CC BY
25
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 3
Основные показатели проекта по производству пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами
Показатели Всего, тыс. руб.
Затраты на организацию производства продукции 19122,524
Товарная продукция 23480,55
Балансовая прибыль проекта В том числе: 4358,026
сумма обязательных платежей в бюджет, в том числе налог на прибыль 35 % 1525,31
Чистая прибыль предприятия 2832,716
Рентабельность, % 22,79
Капитальные вложения 769,408
Окупаемость капитальных вложений, лет 3,25
В табл. 3 приведены основные показатели проекта производства пилопродукции из комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами. Таким образом, при распиловке комбинированного пиловочника, пораженного радионуклидами, новым способом рентабельность производства составит 22,8 %, а срок окупаемости капитальных вложений 3,25 года. Библиографический список 1. Симонов, А.С. Исследование динамики. Пути использования древесины, зараженной радионук- лидами / А.С. Симонов и др. // Чернобыль 10 лет спустя. Итоги и перспективы. Мат. Всерос. науч.-практ. конф. - Ч. 2. - Брянск. 1996. - С. 18-19. 2. Алексахин, Р.М. Миграция радионуклеидов в лесных биогеоценозах / РМ. Алексахин, М.А. Нарышкин. - М.: Наука, 1977. - 142 с. 3. Патент 2350460 Российская Федерация, МПК В27В 1/00. Способ раскроя круглых лесоматериалов, пораженных радионуклидами / А.С. Торопов, С. А. Торопов, В.М. Меркелов и др.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Марийск. гос. техн. ун-т. - Заявка 2007117657/03; заявл. 11.05.07; опубл. 27.03.09, бюл. № 9. - 9 с. 4. Пижурин, А.А. Основы научных исследований в деревообработке: учебник / А.А. Пижурин, А.А. Пижурин. - М.: МГУЛ, 2005. - 304 с.
анализ распределения скорости струи суспензии при течении ее в рабочих органах размольной установки «струя - преграда»
A. А. ЕРОФЕЕВА, асп. СибГТУ,
B. И. КОВАЛЕВ, доц. СибГТУ, канд. техн. наук,
Ю.Д. АЛАШКЕВИЧ, проф. СибГТУ, Институт химии и химической технологии СО РАН, д-р. техн. наук,
В.П. БАРАНОВСКИЙ, проф. СибГТУ, канд. техн. наук
annakrasnoyarsk@rambler.ru; mapt@sibstu.kts.ru 1 Три изучении процесса движения жид- налам и рабочим полостям гидравлических
ких сред весьма актуальным является вопрос определения их физических характеристик. В связи с этим наибольший интерес представляет определение коэффициента динамической вязкости, поскольку этот физический параметр играет большую роль в расчетах оборудования, связанного с перемещением жидкости по трубопроводам, ка- машин. Если для воды определение коэффициента динамической вязкости не представляет затруднений, то для волокнистых суспензий его определение представляет некоторые трудности, связанные с невозможностью использования вискозиметров для определения коэффициента динамической вязкости воды.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010 147
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1
Значения времени и величина секундного расхода при истечении жидкостей из насадки
Исследуемая жидкость Время истечения, t, с Секундный расход, Q, м3/с
Вода 30,03 0,00004235
Целлюлоза 0,5 % 32,80 0,00003877
Целлюлоза 1 % 34,56 0,00003680
Целлюлоза 1,5 % 36 0,00003533
Существующие работы [1-3] по определению коэффициента динамической вязкости позволяют определить значение вязкости для волокнистых суспензий определенных концентраций. Для этих целей авторами работ запатентован и использован специальный вискозиметр. Системного подхода к определению значений коэффициента динамической вязкости волокнистых суспензий различных концентраций и вида сырья волокнистого материала, к сожалению, до настоящего времени нет. Для решения поставленной задачи можно идти двумя путями:
1) использовать специальный вискозиметр, позволяющий определить коэффициент динамической вязкости для вышеуказанных суспензий. Этот путь позволяет решить частные задачи, как это было сделано в работах
[1-3].
2) определить коэффициент динамической вязкости, заключающийся в использовании закона Ньютона [4-6], связывающего между собой динамическую вязкость и скоростные характеристики потока жидкости
F •( z - z2)
д=————, Па •с,
(1)
(и1 -и2> s
где д - динамический коэффициент вязкости, Па-с;
F - сила сдвига, Н;
(Zj - z2) - расстояние между слоями жидкости, м;
(U - и2) - разница между значениями скоростей соседних слоев потока, м/с;
s - площадь сдвига слоев, м2.
Основной задачей данной работы является определение характера распределения скорости струи суспензии при течении ее в цилиндрических полостях рабочих каналов размольной установки «струя - преграда».
С целью получения ответа на данный вопрос была использована безножевая размольная установка «струя-преграда» [7], раз-
работанная в лаборатории кафедры МАПТ. В качестве исследуемых жидкостей использовалась вода и сульфитная небеленая целлюлоза концентрацией 0,5, 1 и 1,5 %.
Эксперимент проводили при фиксированном давлении жидкости в рабочем цилиндре Р = 4,12 МПа, температуре t = 20 °С, объеме цилиндра V = 0,008 м3. Для анализа распределения скоростей необходимо знать время истечения жидкости из насадки. Для этого весь эксперимент снимали на скоростную видеокамеру, затем с помощью программы AVI MPEG ASF WMV Splitter обрабатывали. Данная программа позволяет замерить время с точностью до 0,001с. В табл. 1 представлены значения времени истечения исследуемой жидкости из насадки, а также величина секундного расхода, рассчитанного по формуле
Q = V / t, м3/с, (2)
где V - объем рабочего цилиндра установки,
м3;
t - время истечения исследуемой жидкости из насадки, с.
