книги из ГПНТБ / Фонарев, А. Л. Гидромеханизация и гидротранспорт рыбы

И еще об одном экспериментальном факте. Во время опытов с брезентовым шлангом диаметром 200 мм на­ блюдалась его вибрация. Она, очевидно, связана с непо­ стоянством его диаметра по длине и наличием неболь­ ших изгибов по оси.

Глава II

ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА

ГИДРОТРАНСПОРТА РЫБЫ

А. ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ НАПОРНЫЙ ГИДРОТРАНСПОРТ РЫБЫ

Скольжение фаз у водорыбных смесей

Пусть в горизонтальной стальной цилиндрической тру­ бе водорыбный поток совершает установившееся равно­ мерное движение. На слой рыбы, расположенный в ниж­ ней его части между 1 и 2 сечениями, действуют следую­ щие силы (рис. 6): гидродинамического сопротивления, сила давления и сила трения скольжения слоя рыбы о стенку трубопровода. Из условия равновесия этой си­ стемы сил определим скорость движения твердого слоя.

Рис. 6. Схема горизонтального водорыбного потока

Приближенно силу гидродинамического сопротивле­ ния слоя рыбы можно определить по потерянному давле­ нию жидкости в трубе радиусом г0. Если пренебречь вза­ имным влиянием верхней и нижней -частей потока и пред­ положить, что нижняя стенка этой трубы гидравлически

20

гладкая (за счет ламинаризирующего действия твердого компонента), то можно написать [9] уравнение:

где fid — толщина слоя рыбы, ж;

20о — угол охвата твердого компонента; г — радиус трубопровода, ж.

Решая квадратное уравнение (11.2), находим:

При 0 о = —— получаем

£>*=£>■ (-1-2*) V»;

Так как фактическая площадь контакта между жидко­ стью и рьгбой больше, чем это следует из уравнения (II. 1), принимаем

a i= 2 .

Таким образом, в окончательном виде уравнение (II.1) запишется так:

о •v‘/> •П — 2kYh

* = 0 , 1 5 8 - ------—> ( п о ( П . 4 )

21

Сила, вызванная перепадом давления на торцах твер­ дого компонента с учетом стеснения жидкости [9], при­ ближенно равна:

Ау—ут— y&i кг/м3;

у0, уm — удельные веса жидкости и рыбы, кг/м3. Из равенства сопоставляемых сил (II.4), (П-5), (II.6) получаем

0,1У [t1- 2*1*-0- ^ ),Л+

Введем обозначения:

0 , 1 5 8 - е (1—2kyi> Ds,“ Ay-k

(П.8)

0,158q -v'/-'-6

^D5'*. (1—k)*1’ - Ay

и тогда

смеси.

Чтобы решить уравнение (II.9), необходимо знать за­ кон изменения коэффициента трения поверхностей тел от

22

скорости скольжения рыбы. Как установлено ранее [9], [24], у'сельдевых рыб mo vm fm изменяется в узком диапа­ зоне (0 ^ о то^ 0 ,4 ) м/сек, а далее при увеличении скоро­ сти скольжения рыбы 'коэффициент трения 'поверхностей тел сохраняет свою величину неизменной. В этой связи для исследования уравнения (II.9) в наиболее интерес­

Vm

где 0,042 — эмпиричеокий коэффициент, [0,042] = [от ] =

[м/сек.]

где fn — коэффициент трения покоя рыбы.

Из этого видно, что (11.11) представляют собой ал­ гебраические уравнения с двумя -или одним неизвестным (II.Ыв). Производная от коэффициента скольжения слоя рыбы то расходной скорости транспортирующей жидко­ сти равна:

23

на положительная. Поэтому при увеличении v0коэффици­

ент скольжения фаз возрастает. Характер изменения vmпо иа в значительной мере -зависит от концентрации гидро­ смеси, которая значительно влияет на коэффициент А (II.8). В связи с этим, при (прочих равных условиях, с ро­

стом концентрации гидросмеси v™ увеличивается. Ины­

ми словами, при увеличении k влияние v0 на vm усили­ вается.

то при увеличении расходной скорое™ жидкости vm и величина -скорости скольжения -слоя рыбы уменьшаются. Очевидно, это имеет место при больших -концентрациях гидросмеси. При малых k производная не только изменя­ ет свой знак, но и обращается в бесконечность. Таким образом, в -одном и том же диапазоне изменения v0функ­ ция либо убывает, либо возрастает; при критическом зна­ ч а т »! коэффициента -скольжения фаз скорость гидро­ транспорта рыбы достигает минимального значения.

