CC BY
18
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА
Том 302 1976
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ НА ТЕПЛООБМЕН И ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ В ПОТОКЕ
И. П. ЧАЩИН, А. Г. ПЬЯПКОВ, В. П. ИГНАТОВ
(Представлена научным семинаром кафедры процессов, аппаратов и кибернетики
химических производств)
Без перемещения жидкостей по трубопроводам и каналам не обходится ни одна из отраслей современной промышленности. В связи с этим большое значение имеют вопросы, связанные с уменьшением мощности, затрачиваемой на преодоление гидравлического сопротивления трения при движении потока жидкости по трубопроводам.
В последние годы ученых заинтересовало снижение гидравлического сопротивления потока жидкости путем введения в него органических добавок [1—3].
Нами в лабораторных условиях проведены экспериментальные исследования по влиянию молекулярного веса полимерной добавки, пределы температурной устойчивости полимера, влияние рН среды на эффективность действия полимерных добавок по снижению гидравлического сопротивления. Также в качестве органических добавок использовались некоторые спирты (пропиловый, дециловый, глицерин), где определялось влияние их на теплообмен и гидравлические сопротивления в потоке.
Исследования проводились на теплообменнике с электрическим обогревом. По теплообменнику циркулировала дистиллированная вода с добавкой полимера (спирта), циркуляция обеспечивалась центробежным насосом типа «Кама-ЗМ». С целью снижения влияния условий входа потока в теплообменник (труба медная й = 18X2) вся длина его была условно разбита на участки и был выделен стабилизированный участок трубы, на котором проводились замеры перепада давления и температур и для которого 1/(1экв >50. Перепад статического давления измерялся У-образным двухжидкостным манометром, расход рабочей жидкости измерялся объемным методом. Температуры стенки трубы и потока измерялись хромель-копелевыми термопарами, подключенными к милли-вольтмикроамперметру М 193/3. Опыты проводились с различными добавками и отличались друг от друга расходом = (1^3) • 104 и концентрацией добавки.
Из рассмотренных полимеров наиболее эффективными по снижению гидравлического сопротивления (50-60%) оказались полиэтиленоксид (ПЭО) и полиакриламид (ПАА). Также были проведены исследования по влиянию рН среды на эффективность действия полимерных добавок. рН среды в опытах изменялось от 3 до 13. Результаты показали, что с увеличением рН среды от 7 до 10 эффективность действия ПАА резко
снижается, а при рН = 12 — равна нулю. В щелочных средах эффективность остается максимальной. Для ПЭО наблюдается противоположная зависимость.
Были проведены эксперименты по определению оптимальных концентраций добавок ПАА и ПЭО по снижению гидравлического сопротивления трения и теплсобмена. Полученная зависимость носит экстремальный характер. Наличие экстремальной точки (оптимальной концентрации) объясняется, очевидно, тем, что при концентрациях полимерной добавки С>С0ПТ макромолекулы полимера находятся в агрегированном состоянии за счет сил межмолекулярного сцепления, и чем выше степень агрегации, тем больше они отличаются от линейных структур, а при большом разбавлении, когда С<С0пт, молекулы находятся в линейном состоянии и вероятность гашения турбулентных пульсаций уменьшается из-за чисто количественных причин. Также было установлено, что с увеличением молекулярного веса полимерной добавки ее эффективность по снижению гидравлического сопротивления и теплообмену возрастает.
Были проведены исследования по влиянию температуро-устойчиво-сти добавок ПЭО и ПАА. Опыты показали, что добавка ПЭО теряет свою способность по снижению гидравлического сопротивления уже при 80° С, а добавка ПАА мало меняет свои свойства по влиянию на турбулентность потока до температуры 200° С.
Проведены также исследования по теплообмену и гидравлическим сопротивлениям в потоке с добавками спиртов: нормальный пропиловый, нормальный дециловый и глицерин. Концентрация спирта в растворе менялась в пределах от 0,1 до 1 % вес. Результаты опытов показали, что при = (1—3) ■ 104, добавляя небольшое количество спирта в поток, существенно (в 2 раза) увеличивается интенсивность теплообмена и незначительно снижаются гидравлические сопротивления. Для каждого спирта в указанных пределах были установлены оптимальные концентрации, при которых наблюдался наибольший эффект по интенсификации теплообмена. Было замечено, что с увеличением количества углеродных атомов в спирте, оптимальная концентрация уменьшается. Из полученных результатов исследования также следует, что увеличение количества гидроксильных групп в молекуле спирта положительно сказывается на интенсификацию теплообмена.
ЛИТЕРАТУРА
1. -И. Г. Б а ре н б л а т и др. ГЬМТФ, № 5, 1965.
2. И. Г. Иль перин, Б. М. С м о л ьс кий. ИФЖ, т. 10, №,2, 1966.
а Ф. Ю. И в а н юта, Л. А. Чека л о в а. ИФЖ, т. 18, № 6, 1970.
