автореферат диссертации по энергетике, 05.14.09, диссертация на тему:Гидравлический расчет движения сапропелевых гидросмесей в напорных трубах

1. Б в е д е н и е

2. Состояние вопроса и постановка задачи

В ы в од ы.

3. Анализ теоретических и экспериментальных работ в области гидротранспорта смеси

3.1. Некоторые теоретические положения движения жидкостей

3.2. Обзор экспериментальных исследований гидротранспорта смеси

В ыв од ы

4. Экспериментальное исследование закономерностей при движении сапропелевой массы в напорных трубопроводах.

4.1. Исследование физико-механических характеристик сапропеля оз.Палиастоми

4.2. Изучение вязкостных свойств сапропеля оз.Палиастоми

4.2.1. Метод определения вязкостных свойств сапропелевой гидромассы

4.2.2. Исследование характеристик движения сапропелевой массы по реологическим признакам и установление его физической модели

4.3. Экспериментальная установка для проведения исследований

4.4. Методика проведения эксперимента

В ы в од ы

5. Результаты и анализ экспериментальных исследований.

5.1. Исследование гидравлических параметров потоков сапропелевых гидросмесей малой концентрации (р = 1020 . 1050 кг/м3)

5.I.I. Анализ результатов исследований гидравлических потерь напора. Определение коэффициента гидравлического сопротивления в напорных трубопроводах для сапропелевых гидросмесей плотностью ( р -= 1020 . 1050 кг/м3)

5.2. Гидравлическое исследование движения сапропелевых гидросмесей повышенной плотности (jo = 1250 . 1350 кг/м3) в напорных трубопроводах.

5.2.1. Результаты исследования гидротранспорта сап-пропелевых смесей повышенной плотности

5.2.2. Установление расчётных зависимостей течения сапропелевых гидросмесей, подчиняющихся модели для нелинейно вязкопластичных жидкостей

5.2.3. Режим движения сапропелевых смесей (у? = 1250 . 1350 кг/м3) по трубам

5.2.4. Переход от ламинарного режима к турбулентному при повышенных плотностях.НО

В ы в од ы

6. Установление оптимальных режимов транспортировки гидросмесей по трубам

6.1. Наивыгоднейшие режимы транспортировки

6.2, Технико-экономические расчёты пульпопроводных сетей.

Б ы в од ы

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года" намечено дальнейшее развитие мелиорации земель, всестороннее повышение эффективности использования орошаемых массивов, повышение сельскохозяйственного производства и увеличение его продуктивности.

В комплексе мероприятий, направленных на повышение плодородия почв, особое значение приобретает использование местных ор-гано-минеральных удобрений, к которым можно отнести сапропель (озерный ил).

Эффективность использования сапропеля во многом зависит от способов разработки его месторождений и методов транспортировки.

Самым рациональным и перспективным можно считать гидромеханизированный способ добычи сапропеля из водоемов земснарядами и его транспортировку по трубопроводам на поля или в отстойники.

Несмотря на высокие качества сапропеля как удобрения, практическое применение его весьма ограничено, в частности, из-за отсутствия обоснованных методов расчета гидравлических параметров потоков сапропелевых гидросмесей в различном диапазоне плотностей.

В диссертационной работе на основе изучения физико-механических свойств сапропеля (месторождение - оз.Палиастоми в Грузинской ССР) и теоретико-экспериментальных исследований разработана методика гидравлического расчета движения сапропелевых смесей по трубопроводам, а также определены технико-экономические показатели пульпопроводных сетей, что в условиях Колхидской низменности весьма актуально.

Цель и задачи исследования. Цель работы - на основе анализа исследований в области напорного гидротранспорта жидкостей и проведенных экспериментально-теоретических работ разработать методику гидравлического расчета трубопроводных сетей, транспортирующих сапропелевую гидросмесь.

Основная задача - исследование гидравлических сопротивлений при движении сапропелевых смесей по напорным трубопроводам.

В задачу исследования входят:

- изучение комплекса физико-механических свойств сапропеля;

- лабораторные исследования характеристик сапропелевой массы по реологическим признакам;

- экспериментальное исследование гидротранспорта сапропеля по стальным трубам разного диаметра;

- определение основных гидравлических параметров гидротранспорта сапропеля и их технико-экономическая оценка.

Научная новизна. Сапропели относится к высокоценным полезным ископаемым. Однако проектирование и выбор оборудования для гидротранспорта сапропеля затруднены тем, что вязкостные свойства палиастомского сапропеля до настоящего времени не изучены, не определена, в частности, принадлежность его по реологическим свойствам к определенному классу жидкостей, не разработана его реологическая модель.