Начальная расходная скорость жидкости -связана с троганием слоя рыбы с места, т. е. с началом его гидро­

24

транспорта. При увеличении концентрации гидросмеси коэффициент А уменьшается, и, как это видно из урав­ нения (II.11в), ее величина возрастает.

Обращает на себя внимание еще один факт. Когда оо достигает определенной величины, скольжение фаз у во­ дорыбного потока прекращается и скорость движения ее компонентов становится одинаковой. Изучение кинема­ тических характеристик водорыбных смесей с помощью скоростной киносъемки подтверждает этот вывод. Кста­ ти говоря, при гидротранспорте одиночной рыбы подоб­ ное явление не наблюдается.

На рис. 7 для трубопровода диаметром 100 мм при-

Vm

Рис. 7. Расчетная зависимость oln(<»o> /г) для ци­ линдрического стального трубопровода диаметром

100 мм

ведены расчетные зависимости vm(v0, k), которые полу­ чены при следующих данных:

25

Ду= 0 ,04 -1 03 кг/м5; 6=0,90; ^1==0,20; /г2=0,40.

Результаты этого расчета и k'(v) приведены в табл. 3. Расходная скорость водорьгбной смеси, входящая в

табл. 3, определялась обычным путем:

где v — расходная скорость гидросмеси, ж)сек.

Из этого рисунка и табл. 3 видно, как изменяется vm

•по V(j. Однако с практической точки зрения наибольший интерес должна вызвать зависимость коэффициента ■скольжения фаз от расходной скорости гидросмеси. Она изображена на рис. 8.

Vm

Vм/сек

Рис. 8. Расчетная зависимость vm(v, k) для ци­ линдрического стального трубопровода диамет­ ром 100 мм

Мы видим, что кривая vm(v) состоит из двух ветвей (относительно критического значения коэффициента скольжения): восходящей и нисходящей. Первая ветвь

27

расположена за минимальной скоростью гидротранспор­ та рьгбы, а вторая — ^min^ о^инач. Наличие двух вет­

вей у зависимости vm(v) свидетельствует о том, что для слоя рыбы также существуют две области гидротранс­ порта: область устойчивого и область неустойчивого гид­ ротранспортирования.

Область устойчивого 'гидротранспорта характеризует­ ся наличием скольжения фаз только ;в очень узком диа­

рыбы двигаются с одинаковыми скоростями. На нисхо­ дящей ветви кривой с ростом расходной скорости гидро­ смеси скольжение фаз увеличивается. Таким образом, указанные области гидротранспорта рыбы совпадают с двумя режимами движения гидросмесей: без заиления и с заилением. Их границей является .минимальная ско­

оказывает слабое влияние на величину vm. Так, напри­ мер, при увеличении k от 0,20 до 0,40 начальная скорость

что ее влияние главным образом распространяется на коэффициент А (II.8).

Несколько слов о критической скорости гидротран­ спорта рыбы. Известно, что икр связано с .минимумом гид­ равлических сопротивлений гидросмеси. В связи с этим естественно, что она должна располагаться на .восходя­

щей ветви кривой vm(v). В трубопроводе диаметром 100 мм сна примерно равна 0,480 м/сек.

Помимо расчета (И.9) скорость движения компонен­ тов водорыбной смеси изучалась и с помощью высоко­ частотной киносъемки. Для этой цели на визуальном участке напорной части трубопровода диаметром 100 мм укреплялись на расстоянии 20 мм друг от друга тонкие проволочные кольца.

Методика проведения этих опытов совпадала и с дру­ гими опытами: при установившемся равномерном дви­ жении водорыбной смеси в горизонтальном напорном трубопроводе замерялся ее расход и гидравлические по­ тери (см. гл. I). Одновременно кинокамерой СКС-1 про-

28

водилась скоростная 'киносъемка водорыбного потока. По киноленте находилась скорость движения рыбы (слоя рыбы), и ее величина сопоставлялась с расходной ско­

ростью гидросмеси (vm). Для смеси воды и 'балтийской кильки результаты этих опытов приведены в табл. 4. Из таблицы видно, что, как это и следует по расчету (см. табл. 3), при расходных скоростях 0,683 м/сек и выше (0,683^0^1,315) м/сек вне зависимости от величины объемной концентрации гидросмеси (0,20 0,40) рас­ ходные скорости ее компонентов практически одинаковы

(oms d ) .

Для гладких армированных резинотканевых рукавов задача о скольжении фаз (П.9) решается аналогичным образом.

Известно, что в теории гидротранспорта сыпучих ма­ териалов различают действительную (истинную) и рас­ ходную объемные концентрации [27].

29