Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время, а связи о увеличивающимися с каждым годом объемами перевозок различных материалов, наряду о развитием традиционных, ' болыюй интерес вызывает использование новых видов непрерывного транспорта, в том числе трубопроводного. По предварительным оценкам специалистов, для транспортирования различило продуктов промышленности и сельского хозяйства можно успешно попользовать трубопроводные системы гидроконтейнерного и высоконаиорного пневматического транспорта.
При гидроконтейнерном трубопроводном транспорте ( ГКТЇ ) транспортируемый материал ( сыпучие или вязкие продукты ) загружает: в контейнеры С капсулы ), которые затем транспортируют по трубам при помода потока^лидкости.. Идея высокснапорного пневмотранспорта допускает создание магистральных трубопроводных систем для перекачки смесей дисперсных материалов и различного рода газовых носителей, в частности, смеси, измельченного угля и природного газа или углекислоты, обладающей повышенной калорий-ноотьп при сжигании. В отличие от обычных хгаевдагранспортных систем, которые работает при оравяител: но небольшое давлениях воздуха я ограничены по длин» транспортирования, магистральные пневмотранспортные системы, аналогично как н газовые магистрали, характеризуются высокими рабочими давлениями порядка 100 атм и больтэй протяженностью трубопровода, исчисляемой сотнями километров.
Проектирование, а также-обеспечение надежности и эффективности работы систем ГКТТ и высоконапорного пневмотранспорта невозможно без разработки гидро- и аэродинамических основ расчета этих систем.
В настоящее время теоретическому и экспериментальному изучение различных аспектов гидродинамики ГКТТ посвяцены работы многих исследователей. Однако, ввиду исключительной сложности гидродинамических процессов, общая теория движения контейнеров в жидкости далека от сроєго завершили. Предлагаемые расчетные зависимости для определения основных параметров гидротранспортиро-ваяия контейнеров носят, в основном, эмпирический характер и область их применения весьма ограничена. Что касается ансококапор-ных пневмотранспортных систем, то сама идея такого способа транспортирования является новой а какие-либо рекомендации по
- 2--расчету таких оиогем к настоящему времени отсутствуют. Основной особенностью расчета такого рода установок является учет сверхвысоких давлений, при которых газовый носитель занимает по своим физико-механический свойствам промежуточное положение между несжимаемой жидкостью и воздухом. Поэтому, в отличие от обычных гидра- и пневмотранспорта, высоконаяоршя пневмотранспорт к настоящему времени практически не изучен. Такий образом, проблема разработки физически обоснованных методов расчета систем ГКТТ и высоконапорного пневмотранспорта является актуальной и представляем научный и практический интерес. Цель работы:
разработка иа основе теории движения гетерогенных двухфазных смесей математических моделей гидроконтейнерного к высокона-порыого пневматического трубопроводного транспорта;
проведение широкомасштабных экспериментальных исследовании динамических и кинематических параметров гидротравспортирозання контейнеров различной плавучести на горизонтальных, поворотных и наклонных участках трубопровода;
проведение экспериментальных исследований потоков, моделирующих движение газовзвеси в трубах при высоких давлениях;
создание на основе полученных математических моделей и опытных данных научно обоснованных методов гидре- и аэродинамического расчета основных параметров ГКТТ и вксоконапорного пневмотранспорта;
разработка конкретных предложении по практическому использованию ГКГТ и выооконапорного пневмотранспорта в различных областях народного хозяйства.
Научная новизна. В диссертационной работе: 1. В рамках континуальной механики гетерогенных смесей построены математические модели гидротранспортирогания контейнеров и течения гаэовзвеси а трубах:
составлены замкнутые системы осредвеншх по вероятности дифференциальных уравнении для гидрононтейнерного потока и напорного движения газовзвесей;
выполнено обобщение предлагаемых математических моделей для различного рода напорных потоков гетерогенных сред.
