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

Напомним в связи с этим, что иод действительной объ­ емной концентрацией понимают:

И так как они вызываются скольжением фаз гидросмеси, то связаны через ее расходные скорости. Действительно,

больше ее расходного значения.

П р и м е р . При расходной скорости водорыбного по­ тока 0,451 м/сек и действительной объемной концентра­ ции 0,400 отношение расходной скорости воды к расход­ ной скорости гидросмеси равно 1,32 (см. табл. 3). По­ этому объемная расходная концентрация вдвое меньше, чем k, и составляет 0,210.

Отметим, что, как и следовало ожидать, зависимости

дели ранее .(табл. 3), скольжение фаз прекращается при

ная объемные концентрации равны.

зо

Гидравлическое сопротивление водорыбной смеси

Гидравлическое сопротивление водорыбной, как и лю­ бой другой гидросмеси, обусловливается гидравлически­ ми 'Сопротивлениями ее компонентов. Для тяжелой водорыбной смеси при наличии скольжения 'фаз в общем ви­ де оно равно [9]

ут=Ут-Уо — относительный удельный вес твердого

компонента (1,02< ут < 1,06), кг/м3;

ут, Уо — удельные веса рыбы и воды, кг/м3;

k — действительная объемная концентра­ ция гидросмеси;

с — коэффициент ( с > 1 ) .

Специальными исследованиями установлено [9], что для цилиндрических труб коэффициент b равен 0 < 6 < <0,20, b=\{\—kyi>; А>0,20, 6=0,90.

Гидравлическое сопротивление однофазной жидкости в цилиндрическом гладком трубопроводе имеет вид:

i o = 0 ,r 5 8 - - ^ ^ - 0V (II.6)

Известно, что твердый компонент оказывает ламинаризирующее действие на жидкую фазу гидросмеси, т. е. сокращает в ней крупномасштабные турбулентные пуль­ сации [16], [17], [18], [27]. Очевидно, поэтому в шерохо­ ватых трубах жидкая фаза гидросмеси подчиняется за­ конам гидравлического сопротивления однофазной жид­ кости в гладких трубах [9].

Многочисленные опыты с различными водорыбными смесями в новых, чистых стальных трубах (5 0 < D < < 200) мм и новых чистых гладких армированных рези­ нотканевых рукавах (100<£><200) мм подтвердили это предположение. Иначе оно справедливо для рыбопроводов со сравнительно малой относительной шероховато­

стью (Д <1,5-10~3). У них коэффициент с равен единице

(с=1).

31

При большой шероховатости стенки трубопровода ее величина влияет на гидравлическое .'Сопротивление жид­ кой фазы гидросмеси. В этой связи логично предполо­ жить, что из-за сокращения турбулентных пульсаций у транспортирующей жидкости имеет место (при больших средних скоростях движения) переходная область гид­ равлического сопротивления. При таком .предположении коэффициент гидравлического трения жидкой фазы гид­ росмеси зависит не только от числа Рейнольдса, но и от

.величины относительной шероховатости рыбопровода. Поэтому можно написать

где i0' — гидравлическое сопротивление жидкой фазы во­ дорыбной смеси.

Коэффициент с, входящий в это выражение, (прибли­ женно определим так. Экспериментальная зависимость

К(Re, Д) для данного рыбопровода в переходной области аппроксимируется кривой

Ниже (табл. 5) приведены результаты опытов В. В. Че­ чина ,по определению коэффициента трения сельдевых и стравридовых рыб по стальной, резиновой и брезентовой твердым стенкам. Опыты проведены на машине трения по методу, изложенному в работе [9].

Выше (см. гл. I) указывалось, что во время опытов с брезентовым шлангом диаметром 200 мм наблюдалась его вибрация. Из-за вибрации уменьшается нормальная

32

нагрузка, а следовательно, и коэффициент трения рыб о твердую стенку. При скольжении ставридовых рыб по брезенту его величина примерно равна 0,10 (Дп^0,10).

Ранее указывалось [9] на хорошее согласование рас­ чета и эксперимента для стальных цилиндрических труб. Отметим, что для гладких армированных резиноткане­ вых рукавов и брезентовых шлангов (II.17) также имеет место согласование расчета (11.15) и эксперимента

(см. гл. I).

Критическая скорость гидротранспорта рыбы

Под критической скоростью движения гидросмеси по­ нимают такую ее величину, которая соответствует мини­ муму гидравлических сопротивлений. И так как для дан­ ных условий гидротранспорта она связана с экономиче­ ским режимам его работы, определим аналитическое выражение критической скорости. В развернутой форме уравнение гидравлического уклона водорыбиой смеси имеет вид (с = 1):

i=0,158- (!_ £ )*/, gjyu ■v'b+3-fm-(ym- l ) - k . (11.18)

Коэффициент трения поверхностей тел, входящий в это уравнение, изменяется только в области малых ско-

ростей скольжения рыбы. Но так как минимум гидрав­

мость (11.10а). Скорость скольжения слоя рыбы по стен­

34

Из уравнения (11.24) мы видим, что критичеокая ско­ рость гидротранспорта рыбы зависит от ее весомости, объемной концентрации, диаметра трубопровода, вязко­ сти жидкой фазы гидросмеси и коэффициента А. Все эти переменные, за исключением А, влияют на окр. нелиней­

рость оказывают диаметр трубопровода, ~(ут— 1) и объ­ емная концентрация. Коэффициент кинематической вяз­ кости жидкости на и]ф. практического влияния не ока­ зывает.

