків поліакриламіду.
Аннотация к работе
Поглибленого вивчення заслуговують раптові звуження та розширення труб, оскільки звуження та розширення є складовими елементами потоків у будь-якому каналі змінного перерізу. Питання актуальне для гідравлічних систем з трубопроводами діаметрами меншими від 50 мм (найпоширеніших у засобах керування потоками рідин), коли вплив ГДАД найістотніший, і корисною є знакозмінна дія місцевих опорів на втрати напору. експериментально встановити закономірності впливу додатків ПАА на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб; отримати розрахункові залежності для обчислення коефіцієнтів опорів раптових звужень і розширень труб з урахуванням впливу додатків ПАА; Базуючись на тому, що ефективність додатків полімерів зі зменшення опору є однією з найбільших серед інших методів, було вивчено літературні джерела з впливу цих додатків на втрати напору в таких місцевих опорах трубопроводів, як конфузори, раптові звуження труб, дифузори, раптові розширення труб і діафрагми.На підставі огляду існуючих досліджень з впливу ГДАД на втрати напору в місцевих опорах встановлено, що рух рідин з додатками полімерів крізь раптові звуження і раптові розширення труб досліджено менше, ніж у конфузорах, дифузорах і діафрагмах. Систематичні дослідження раптових звужень і розширень труб дозволить повною мірою пояснити механізм дії полімерних додатків на втрати тиску в місцевих опорах трубопроводів. Отримано значно більший вплив додатків полімерів на опір раптового звуження труби (до 290%) порівняно з раптовим розширенням (до 35%), до того ж, на раптовому звуженні труби переважає збільшення втрат напору. Зменшення опору як для раптового звуження, так і для раптового розширення труб мало місце при ступенях звуження потоку m=(d/D1)2(4,1…6,4) відповідно, коли потік деформується незначно, і також незначно порушується орієнтаційний ефект полімерних молекул. Уточнено механізм дії полімерних додатків на втрати енергії потоків рідин у раптових звуженнях і розширеннях труб, який базується на тому, що в тих місцевих опорах, де переважають втрати на тертя, додатки понижують гідродинамічний опір, а при домінуванні опору форми - збільшують його.
Вывод
1. На підставі огляду існуючих досліджень з впливу ГДАД на втрати напору в місцевих опорах встановлено, що рух рідин з додатками полімерів крізь раптові звуження і раптові розширення труб досліджено менше, ніж у конфузорах, дифузорах і діафрагмах. Звуження та розширення є складовими елементами потоків в будь-якому каналі змінного перерізу, що свідчить про актуальність їхнього вивчення. Систематичні дослідження раптових звужень і розширень труб дозволить повною мірою пояснити механізм дії полімерних додатків на втрати тиску в місцевих опорах трубопроводів.
2. Одержано зменшення та збільшення втрат напору в раптових звуженнях і розширеннях труб уведенням у потік додатків ПАА. Отримано значно більший вплив додатків полімерів на опір раптового звуження труби (до 290%) порівняно з раптовим розширенням (до 35%), до того ж, на раптовому звуженні труби переважає збільшення втрат напору. Зменшення опору як для раптового звуження, так і для раптового розширення труб мало місце при ступенях звуження потоку m=(d/D1)2(4,1…6,4) відповідно, коли потік деформується незначно, і також незначно порушується орієнтаційний ефект полімерних молекул.
3. Для води та водних полімерних розчинів усіх концентрацій незалежність коефіцієнтів місцевих опорів раптових звужень і розширень труб настає при числах Рейнольдса, рівних 10000…20000.
4. Максимальне збільшення опору раптового розширення труби додатками ПАА з концентраціями, які не перевищують оптимальної кг/кг, досягається при ступені розширенні потоку n=12,6±0,9. Тому використання додатків ПАА є доцільним в діапазоні .
5. При концентраціях до 10-4 кг/кг включно та значення відносної зміни коефіцієнтів опору раптових звужень труб не залежать від ступеня звуження потоку m.
6. Уточнено механізм дії полімерних додатків на втрати енергії потоків рідин у раптових звуженнях і розширеннях труб, який базується на тому, що в тих місцевих опорах, де переважають втрати на тертя, додатки понижують гідродинамічний опір, а при домінуванні опору форми - збільшують його. Підтверджений механізм, запропонований Б. Ліпатовим.
7. Розроблено алгоритм визначення втрат енергії в раптовому розширенні труби, який полягає в тому, що раптове розширення труби замінюється, за відомою моделлю, фіктивною циліндричною трубою і використовується відома формула обчислення втрат енергії в прямій циліндричній трубі за питомою потужністю, що витрачається на подолання опору потоку. Це дає можливість точного розрахунку необхідної потужності двигуна при переміщенні рідин у трубопровідних системах, насичених місцевими опорами.
8. У загальному вигляді розвязано задачу регулювання витрати рідини в гідравлічній системі введенням у потік ГДАД. Розроблено та запатентовано спосіб перерозподілу витрат плинного середовища між декількома трубопроводами. При його використанні досягається безперервне формування потрібного співвідношення витрат в окремих трубопроводах без залучення сторонніх джерел енергії.
9. Оцінено економічний ефект від використання ПАА при течії рідин, виходячи з кількості витраченої електроенергії. Встановлено, що в місцевих опорах при їх застосуванні як регуляторів тиску чи витрати ефект зростає зі збільшенням глибини регулювання тиску (витрати), яка залежить від геометричних характеристик опору і значень діаметрів трубопроводу, витрати рідини та гідродинамічної ефективності додатків.
10. Результати матеріалів дисертаційної роботи впроваджено на ВАТ “Прикарпатпромарматура” з очікуваним річним економічним ефектом 19,3 тис. грн. та на ТЗОВ Науково-виробничій фірмі “Техногал” з очікуваним річним економічним ефектом 21,6 тис. грн.
Список литературы
1. Чернюк В.В., Жук В.М., Піцишин Б.С., Орел В.І. Управління параметрами потоків введенням гідродинамічно активних додатків // Захист довкілля від техногенного впливу: Зб. наук. праць. - 1997. - № 1. - С.69-74.
3. Орел Вадим. Аналіз впливу полімерних додатків на втрати тиску в місцевих опорах трубопроводів // Вісн. Нац. ун-ту "Львів. політехн.". Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. - 2000. - № 404. - С.23-30.
4. Орел В. Застосування формули зміни діаметра струменя рідини стосовно раптового розширення трубопроводу // Вісн. Нац. ун-ту "Львів. політехн.". Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. - 2001. - №432. - С.11-14.
5. Орел В.І. Розрахунок втрат енергії при транспортуванні рідин у трубопроводах з раптовим розширенням потоку // Вісн. Рівненського Держ. техн. ун-ту. Збірник наук. праць. - 2001. - Вип. 1(8). - С.99-104.
6. Чернюк В.В., Орел В.І., Гнатів Р.М. Змінювання гідравлічного опору раптових розширень труб додатками поліакриламіду // Вісн. Укр. держ. ун-ту водн. госп-ва та природокорист. Збірник наук. праць. - 2002. - Вип. 5(18), ч.5. Гідротехнічні споруди, гідравліка, гідрологія та гідроенергетика. - С.202-209.