Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Гидравлика

КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГИДРОСМЕСЕЙ. ТРАНСПОРТИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОТОКА

Если несущая среда — капельная жидкость, то такой трубопроводный транспорт называется гидравлическим, если несущая среда — газ, то пневматическим.

Физико-механические свойства гидросмесей определяются свойствами составляющих жидкой и твердой частей.

В сельскохозяйственных технологических процессах в качестве жидкой составляющей гидросмеси используются вода, обрат, жомо- вая вода и жидкие физиологические выделения животных, в качестве твердой составляющей — корм, твердые фракции биологических отходов животных и т.д.

Температура гидросмесей обычно находится в пределах 5... 100 °С. К основным физико-механическим свойствам гидросмесей относят:

  • • плотность;
  • • механическую и гидравлическую крупность;
  • • влажность;
  • • вязкость;
  • • липкость (адгезию) и др.

Удельная плотность гидросмесейг) определяется отношением твердой фракции к жидкой, она зависит от температуры и концентрации гидросмеси и в расчетах выражается зависимостью

где рт — плотность твердой фракции, кг/м3; рж — плотность жидкой фракции, кг/м3.

Крупность частиц твердой части гидросмеси оказывает существенное влияние на работу гидропневмотранспортных установок.

Механическая крупность частиц характеризуется геометрическими размерами твердой фракции компонента гидросмеси и классифицируется следующим образом:

• крупная (размер частиц твердого компонента достигает 200 мм, сюда относят корнеклубнеплоды — картофель, свеклу, морковь идр.);

  • • мелкая (от 2 до 10 мм, зерновые материалы);
  • • грубодисперсная (от 2 до 7 мм, это продукты переработки сельско - хозяйственных материалов — жом, дробные корнеплоды, отходы крупяной промышленности);
  • • тонкодисперсная (размеры частиц — от коллоидной смеси до 0,5 мм, к этим гидросмесям относятся запаренный картофель, патока, заменитель цельного молока, кормовые пасты и др.);
  • • неоднородная (размер частиц — от коллоидных до 70 мм).

При транспортировании гидросмесей с крупными частицами активную роль в переносе твердой фракции играет жидкость.

Транспортирование гидросмесей с мелкими частицами характеризуется прерывным взвешенным перемещением твердых частиц по вертикали трубопровода. Грубодисперсные частицы при транспортировании находятся во взвешенном состоянии благодаря турбулентному режиму движения. Тонкодисперсные гидросмеси также перемещаются при турбулентном режиме, где твердые компоненты по сечению распределяются равномерно. Скорость перемещения достигает 1,5 м/с. Неоднородные гидросмеси при размере твердых частиц до 0,5 мм перемещаются во взвешенном состоянии, размером 6...8 мм — прерывным взвешиванием в пристенной части или волочением по нижней стенке трубы.

Влияние компонентного состава гидросмесей таково, что тонкодисперсные смеси можно отнести приближенно к структурным жидкостям, грубодисперсные — к неоднородным смесям.

Гидравлической крупностью твердых частиц в гидросмеси называется скорость равномерного выпадения их в осадок. Она зависит от геометрической формы и размеров частиц, плотности образующего ее вещества и вязкости жидкой фракции. Гидравлическая крупность обозначается со для тонкодисперсных и неоднородных материалов и вычисляется по формуле

где d — средний диаметр частиц, м; а — насыщение потока транспортируемым продуктом,

р — динамическая вязкость жидкости в гидросмеси, Па с.

В качестве примера следует сказать, что концентрированные гидросмеси имеют частицы от 0,5 до 1,5 мм.

Комбикорма характеризуются средним размером частиц (модулем):

  • • мелкие —0,2... 1 мм;
  • • средние — 1... 1,8 мм;
  • • крупные — 1,8... 2,6 мм.

Фракционный состав зерновых (целых и измельченных) разнообразен:

  • • для мучных кормов размеры частиц имеют значения от 0,53 (мука просяная) до 2,39 мм (мука рыбная);
  • • для целого зерна — от 3,9 (зерна пшеницы) до 5,6 мм (зерно гороха). Коэффициент трения твердой составляющей гидросмеси имеет

широкие пределы изменения: статический — 0,68... 1,64; динамический—0,31...1,46.

Кроме того, коэффициенты трения зависят от конструкционного материала, состояния поверхности, с которой контактирует транспортируемая гидро- или пневмосмесь, скорости движения, давления и других факторов.

Седиментация (осаждаемость) тонкодисперсных сельскохозяйственных гидросмесей зависит от растворимости в воде и образования структуры. Так, для заменителей молока основная масса растворяется в воде, и лишь незначительная ее часть идет в осадок.

Для плохо растворяющихся кормовых материалов в воде происходит очень быстрое расслоение.

В зависимости от гранулометрического состава, концентрации, способа приготовления гидросмесей скорость осаждения их колеблется от 0,069-10-5 до 300-10-5 м/с.