В работе впервые для сапропелей месторождения оз.Палиасто-ми изучены все перечисленные выше характеристики, установлена его реологическая модель. Исследованы гидравлические параметры потоков сапропелевых гидросмесей малых (при плотности р = = 1020 . 1050 кг/м3) и больших (при плотности р = 1250 . 1350 кг/м3) концентрации. Выявлены режимы движения и получены » « /Vрасчетные зависимости, описывающие движение сапропелевых гидросмесей по напорным трубам. Для сапропелевых гидросмесей (/? = 1250.1350 кг/м3), как нелинейных вязкопластичных жидкостей, предложены выражения для расчета средней скорости, коэффициента гидравлического сопротивления и обобщенного числа Рейнольдса.

Практическая ценность. Для обеспечения сельскохозяйственных массивов органическими природными удобрениями - сапропелями в нужном количестве необходимо производить их добычу способом гидромеханизации и осуществлять гидравлический перенос материала по трубопроводам. По полученным в работе расчетным зависимостям определены гидравлические характеристики потоков сапропелевых гидросмесей в напорных трубопроводах.

Работа выполнена в соответствии с планом комплексных научно-исследовательских работ ГрузСХИ (тема 15, раздел 15.02.02 за 1981-85 годы, N° госрегистрации 81092983).

Реализация работы. Полученные результаты использованы институтом Грузгипроводхоз при составлении проекта по намыву и распределению сапропеля месторождения оз.Палиастоми в районе Колхидской низменности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены: на научной сессии, посвященной 60-летию Великой Октябрьской социалистической революции (Тбилиси, 1977); на юбилейной научной конференции молодых ученых и аспирантов Закавказских республик, посвященной 50-летию основания Грузинского сельскохозяйственного института (Тбилиси, 1980); на научно-технической конференции "Осушение и сельскохозяйственное освоение переувлажненных земель Колхидской низменности" (Поти, 1981); на на • • ' г, учном гидравлическом Совете ГрузНИИЭГСа (1982); на .Всесоюзной конференции молодых ученых и аспирантов "Мелиорация и водохозяйственное строительство" (Тбилиси, ГрузНИИГиМ, 1983); на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава

Грузинского сельскохозяйственного института 1979-1984 гг.

Публикация. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа содержит 187 страниц машинописного текста, включая 38 рисунков, б таблиц, приложения на 43 страницах. Список использованной литературы содержит 105 названий, из них 3 на иностранном языке.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Транспортировка сапропелевой массы по трубопроводам целесообразна и экономически выгодна.

2. Особенности реологических свойств неоднородных жидкостей не позволяют использовать для инженерных расчетов существующие эмпирические формулы без дополнительных исследований и обоснований.

3. Водосапропелевая смесь (в диапазоне плотности^) = 1250. 1450 кг/м ) рассматривается как нелинейная вязкопластичная жидкость, течение которой описывается моделью Гершеля-Балкли; определено значение реологических параметров А и т для р> = 1250., 1450 кг/м3.

4. Экспериментальные лабораторные исследования позволили получить зависимости (4.17) и (4.18), устанавливающие связь между начальным сопротивлением сдвигу и плотностью. Для сильно разбавленных сапропелевых гидросмесей {ft< 1250 кг/м3) начальное сопротивление сдвигу незначительно и практически равно нулю. При этом A ->JU- (/* " вязкость воды) и 772 = I, что практически приближает свойства сапропелевых гидросмесей малой концентрации к свойствам воды. Реологические исследования проведены для сапропелей месторождения оз.Палиастоми (ГССР).

5. Получена формула (5.19) для определения коэффициента гидравлического сопротивления малоконцентрированных (р = 1020. 1050 кг/м3) сапропелевых гидросмесей.

6. При движении сапропелевых гидросмесей плотностью р = = 1250.1350 кг/м3 по стальным трубам установлены два режима движения: ламинарный и турбулентный; переход из ламинарного режима в турбулентный происходит довольно резко, при значениях rq* = 2500-4000.

7. Получены новые формулы (5.45), (5.51), (5.53) для расчета средней скорости движения, коэффициента гидравлического сопротивления и обобщенного числа Рейнольдса /?<?*с учетом вязкопластич-ных свойств сапропелевых смесей плотностью р = 1250.1350 кг/м3.

8. Установлены значения коэффициентов гидравлических сопротивлений при турбулентном режиме для сапропелевых смесей плотностью р = 1250*1350 кг/ма.

