CC BY
30
УДК 621.867.82
Гущин В.М., к.т.н., доц. (ДГМА) Рыбалко Р.И., к.т.н., доц. (ДонНАСА) Гущин О.В., к.т.н., ст. преп. (ДГМА) Виноградов Е.С., магистрант (ДонНАСА) Ковальчук Н.Н., магистрант (ДонНАСА)
ИССЛЕДОВАНИЕ ПНЕВМОТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ СОПЛАМИ-ПОБУДИТЕЛЯМИ
Введение. Анализ выполненных исследований пневмотранспорта сыпучих материалов в режиме полета одиночных частиц во взвешенном состоянии показал достаточно высокую степень изученности установок данной группы [1,2]. Определенные положительные результаты достигнуты в разработке пневмотранспорта, работающего в порционном режиме движения аэросмесей [3,4]. Достаточно подробно описаны процессы псевдоожижения легкоподвижных сыпучих материалов, определены условия формирования аэрированных потоков [5,6].
Анализ последних исследований и публикаций. Анализ выполненных теоретических и экспериментальных исследований показал, что рабочие процессы пневмотранспортных установок, работающих в режиме движения сыпучих материалов в аэрированном состоянии сплошным потоком применительно к условиям промышленности строительных материалов, практически не изучены.
Практически мало исследованными являются основные технические характеристики и параметры данной разновидности пневмотранспорта, как известно, обладающего рядом достоинств. К последним следует отнести: высокую массовую концентрацию аэросмеси, относительно невысокий расход энергии на процесс транспортирования, малый расход воздуха, относительно несложную очистку воздуха от частиц сыпучего материала.
Целью данной работы является определение основных параметров пневмотранспортной установки, работающей в режиме движения сплошным потоком аэрированных мелкодисперсных хорошо сыпучих материалов, используемых в строительной промышленности.
Основная часть. Изучение режимов движения аэросмесей в пневмотранспортном трубопроводе [7] наглядно свидетельствует (рис.1), что
при режиме движения частиц сплошным потоком в аэрированном состоянии объемная, а, следовательно, и массовая концентрация смеси практически достигают своих предельных значений.
-1
_ „О/ОАО
-........--<>
о с " с о:::
Рисунок 1 - Схема движения частиц сыпучего материала в
пневмотранспортном трубопроводе: а - движение одиночной частицы во взвешенном состоянии; б - движение частиц в сплошном аэрированном потоке.
Так как в исследуемом режиме движения аэросмеси сыпучий материал распределён относительно равномерно по поперечному сечению и вдоль трубы (рис. 1б), можно считать правомерным рассмотрение одномерного течения гомогенной структуры в трубопроводе на основе уравнений механики сплошной среды, выражающих законы сохранения массы (уравнения неразрывности), количества движения (уравнение движения) и энергии [8].
у
Ж у
У I рюЖт = | Рпа<з + \ р^Ут, (2)
Т \рУт, (1)
У Г Л
—|р|8 + ^Г Ут = | рп • ^ + • + | , (3)
Т у V 2 У а у а
где У(Ут) - произвольный объем сплошной среды, состоящей из одних и тех же частиц;
О(Уо) - поверхность, ограничивающая этот объем; р - плотность газа; м> - скорость газа;
а
Рп - вектор напряжений на площадке с нормалью п; Е - плотность массовых сил; е - внутренняя энергия единицы массы
газа;
дп - нормальная составляющая вектора потока тепла
После преобразований осреднённые по сечению трубы уравнения одномерного течения примут вид:
Ф+д£ = 0
д дх '
д ( О 2) 4
дх а
Р рар = (XV „) + 4 я„ +
а р ж а дх
(3)
(4)
(5)
Q = , (6)
где Q(x,t) - расход газа;
^ - средняя скорость газа;
т - среднее касательное напряжение на внутренней поверхности трубопровода;
в - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения скоростей газа по сечению трубы (для развитых турбулентных течений в ~ 1);
дп - осредненный по периметру тепловой поток; - тепловой поток вдоль оси трубы.
Система уравнений относительно двух функций: давления р (х, и расхода Q (х, является исходной для расчета пневмотранспортных установок, работающих при движении аэросмеси сплошным аэрированным потоком
д Р 2 д Q л
+ с2^ = 0 (7)
д ? д х , (7)
а Q + дР _ X с2 Q|Q|
--1--_---
д ? д х 2у а р
Приняв
^)_-£ ей
2у а р
уравнения (7, 8) принимают вид
д р 2 д Q
+ с д ? д х
(8)
(9)
0, (10)
^(11)
д ? д х
где с2 _ уЯТ, а ф (р, Q) определена равенством (9).
Для решения данных дифференциальных уравнений используется метод характеристик [9] (рисунок 2,3).