Удельный вес сельскохозяйственных гидросмесей колеблется от 8900 до 11280 Н/м3, а компонентов, входящих в состав гидросмесей, — в значительно больших пределах — от 6000 до 26 000 Н/м3.

Консистенция гидросмесей представляет собой степень насыщения твердым компонентом и выражается объемными или весовыми соотношениями:

Влажность гидросмеси — доля воды, содержащаяся в массе смеси, выраженная в процентах:

где т — масса влажной смеси, кг; тс — масса сухой смеси, кг.

По зоотехническим требованиям влажность кормосмесей для свиней не должна превышать 65%. Кормовая смесь может иметь влажность в пределах 85...90%, но вся влага будет в свободном состоянии.

Реологические параметры гидросмеси характеризуются необратимыми остаточными деформациями и течением разнообразных вязких и пластичных материалов.

Реологию можно рассматривать как механику реальных, сплошных сред, заимствуя в определенной степени основные положения теории упругости, пластичности и гидродинамики.

Основные реологические параметры гидросмесей:

  • • вязкость (ньютоновская, эффективная, пластическая);
  • • модули упругости;
  • • предельное напряжение сдвига;
  • • ползучесть;
  • • период релаксации.

Вязкость — одна из главных причин гидравлических сопротивлений и потерь энергии движущихся гидросмесей. Кормовые и навозные массы — это неньютоновские жидкости, ибо их вязкость зависит от скорости деформации.

Для большинства кормосмесей с увеличением скорости сдвига вязкость уменьшается до определенного предела, а затем остается практически постоянной. С уменьшением консистенции и увеличением влажности вязкость уменьшается.

Вязкостные свойства кормосмесей в большей степени зависят от температуры. У большинства кормосмесей вязкость при повышении температуры уменьшается. Для кормов, содержащих крахмал, наблюдается повышение вязкости при увеличении температуры за счет того, что происходит набухание материала.

Вязкость навозных масс изменяется в пределах от 0,7...0,006 Па с (крупного рогатого скота) до 0,38...0,004 Па с (свиней) в зависимости от влажности, содержания подстилки в навозе, рациона кормления, температуры и других факторов.

Липкость, или адгезионные свойства гидросмесей, характеризует взаимодействие последних с материалом трубопровода и определяется составом рассматриваемого материала, влажностью, температурой и другими факторами.

Адгезия (липкость) кормосмесей колеблется в диапазоне 10... 1300 Па, а навозных масс — 40...2000 Па.

Транспортирующая способность потока. Это такое состояние потока, при котором он перемещает максимально возможное количество материала.

Движение неньютоновских жидкостей по трубам и лоткам характеризуется целым рядом особенностей по сравнению с движением ньютоновских жидкостей.

Класс неньютоновских жидкостей — вязко пластичных — обычно называют бингемовской жидкостью (в честь американского ученого Бингема). К числу таких жидкостей относятся суспензии и коллоидные растворы, состоящие из двух фаз — твердой и жидкой, кормовые и навозные смеси.

Реологические свойства бингемовской жидкости характеризуются в основном двумя параметрами — начальным напряжением сдвига и пластической вязкостью:

где т — касательная сила трения; т0 — начальное напряжение сдвига; --градиент скорости.

dr

Для начального движения неньютоновской жидкости необходимо создать разность давления, соответствующую возникающему в жидкости касательному напряжению т и ее начальному напряжению сдвига т0. Это объясняется наличием пространственной решетки, когда жидкость находится в покое. В дальнейшем вся масса жидкости отрывается от стенок трубопровода и движется первоначально как одно целое с одинаковыми скоростями для всех частиц, по мере увеличения разности давления возрастает и скорость движения жидкости. В центральной части поперечного сечения возникает так называемое центральное ядро, и жидкость снова продолжает двигаться, как твердое тело. Это так называемый структурный режим движения.

При повышении разности давления центральное ядро уменьшается, а область ламинарного режима увеличивается, и при дальнейшем возрастании структурный режим полностью перейдет в ламинарный. Но полностью ламинарный режим не существует, так как еще при наличии центрального ядра зарождается турбулентное движение. Следовательно, структурный режим переходит непосредственно в турбулентный.

Количественной оценкой транспортирующей способности потока является критическая скорость. При критической скорости транспортирования поток максимально насыщен твердыми частицами материала и транспортирующая способность потока используется полностью. Добавки материалов в такой поток приводят к выпаданию твердых частиц на дно.

Для определения значения критической скорости при движении гидросмесей предложено много эмпирических формул и зависимостей.

При практических расчетах чаще всего поступают следующим образом. По формуле

находят критическую скорость и, сравнивая ее со средней скоростью потока и, устанавливают характер режима: при и < икр — режим структурный, при о > икр — турбулентный.

В заключение следует отметить, что режим течения неньютоновских жидкостей устанавливают по критическому значению сообщенного числа Рейнольдса.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы