Орел Вадим Ігорович. Вплив додатків поліакриламіду на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб

Краткое описание

Орел Вадим Ігорович. Вплив додатків поліакриламіду на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб: дисертація канд. техн. наук: 05.23.16 / Український держ. ун-т водного господарства та природокористування. - Рівне, 2003

Орел В.І.Вплив додатків поліакриламіду на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.16 Гідравліка та інженерна гідрологія. Український державний університет водного господарства та природокористування. Рівне, 2003.
У дисертації експериментально досліджено закономірність впливу додатків поліакриламіда (ПАА) на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб діаметрами до 50 мм. Показано, що при Re>104,коли в місцевих втратах напору перевищують втрати на тертя: приm>0,7 для раптового звуження труб і приn<(4,16,4), для раптового розширення, загальні затрати енергії понижуються; якщо ж перевищують втрати на зміну форми, відповідно приm<0,7 таn>(4,16,4), додатки ПАА викликають збільшення опору. Одержано максимальне збільшення опору раптового розширення труби додатками ПАА приn=12,6±0,9 такг/кг, деСopt оптимальна концентрація. При концентраціях до 104кг/кг тазначення відносної зміни коефіцієнтів опору раптових звужень труб не залежать від ступеня звуження потокуm. Запропоновано алгоритм обчислення втрат енергії в раптовому розширенні труби за питомою потужністю, що витрачається на подолання опору потоку. Розроблено та запатентовано спосіб перерозподілу витрат плинного середовища введенням у потік гідродинамічно активних додатків (ГДАД). Показано, що економічний ефект від використання ПАА при течії рідин в місцевих опорах, виходячи з кількості витраченої електроенергії, зростає зі збільшенням глибини регулювання витрати (тиску). Результати роботи впроваджено на підприємствах з розгалуженими трубопровідними системами.

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 потокуm=(d/D1)2<0,7 та розширення потокуn=(D2/d)2>(4,16,4) 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 1000020000.
4. Встановлено, що відносна зміна коефіцієнтів місцевих опорів при введенні в потік розчинів ПАА при концентраціях до 104кг/кг включно описуються залежностями однакової структури як для раптового розширення труби, так і для її раптового звуження формула (3.20). Відносна зміна опору на раптовому розширенні труби в усьому досліджуваному діапазоні зміни ступенюnдля кожної концентрації описується формулою (3.15). Запропоновані емпіричні формули відповідають експериментальним результатам, згідно з критерієм Фішера, з надійністю 0.95.
5. Максимальне збільшення опору раптового розширення труби додатками ПАА з концентраціями, які не перевищують оптимальноїкг/кг, досягається при ступені розширенні потокуn=12,6±0,9. Тому використання додатків ПАА є доцільним в діапазоні.
6. При концентраціях до 104кг/кг включно тазначення відносної зміни коефіцієнтів опору раптових звужень труб не залежать від ступеня звуження потокуm.
7. 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.
8. 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.
9. У загальному вигляді розв’язано 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.
10. 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.
11. 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.