Процесс размола волокнистых материалов в данной установке зависит от многих факторов, среди которых определяющими являются скорость истечения струи, форма и характер преграды, расстояние от насадки до преграды, форма насадки, ее диаметр и др. Наибольший интерес представляет скорость течения потока в различных полостях рабочих каналов и характер его распределения по их сечениям. Рабочими каналами, по которым движется жидкость, являются рабочий цилиндр (d = 0,09 м и 1ц = 1,25 м), удлинитель (d = 0,02 м и l = 0,16 м) и насадка (d = 0,002 м и l = 0,025 м).
В результате проверочного расчета выяснилось, что режим течения во всех рабочих каналах установки турбулентный (Re > 2320) [4-6].
148
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 2
Расчетные значения скоростей и , си и , с в рабочих каналах установки
г ср7 ср мах7 max г ^
Исследуемая жидкость Средняя скорость, м/с Максимальная скорость, м/с
d„, м d,„, м d„, м d„, м d.„, м d„, м
Вода 0,042 0,84 84,29 0,055 1,07 100,71
Целлюлоза 0,5 % 0,038 0,77 77,17 0,05 0,98 92,42
Целлюлоза 1 % 0,036 0,73 73,24 0,048 0,93 87,83
Целлюлоза 1,5 % 0,035 0,7 70,31 0,046 0,9 84,41
Рис. 1. Эпюра распределения скоростей в потоке: а - для ламинарного режима; б - для турбулентного режима
Из расчетных данных реальное число Рейнольдса в полости рабочего цилиндра близко к верхней границе ламинарного течения Re = 3746.
Будем считать, что в рабочем цилиндре ламинарный режим течения жидкости. Согласно литературным данным [6], на рис. 1 изображены эпюры распределения скоростей в потоке по диаметру для различных режимов течения жидкости.
Среднюю скорость потока для ламинарного и турбулентного режимов течения можно представить выражением [4-6]
и = с = Q / s, м/с, (3)
где иср - средняя скорость потока для ламинарного течения, м/с; сср - средняя скорость потока для турбулентного течения, м/с;
Q - секундный расход жидкости, м3/с; s - площадь живого сечения рабочих каналов, м2.
Максимальная скорость потока при ламинарном режиме вдоль оси Х имеет место при r = 0 и определяется выражением
и = 2-и , м/с. (4)
Максимальная скорость потока при турбулентном режиме
1,64
с = с •n=c •
max ср ср
м/с.
(5)
j_ ’
Re38
При ламинарном режиме скорость в потоке в любой точке живого сечения можно
определить из зависимости
( V
r
и=и
1-
м/с,
(6)
_ V ro
где и - скорость в какой-либо точке живого сечения, м/с;
и - максимальная скорость в потоке,
max
м/с;
r - расстояние от оси полости рабочего канала до какой-либо точки живого сечения, м;
r0 - радиус полости рабочего канала, м. При турбулентном режиме скорость в потоке в любой точке живого сечения можно определить из зависимости [6]
Jr r
—- •te—, м/с (7)
р
У
где т - максимальное значение касательного
max
напряжения внутреннего трения, Па; р - плотность исследуемой жидкости, кг/м3; у - расстояние до данной точки от стенки рабочего канала, м.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
149
Диаметр, м Диаметр, м Диаметр цилиндра d, м
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
0,001
0,0005
-0,0005
-0,001
Скорость и, м/с а
Полость удлинителя
Скорость, м/с б
Полость насадки
W
2 3 4 0 6 0 8 b i;
Скорость, м/с в
■ вода — целлюлоза 0,5 %
■ целлюлоза 1 % — целлюлоза 1,5 %
Рис. 2. Эпюры распределения скоростей в потоке для исследуемых жидкостей в рабочих каналах установки: а - в рабочем цилиндре; б - в удлинителе; в - в насадке
Максимальное значение касательного напряжения внутреннего трения [6]
Т мах = 21 -Г0> Па> (8)
где Ap / I - падение давления на единицу длины трубы, Па/м.
Зависимость падения давления на единицу трубы после незначительных преобразований можно представить в виде [6]
Ар
Т'
*
4r
, Па/м,
(9)
где А - коэффициент гидравлического трения, который рассчитывается по формуле [6]:
А, = 1 / (1,8-lg Re - 1,5)2. (10)
Величины скоростей рассчитываются путем подстановки значений r и у в уравнения (5) и (6). В табл. 2 представлены расчетные значения скоростей и , с и и , с в рабочих каналах установки.
Эпюры распределения скоростей в потоке для исследуемых жидкостей в вышеуказанных каналах представлены в графическом виде на рис. 2.
Из рис. 2 следует, что для воды (ньютоновской жидкости) значение скорости всех режимов течения является наибольшей величиной в сравнении с течением волокнистой суспензии. Для волокнистых суспензий, при прочих равных условиях, увеличение концентрации рабочей среды приводит к уменьшению значений скоростей потока, так как концентрация непосредственно связана с вязкостью, значит, с увеличением коэффициента динамической вязкости значения скоростей потока уменьшаются.
Выводы
1) Проведен анализ распределения скоростей потока суспензии при течении ее в рабочих зонах размольной установки «струя-преграда» при различных режимах течения.
2) Возможность регулирования скоростных характеристик волокнистых суспензий в рабочих полостях размольной установки позволяет определить коэффициент динамической вязкости этих суспензий, а сама установка является своеобразным вискозиметром для определения значений динамической вязкости волокнистых суспензий.
150
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
