CC BY
26
ДЕРЕВООБРАБОТКА
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРИ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ
в размольной установке
A. А. ЕРОФЕЕВА, асп. СибГТУ,
B. И. КОВАЛЕВ, доц. СибГТУ, канд. техн. наук,
Ю.Д. АЛАШКЕВИЧ, проф. каф. «МАПТ» СибГТУ, д-р техн. наук,
В.П. БАРАНОВСКИЙ, проф. СибГТУ, канд. техн. наук
annakrasnoyarsk@rambler. ru; mapt@sibstu. kts. ru
Безножевой размол проводился в СибГТУ на кафедре МАПТ с использованием установки типа «струя-преграда», общий вид которой показан на рис. 1. Гидродинамическая разработка волокнистой суспензии в данной установке возможна только при наличии преграды. Безножевой размол зависит от многих факторов, среди которых определяющими являются скорость истечения струи, форма и характер преграды, расстояние от выходного торца насадки до преграды, форма насадки, ее диаметр и др. Основное воздействие на обрабатываемый полуфабрикат оказывают силы гидродинамической природы, обеспечивающие мягкую разработку волокна. То есть происходит преимущественная фибрилляция волокна, в частности, за счет кавитационных явлений, возникающих при контакте струи с преградой [1, 2]. Встреча пульсирующей струи жидкости с твердой поверхностью (пре-
градой) сопровождается нарушением сплошности потока и образованием кавитационных пузырьков, при схлопывании которых излучаются мощные импульсы давлений. [3]
В качестве исследуемой жидкости использовалась волокнистая суспензия концентрацией 1-3 %. Поскольку, в соответствии с экспериментальными данными, концентрация волокнистой суспензии от 1-3 % ведет себя по аналогии с ньютоновскими жидкостями, то на первоначальном этапе для упрощения эксперимента в качестве исследуемой жидкой среды принималась вода.
В работе [5] на основании результатов исследования была получена зависимость (1) минимальной скорости струи
и . = X / п, м/с, (1)
где X - поверхностное натяжение воды, Н/м;
П - коэффициент динамической вязкости воды, Па-с. [4]
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - камера гидродинамического размола; 2 - трубопровод возврата; 3 - раструб; 4 - насадка; 5 - емкость; 6 - всасывающий клапан; 7 - выпускной клапан; 8 - рабочий цилиндр; 9 - приводной цилиндр; 10 - рама
160
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Таблица
Зависимость основных физических параметров от температуры
t, °С X, Н/м П, Па-с и . , м/с min7 Р 1 уд Р 1 ист
МПа атм Мпа атм
0 0,07562 0,001792 42,2 63,300 645,48 1,781 18,16
5 0,0749 0,001519 49,32 73,980 645,48 2,433 24,81
6 0,07476 0,001473 50,76 76,140 754,386 2,577 26,278
7 0,07462 0,001428 52,24 78,360 799,05 2,729 27,828
8 0,07448 0,001386 53,74 80,610 821,993 2,888 29,449
9 0,07434 0,001346 55,22 82,830 844,631 3,049 31,091
10 0,0742 0,001308 56,74 85,110 867,881 3,219 32,825
11 0,07407 0,001271 58,26 87,390 891,13 3,394 34,609
12 0,07392 0,001236 59,79 89,685 914,533 3,570 36,404
13 0,07373 0,001203 61,3 91,950 937,629 3,758 38,321
14 0,07364 0,001171 62,89 94,335 961,949 3,955 40,330
15 0,07348 0,00114 64,43 96,645 985,505 4,151 42,328
16 0,07334 0,001111 66,01 99,015 1009,672 4,357 44,429
17 0,0732 0,001083 67,6 101,460 1033,992 4,570 46,601
18 0,07305 0,001056 69,18 103,770 1058,160 4,786 48,804
19 0,07289 0,001023 71,26 106,890 1089,975 5,078 51,781
20 0,07275 0,001005 72,39 108,585 1107,259 5,240 53,433
21 0,0726 0,000981 74,00 110,000 1121,688 5,476 55,840
22 0,07244 0,000958 75,62 113,430 1156,664 5,718 58,307
23 0,07228 0,000936 77,24 115,860 1181,443 5,966 60,836
24 0,07212 0,000914 78,89 118,335 1206,682 6,224 63,467
25 0,07196 0,000894 80,52 120,780 1231,613 6,484 66,118
26 0,0718 0,000874 82,18 123,270 1257,004 6,754 68,872
27 0,07164 0,000855 83,84 125,760 1282,395 7,029 71,676
28 0,07147 0,000836 85,49 128,235 1307,633 7,309 74,531
29 0,07131 0,000818 87,18 130,770 1333,483 7,600 77,498
30 0,07115 0,000801 88,86 133,290 1359,180 7,896 80,517
35 0,07035 0,000723 97,37 146,055 1489,347 9,481 96,679
40 0,06955 0,000656 106,02 159,030 1621,655 11,240 114,616
45 0,06873 0,000599 114,78 172,170 1755,645 13,174 134,337
50 0,0679 0,000549 123,59 185,385 1890,401 15,275 155,762
60 0,06617 0,000469 141,15 211,725 2158,994 19,923 203,158
70 0,06441 0,000406 158,61 237,915 2426,058 25,157 256,530
80 0,0626 0,000357 175,6 263,400 2685,933 30,835 314,430
90 0,06074 0,000317 191,91 287,685 2933,571 36,829 375,554
100 0,05884 0,000284 207,33 310,995 3171,266 42,986 438,335
Значение давления при ударе струи о преграду
Руд = Р'С'(Х / ПХ Па, (2)
где р - плотность воды, формирующей струю, кг/м3; [4]
c - скорость движения ударной волны в струе воды (С « 1500 м/с).
