10.4. Гидравлический расчет илопроводов

Осадок сточных вод (канализационный ил) представляет собой неоднородную дисперсную жидкость. Содержание воды в ней составляет 90-99%. Дисперсность определяется сточной водой, в которой находятся органические вещества и растворенные электролиты, фазой которой являются твердые частички и коллоиды.

Такая дисперсная жидкость относится к аномальным неньютоновским жидкостям, и их называют бингамовскими жидкостями.

Касательные напряжения, возникающие при их движении, не подчиняются закону Ньютона о внутреннем трении в жидкости. Для определения касательных напряжений справедлив закон Бингама

где τ₀— величина, выражающая некоторое начальное значение касательного напряжения, после которого жидкость переходит в движение.; μ_п— пластическая вязкость жидкости, динамический коэффициент структурной вязкости.

При транспортировании сточных осадков может иметь место бингамовский (структурный) или турбулентный режим. Структурный режим характеризуется тем, что в слое жидкости у стенки трубы движение ламинарное, а в ядре потока (центральная часть) жидкость движется условно, как твердое тело.

Определение гидравлических потерь в илопроводах осуществляется с использованием формулы Дарси-Вейсбаха

.

Коэффициент гидравлических потерь по длине для структурного движения

. (10.26)

где Re* — обобщенный приведенный критерий Рейнольдса для данной жидкости.

Значение Re* определяется по следующей формуле:

, (10.27)

где для воды.

Структурный режим движения имеет место, если 240 < Re* < < 3000.

В случае турбулентного движения Re* > 3000 и коэффициент λ, можно вычислить по формуле

. (10.28)

При определении режима движения в некоторых случаях можно использовать критическую скорость движения жидкости, зная ее плотность ρ_s:

(10.29)

При V<V_крустанавливается структурный режим, приV>V_крбудет турбулентный режим.

Касательные напряжения сдвига можно вычислить приблизительно по формуле

, (10.30)

где а— коэффициент формы частиц,а= 0,40,7;d— диаметр частицы.

Коэффициент гидравлического трения можно определить по формулам, использующимся при движении воды в трубах (ньютоновская жидкость). При таком методе число Рейнольдса для воды заменяется эффективным числом Рейнольдса Re_э в зависимости от μ_э.

Эффективная кажущаяся динамическая вязкость μ_эзависит от градиента скоростии от напряжения сдвига τ₀:

(10.31)

Значения μ_эопределяются согласно кривым течения неньютоновских жидкостей, получаемым на основании лабораторных опытов.

Число Рейнольдса

, (10.32)

где ρ — плотность сточной воды.

Для ламинарного режима , а для гидравлически гладких труб.

Для обеспечения транспортировки канализационного ила в напорном трубопроводе без его заиления необходимо учитывать минимальные расчетные скорости ила в зависимости от его влажности.

На основании экспериментальных исследований по гидротранспорту ила были получены значения V_minиV_крв зависимости от содержания воды. В табл. 10.2 приведены значенияV_minдля диаметра илопроводаD= 150200 мм иV_кр

Таблица 10.2

Процентное содержание воды, %	Минимальная скорость,	Критическая скорость, V,V м/с
98	0,75	1,01
96	0,95	1,18
94	1,15	1,35
92	1,35	1,8
90	1,55	2,5

Имеются таблицы, в которых представлены осредненные значения τ₀и μ_пв зависимости от влажности канализационного ила (например, табл. П1.8 приложения).

♦ Пример 10.2

Определить гидравлические потери в трубопроводе D = 300 мм и длиной l = 800 м, осуществляющем гидротранспорт осадков сточных вод (канализационного ила), и расход гидросмеси.

Влажность (содержание воды) в канализационном иле Р% = 95%, t = 20°С. Согласно табл. 10.2 находим среднюю скорость в трубопроводе:

.

Принимаем среднюю скорость в трубопроводе V= 1,2 м/с.

Вычисляем приведенное число Рейнольдса для сточных вод по формуле (10.27):

Кинематический коэффициент вязкости воды ν= 10^-6 м²/с, тогда

При Р% = 95, τ₀ = 2,5 н/м², μ_п = 0,023 Нс/м² (табл. П1.8 приложения) обобщенный приведенный критерий Рейнольдса

Re* > 3000,

следовательно, режим движения сточных вод турбулентный.

Коэффициент гидравлического трения находим по формуле (10.28):

.

Гидравлические потери по длине

Расход гидросмеси в виде осадков сточных вод в трубопроводе

илиQ_s = 136 м³/ч.