9. Дана методика расчета технико-экономических показателей пульпопроводных сетей, в основе которой лежат критерии получения максимальной прибыли с каждого затраченного рубля. В зависимости от конкретной задачи можно установить оптимальный диаметр трубопровода и наивыгоднейшие скорости транспортировки.

10. Полученные результаты использованы институтом "Грузгипро-водхоз" в проекте осушения земель Малтаква и Набада Хобского района Грузинской ССР; рекомендации применены для гидравлического расчета движения сапропелевых гидросмесей в напорных трубах в диапазоне плотностей у? = 1020.1350 кг/м3.

11. Расчетные зависимости, полученные на основе экспериментальных и теоретических исследований, могут быть использованы для гидравлического расчета движения сапропелей и подобных по свойствам гидромасс (с учетом их реологических особенностей).

1. АБДУРАГИМОВА Л.А., РЕБИНДЕР П.А., СЕРБ-СЕРБИНА Н.М. Упруго-вязкостные свойства тиксотропных систем.- Коллоидный журнал, т.ХУП, вып.З, 1955, с.184-195.

2. АГРОСКИН И.И. и др. Гидравлика.-М.-Л.; Энергия, 1964, с.352.

3. АЛЬТШУЛЬ А.Д., КИСЕЛЕВ П.Г. Гидравлика и аэродинамика. М.: Стройиздат, 1975, с.323.

4. АЛЬТШУЛЬ А.Д. Примеры расчетов по гидравлике.- М.: Стройиздат, 1976, с.255.

5. АРТЮШКОВ Л.С. Динамика неньютоновских жидкостей.- Л., 1979, с.228.

6. АСТАРИТА Дж., МАРУЧЧИ Дж. Основы гидромеханики неньютоновских жидкостей./ Перевод с английского Казенина Д.А., под редакцией Буевича Ю.А.- М.: Мир, 1978, с.309.

7. БОГОМОЛОВ А.И., МИХАЙЛОВ К.А. Гидравлика.- М.: Стройиздат, 1972, с.648.

8. БОТУК Б.О. Гидравлика,- М.: Высшая школа, 1962, с.450.

9. ВЕЛЛЕР М.А. Технология гидроторфа.- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948, с.480.

10. ВЯЛОВ С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978, с.445.

11. Гидромеханизация и перспективы ее дальнейшего развития. Материалы совещания. М., 1966, с.206.

12. ГОЛУБ А.В. Исследование технологии намыва сапропелей на поля передвижными установками при очистке водоемов. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук, М., 1979, с.27.

13. ГОРЮНОВ С.И. Способ приближенного расчета напорного гидротранспорта несвязанных грунтов.- М.; 1955, с.44.

14. ГУБИН В.Е., ГУБИН В.В. Трубопроводный транспорт нефти и нефтепродуктов.- М.: Недра, 1982, с.296.

15. ГУРБАНОВ Р.С. Движение неньютоновских нефтей в трубах. "Азербайджанское нефтяное хозяйство", № б, 1968, с.28-30.

16. ДЕМЕНТЬЕВ М.А. О расчете наивыгоднейших режимов работы пульпопроводов. Изв.ВНИИГ, т.48, 1952, с.85-94.

17. ДОАРШЕЙШВИЛИ А.Г. Гидротранспортные системы горнообогатительных комбинатов.- М.: Недра, 1973, с.352.

18. ЕВДОКИМОВ Н.Д. Анализ существующих методов и формул для гидравлического расчета пульпопроводов и практические рекомендации.- Изв.ВНИИГ, т.48, 1952, с.95-127.

19. ЕВИЛЕВИЧ А.З. Расчет и проектирование илопроводов. Изв.Мин. ком.хоз. РСФСР, М., 1962, с.116.

20. ЕМЦЕВ Б.Т. Техническая гидродинамика.- М.: Машиностроение, 1978, с.463.

21. ЖУХОВИЦКИЙ С.Ю. Регулирование параметров глинистых растворов. М., 1969, с.158.

22. ЗЕГЖДА А.П. Теория подобия и методика расчета гидротехнических моделей. М.-Л., 1938, с.164.

23. ЗУЕВ В.A., MEЛИКОВ Р.А. Расчет трубопроводной системы для транспортирования навоза. "Механизация и электрофикация социалистического сельского хозяйства", № 9, 1967, с.37-39.

24. ИЗБАШ С.В. Основы гидравлики. М., 1952, с.423.26