Величина давления при истечении струи суспензии о преграду
Р = ри2 . , Па. (3)
Результаты расчетных данных по определению и , Р , Р с использованием зависимостей (1), (2) и (3) при изменении тем-
пературы жидкости от 0° до 100° по шкале Цельсия сведены в таблицу.
Из таблицы следует, что при увеличении температуры струи коэффициент поверхностного натяжения X уменьшается в 1,285 раза, коэффициент динамической вязкости п уменьшается в 6,315 раз, соответственно, минимальная скорость струи umin в заданном диапазоне изменения температуры возрастает в 4,9 раза. Согласно формуле (2), это ведет к увеличению во столько же раз и величины ударного давления Руд в месте мгновенного контакта струи с неподвижной преградой.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010
161
ДЕРЕВООБРАБОТКА
Температура, t, °С а
0,002
S °
« М 0,0015
<и „
§ н 0,001 S о
0,0005
Я к
0
Р , МПа-10
уд’
Р , МПа
ист7
-^•10
Р
ИСТ
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
V 2
\
ч
Чн
^ j
—^ 3
0 20 40 60 80 100 120
Температура, t, °С г
Рис. 2. Графические зависимости физических параметров от температуры: 1 - давление истечения Р , МПа; 2 - ударное давление Р , Мпа; 3 - соотношение Р / Р
ист ? j ^ sr уд77 уд ист
Значения давлений Р , Р при контакте струи с преградой зависят от изменяющейся температуры жидкости. Причем при значительном превышении начальных значений Руд, т.е. с повышением температуры, по сравнению с Рист (63,3 раза), наблюдается более интенсивный рост численных значений Р по сравнению с Р с повышением темпе-
ист уд
ратуры жидкости. Так при изменении температуры жидкости от 0° до 100° Рист возрастает в 24,1раза, а Руд в 4,22 раза.
На рис. 2 представлены графические зависимости изменения основных физических величин исследуемой жидкости в соответствии с данными таблицы. Как видно из рис. 2а, 2в и 2г, изменение поверхностного натяжения, минимальной скорости истечения жидкости и ударного давления с изменением температуры носит линейный характер. При этом с ростом температуры величина поверхностного натяжения X снижается, а минимальная скорость истечения струи и и ударное давление Руд растут. Динамическая вязкость жидкости п, давление истечения Рист и отношение Р / Р изменяются по криво-
уд ист
линейной зависимости.
Динамическая вязкость жидкости п и значение отношения Р / Р с повышением
уд ист
температуры жидкости снижаются по параболической зависимости. В то же время зна-
чение Рист с повышением температуры растет по параболической зависимости.
Выводы
1. Найдены зависимости характера изменения давления, минимальной скорости истечения струи, поверхностного натяжения и величины динамической вязкости при изменении температуры в заданном диапазоне.
2. Дана количественная оценка соотношения давления в месте контакта струи с неподвижной преградой при истечении суспензии ее из насадки и давления, возникающего при мгновенном ударном контакте.
Библиографический список
1. Алашкевич, Ю.Д. Кавитация при размоле волокнистых материалов / Ю.Д. Алашкевич, А.Г. Лах-но, В.Г. Васютин // Машины и аппараты целлюлозно-бумажного производства: Межвуз. сб. науч. тр. - Л, 1989. - С. 18-22.
2. Васютин, В.Г. Интенсификация процесса комбинированного размола целлюлозных суспензий: дис. ... канд. техн. наук: - 05.21.03 / В.Г. Васютин. - Красноярск, 1987. - 166 с.
3. Решетова, Н.С. Размол целлюлозы безножевым способом в магнитном поле: дис. ... канд. техн. наук: 05.21.03 / Н.С. Решетова. - 2002.
4. Справочник химика. Т1. - Л.-М.: Госхимиздат, 1964.
5. Хилькевич, С.С. Физика вокруг нас. Библиотечка квант / С.С. Хилькевич. - М.: Наука, 1985. - Вып. 40.
162
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 6/2010