Рисунок 2 - Схема определения параметров точки М методом
характеристик
Рисунок 3 - Сетка характеристик для численного решения системы
уравнений
Значение давления р и расхода Q в произвольной точке М плоскости переменных х и являющейся вершиной треугольника АМВ, находятся по формулам:
Р
м
(х,*)
ра + рв_ + с<2а — &
2
2
Ра — Рв + Яа + ^
2с
2
(12) (13)
Так как значения давления и расхода при * = 0 известны: р(х, 0) = Рнач (х), Q(x, 0)= Qнaц (х),
то
Рк =
„т—1, „т—1 /^\т—1 „т—1 „т—1
Рк—1 + Рк+1 , 1 — <2*+1 , Ф^—1 — Ф^+1
2
■ + с-
2
2
А х
(14)
т-1 л™—1 1 —1 тт—1 тт—1
_ Рк—1 — Рк+1 + ^к—1 — ^к+1 , Фк—1 — фк+1 д „ ^^ _ 2с 2 + 2с Д *. (15)
Определены значения давлений на участке трубопровода длиной 10 м. Графики изменения давлений в пневмотранспортном трубопроводе (<Лтр = 28мм) при транспортировании кварцевого песка с установкой сопел-побудителей (рецепторов) с шагом 1п = 300; 600; 900; 1200мм (рисунок 4) показывают, что для исследуемого ряда расстановки сопел-побудителей полученная зависимость носит линейный характер.
Рисунок 4 - Изменение давлений в трубопроводе в зависимости от шага
сопел-побудителей
Наблюдается некоторое снижение давлений по мере перехода от шага 1п = 300мм до шага 1п = 900мм (прямые 1,2,3). Дальнейшее увеличение шага установки сопел-побудителей до 1п = 1200мм приводит к повышению потерь напора и к нелинейности характера изменения давлений (кривая 4).
Минимальные потери давления на процесс транспортирования имеют место при шаге установки сопел-побудителей ^ = 600 и 900мм (рисунок 5).
P, MPax10"2
Рисунок 5 - Изменение давления у последнего сопла-побудителя в зависимости от шага их установки (Ь^ = 10м)
Выводы. Рассчитаны потери давления на горизонтальном участке пневмотранспортного трубопровода, оборудованного соплами-побудителями (рецепторами). Определён шаг расстановки сопел-побудителей по трассе материалопровода, рекомендуемое значение, которого находится в пределах *п = 600...900мм. Полученные данные могут быть использованы в практических целях при проектировании пневмотранспортных установок.
Список литературы
1. Смолдырев, А.Е. Трубопроводный транспорт/ А.Е. Смолдырев. - М.: Недра, 1980. - 293 с. - ISBN 000-000-000-000-0.
2. Волошин, А.И. Механика пневмотранспортирования сыпучих материалов/ А.И. Волошин, Б.В. Пономарев.- К.: Наукова думка, 2001.- 519 с. - ISBN 966-00-0539-3.
3. Гущин, В.М. Нова концепщя та п реалiзацiя в розробках високоефективних засобiв пневматичного транспортування сипучих матерiалiв/ В.М. Гущин// Машинознавство, 2000, №2(23). - С.39-43.
4. Сивко В.И. Определение потерь давления в пневмотранспортном трубопроводе/ В.И.Сивко, О.В. Гущин // Техшка будiвництва. - К.: КНУБА. - 2006. № 18. - С.50-56.
5. Разумов И.М. Псевдоожижение и пневматический транспорт сыпучих материалов/ И.М. Разумов. - М.: Химия, 1984. - 346с. - ISBN 000-000-000-000-0
6. Островский, Г.М. Прикладная механика неоднородных сред / Г.М. Островский. - СПБ.: Наука, 2000. - 359 с. - ISBN 000-000-000-000-0
7. Гущин, В.М. Режимы движения двухкомпонентной среды в транспортном трубопроводе/ В.М. Гущин// Геотехшчна мехашка: Мiжвiд. зб. наук. праць 1ГТМ НАН Украши. - Дн-ськ, 1999. - Вип. 13. - С.71-76.
8. Седов, Л.И. Механика сплошной среды/ Л. И. Седов. - М.: Наука, 1970. -351 с. - ISBN 000-000-000-000-0.
9. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов/ Л.Г. Лойцянский 7-е изд., испр. - М.: Дрофа, 2003. - 840 с. - ISBN 5-7107-6327-6.
10. Александров А.М. Контейнерный трубопроводный пневмотранспорт/ А. М. Александров, В. Е. Аглицкий. - М.: Машиностроение, 1979. - 263с. - ISBN 000000-000-000-0.
11. Аладьев В.З. Maple 6: Решение математических, статистических и физико-технических задач/ В.З. Аладьев, М.А. Богдявичус. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. - 824 с. - ISBN 5-93208-085-Х.
