Хидравлични съпротивления при ненютонови течности


Категория на документа: Други


Реологията е наука, която изучава течението на материала в телата. В случаите, при които деформацията на телата расте непрекъснато и необратимо във времето, се казва че материалът тече. Когато силите действащи върху тялото предизвикват вътрешни напрежения , по-малки от тези, предизвикващи границата на еластичност, течението е вискозно, а когато тези напрежения са по-големи от граничните еластични напрежения - пластично.
За първоначалното задвижване на по-голяма част от хидросмесите, е необходимо да се приложи определена натискова сила, която да преодолее т.нар. начално тангенциално напрежение на задвижване τ0 , което се диктува от началните съпротивления при задвижването на хидросместа. Установява се също, че с промяна на градиента на скоростта dc/dr в тръба или dc/dy в канал, тангенциалните напрежения се променят по нелинеен закон. Съгласно определението на хидродинамиката за нютоновите течности, коефициентът на динамичен вискозитет : μ=τ/(dc/dy)=const и τ0=0.
Онези течности и хидросмеси, при които динамичният вискозитет се променя с промяна на градиента на скоростта, или имат начално напрежение на задвижване, се наричат ненютонови. Такива са хидросмесите от въглищен прах, каолиновите, варовите, циментовите, хартиено- целулозните, наситените содови разтвори и редица други хидросмеси.
Всички течности и хидросмеси, в зависимост от своето поведение при движение, се подразделят на седем групи, а именно:
1. Пластично-псевдопластинчати (Бингамови)
2.Линейно-пластинчати (Бингамови)
3. Пластично-дилатантни
4. Псевдопастични
5. Псевдопастични с проявяваща се тиксотропия
6. Нютонови
7. Дилатантни
Хидросмесите променят своите реологични свойства и с промяна на температурата по различен начин. Например при някои хранителни хидросмеси, повишаването на температурата води до намаляване на структурният им вискозитет, а при нехранителните, като глинести разтвори и др. - до увеличаване на същия.
Реологичните свойства на повечето хидросмеси и ненютонови течности не се променя с течение на времето. Има обаче и такива, при които вискозността им се променя не само при промяна на скоростта, но и когато са оставени в покой. Същото се отнася и за началното напрежение на задвижване. В зависимост от това тези хидросмеси се подразделят на : тиксотропни и реопектни.
При варовите, глинестите и циментовите разтвори се наблюдава явлението тиксотропия , което се изразява в загубване възможността за изливането им от съда, в който се намират след определен период от време за тяхното приготвяне. Така например варов разтвор с концентрация 38%, оставен в спокойно състояние, се сгъстява след 40 минути и загубва свойствата си за транспортиране. След разбъркване обаче той възвръща отново свойствата си на разтвор и може да бъде транспортиран.
Тиксотропията е обратим процес. Казаното по-горе показва, че тиксотропните хидросмеси трябва да се разбъркват периодично при прекъсната транспортиране в резервоарите от които се засмукват.
В противоположност на тиксотропните хидросмеси, при които структурните връзки се разрушават при движение, при реопектните, някои скорости на движение спомагат за структурообразуването. Такива са гипсовите разтвори с определена концентрация.

За оразмеряването на една система за транспорт на ненютонова течност или хидросмес и за подбиране на параметрите на помпите, е необходимо да се познават хидравличните съпротивления в системата и характеристиките на помпите. За целта е необходимо най-напред да се намерят начини за определяне на хидравличните съпротивления в тръбни системи и начините за намиране на характеристиките на помпите при работата им с ненютонови течности или хидросмеси. Известно е, че съпротивленията в тръбни системи се разделят на два основни вида: линейни и местни.

Линейни съпротивления.
Течението на хидросмеси в прави тръби е свързано с преодоляването на съпротивления, предизвикани от тангенциалните напрежения както по стените на тръбите, така и вътре в сместа.
При течението на хидросмеси от въглища, глина, торф, на хранителни и други хидросмеси в тръби с D=12÷600 mm загубите могат да се пресметнат по израза на Дарси-Вайсбах:
∆pл=λ . lD . ρ . c22
където λ е коефициент, който се определя за всяка група хидросмес отделно и зависи от обобщения критерий на Рейнолдс.

Наблюдава се, че за D>100 mm видът на хидросместа и грапавостта на тръбите не оказва влияние на λ. На фигурата показана отгоре в логаритмичен мащаб са дадени стойностите на коефициента на линейно съпротивление λ на ненютонови течности и хидросмеси от обобщения критерий на Рейнолдс.

Линейни съпротивления при хоризонтално и вертикално транспортиране на хетерогенни смеси:
При хидросмеси от дребнозърнести материали (пясък, утайки, глина и др.) с вода се използват така нареченото число на Рейнолдс ReТ.
ReТ=dT.(cB-cT.T.)η ≤0.02
Където: dT е среден диаметър на частиците;
cB - скорост на водата; cT.T. - скорост на твърдите частици в тръбата;
Ако течението е турболентно, то хидросместа е хомогенна.
cT.T.=c-l-S.cT
където cT е скоростта на утаяване на твърдите частици в спокойна вода. При наличие на по-едри частици за преодоляване на утаяването им при транспортирането е необходимо да се спази известно съотношение CTC (между скорост на утаяване cT и скоростта на сместа в тръбата).
А за скоростта на утаяване на твърдите частици в спокойна вода CT при различен диаметър и различна плътност на същите, както и характеристичното число на Рейнолдс, за две различни, най-често срещани температури на транспортиране са дадени на фиг. 1.1 и фиг. 1.2 по-долу.

фиг. 1.1

фиг. 1.2

Чрез помощта на табл.1.1, при определено ρТρв и дадена едрина dT може да се намери и скорост на утаяване cT , а също може да се намери и скоростта на течността. С тази скорост се намира обобщения критерий на Рейнолдс Re*, а чрез него и коефициентът на линейно съпротивление λ , необходим за изчисляване на хидравличните загуби. Някои смеси, независимо от едрината, при определена концентрация се проявяват като нютонови течности.

ρТρв
1,5
2
2,5
3
4
5
6



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Хидравлични съпротивления при ненютонови течности 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.