П р и м е р . Если при прочих равных условиях D,

(ут —4 ), k и v последовательно увеличивать вдвое, то критичеокая скорость в первом случае увеличится на 37%, во втором — на 29, в третьем — на 20%; при изме­ нении v оКр. уменьшится примерно на 7%.

Известно, что критическая скорость гидросмеси зави­ сит от величины ее концентрации. Обычно эта взаимо­ связь выражается следующим образом [21], [23]:

причем

Отсюда следует, что вне зависимости от величины кон­ центрации с ее ростом критическая скорость также уве­ личивается.

Однако эксперимент не подтверждает этого теорети­ ческого вывода. Многочисленные опыты с водопесчаны-

тельно постоянной и независимой от Qr, либо может уменьшаться, причем в некоторых случаях довольно зна­ чительно» [23].

А. П. Юфин при исследовании гидротранспорта очень мелкого пылеобразного угля, истертого в тонкую пыль в результате длительного транспортирования, обнару­ жил, что при увеличении концентрации критическая ско­ рость вначале возросла от нуля до максимума, а затем уменьшилась от максимума до нуля [27].

Для гидротранспорта рыбы аналогичное [23], [27] влияние k на икр. вытекает из расчетной формулы (11.24).

Проведем анализ этого выражения. Будем увеличи­ вать концентрацию водорьгбной смеси от нуля до едини­ цы (0^£=S7l).

В этом случае первый сомножитель (1—&)5/и умень­ шается от 1 до 0, а второй— ( О ^ ^ 11^ 1!). Так как при малых значениях k решающее влияние на произведение оказывает второй сомножитель, а при больших— пер­ вый, критическая скорость водорьгбной смеси должна возрастать до максимума, а затем падать до нуля. От­ метим, что на восходящей ветви исследуемая функция изменяется медленнее, чем на ветви нисходящей (рис. 9).

36

Укр Укр

Укр

Рис. 9. Расчетные кривые ~в~ (А) и Икр (А) для тру­ бопровода диаметром 100 мм

Отсюда следует, что критическое значение концентрации равно:

/гкр= — = 0,615.

Наибольшая величина функции — 0,680.

Мы видим, что на критическое значение концентра­

ции и V*?' ■ параметры гидротранспорта рыбы вли-

яния не оказывают. Поэтому вне зависимости от величи­ ны диаметра рыбопровода относительно удельного .веса

Чтобы иметь возможность сопоставить расчет с экс­ периментом для стальной трубы .0=0,100 м, t=7°C,

ym=il,04, =0,40, й2=0,20, вычислена величина крити­ ческой .скорости для водокилечного потока. По расчету

/21 = 0,40; Ощ,.— 0,450 м/сек;

/г2=0,20; окр.=0,375 м/сек;

37

а по эксперименту она примерно равна 0,500 м/сек и 0,400 м/сек. Это дает основание признать расчетные зна­ чения критической скорости удовлетворительными.

Б. ВЕРТИКАЛЬНЫЙ НАПОРНЫЙ ГИДРОТРАНСПОРТ РЫБЫ

Скольжение фаз у водорыбных смесей

Пусть в вертикальной цилиндрической стальной тру­ бе водорыбный поток совершает установившееся, рав­ номерное движение. Идеализируем этот поток. Предпо­ ложим, что рыба внутри трубопровода располагается в виде одного или нескольких ци­ линдрических слоев (диаметр цилиндрического слоя рыбы ра­ вен ее эквивалентноому диа­ метру) так, как это показано на рис. 10. При движении на транспортируемую рыбу дейст­ вуют следующие силы: гидрав­ лического сопротивления, дав­ ления и веса. Из условия рав­ новесия этой системы сил опре­ делим скорость движения твер­

дого компонента.

В общем случае сила гидро­ динамического сопротивления

38

D — диаметр трубопровода, м.

Так как твердый компонент стесняет и ламинаризирует жидкость, ее гидравлические потери на трение равны [9]:

где v0 — расходная окорость воды, м/сек;

— расходная скорость рыбы, м/сек.

Боковая поверхность цилиндрического слоя рыбы прини­ мается

а число слоев можно определить так:

где d — эквивалентный диаметр рыбы [91;

k — объемная концентрация гидросмеси. Приведем уравнение (11.27) в окончательном виде

(11.29), (11.30):

а) для восходящего потока

X — 0,158------- ------------0 ^ _ ш(Vo—Vmyb.k.u -l; (II.32а)

( l —k)Bls D^-d

б) для нисходящего потока

Х= 0 ,1 5 8 ------- ----------- — (Vm-VoY^-k-co-l. (11.326) (1—/г)5/® D^-d

39