2. Получена новые экспериментальные данные в области исследования ГК7Т и высоконапорного пневмотранспорта:
- на серии масЕтабных установок в вироком диапазоне условий
гздротранспорткрозаякя выполнены исследования динамических и кинематических параметров гидротранспорта жестких и эластичных контейнеров различной плавучести на горизонтальных, поворотных и наклонных участках трубопровода;
проведены специальные эксперименты, моделнрузш?» движение газозэреси при высоких давлениях и отнесениях плотностей фаз;
предложен способ снижения сопротивлений е системах трубопроводного гэдроконтейкеряого трансяорта.
3. Созданы научно обоснованные метода расчета основных параметров гидроконтешеркого и Еысокояаяорного пневмотранспорта различных материалов:
- '- предложен инженерный метод гидравлического расчета промышленных и иагастрадькьк систем ГКТ7;
разработаны численны? алгоритмы и прсгргашы расчета стационарного и нестационарного движения гаэоззэеси э трубач при высоких давлениях;
рассыотрены задачи тгшюобиена а магистральных пнегмот-ранспортак системах;
выполнена пряная к косвенная врозерка предлагаемых расчетных методик;
- показана возможность и эффективность использования ГКТТ и
высококааорао'го пневмотранспорта в раздичннх областях народного
хоэяйстза.
Практическая ценность. Представленные з диссертации результаты исследований могут слулить основой для проектирования про-мшшеяних и магистральных систем ГКТТ и пневматического транспорта различных дисперсних материалов. Разработанные з диссертации инженерные ьсегоды расчета лоэзоляат обеспечить уотойчизую работу рассматриваемых трубопроводных систем, определять их пропускну» способность, оптимальным образом выбирать необходимое гидро- и азродаяаікявокев оборудование. Эти методы расчета могут быть также использованы соответственно для ревєикя обг;9й задачи гидродинамики движения гел а жидкости з стесненных условиях и для аэродинамического расчета потоков газовзвесеи в различного рода аппаратах химических и специальных технологий.
Реализация научно- технических результатов-. На основе диссертационных исследований были разработаны и внедрены следующие пакеты прикладных программ:-
1. Методика расчета основных параметров гидроконтейнерного
трубопроводного транспорта ( Новополоцкий политехническгаї институт, СКВ " Транснефтеаатоматика ", г. Ыоскза ).
-
Методика расчета движения тел в стесненных условиях С &&~ . тайский НИИ химической технологии, г. Бийок ).
-
Методика расчета осноэшх параметров высоконапорного пневмотранспорта ( Химическое объединение имени Г.И.Петровского, г. Луганск, Институт проблей математических машин и систем НАК Украины, г. Киев ).
-
Методика расчета переходных процессов в системах трубопроводного гидре- и пвезыогрансяорга дисперсных материалов (Волькогорскин государственный горно-металлургический комбинат, г.Днепропетровск ).
Результаты работа могут быть использованы в ВУЗах при изучении курса "Промышленный транспорт".
Апробация работы. Основные результаты работы дохдадывалиоъ и получили одобрение на:
Украинских семинарах по гидротехнике и гидромеханика ( Киев, 1976, 1979, 1980, 1985, 1390, 1994 гг.);
Всесоюзной конференции по труСлпроводному контейнерному транспорту ( Москва, 1977 г.);
УІ научной конференции Западно-Сибирского -региона MB и ССО FQ3CP по математике и механике ( Томск, 1977 );
I и И Всесоюзных школах молодых ученых по теплофизике ( Новосибирск, 1979 в 1981 гг. )}
УП Республиканской научно-технической конференции < г.
Новополоцк, 1980 г.);
- Всесоюзном сеыикаре-ссвеи^нии " Создание и внедрение
транспортных систем на новых технологических принципах " ( Москва, 1982г.);
Всессюзной научно-технической конференции "Контейнерный трубопроводный транспорт "(г.Новополоцк, 1984 г.);
Всесоюзной конференции "Спецтранс 85 и(г.Ьйсква,1985 г.);
Всесоюзной конференции "Трубопроводный гидротранспорт-твердых материалов " (г.Москва, 3936 г.);
ІУ Республиканской конференции по прикладной гкдрошха~и-ке ( г.Киев, 1SS7 );
Республиканской научно-технической конференции по проблемам пневмотранспорта ( г. Севастополь, 19S9 );
всесоюзной научно-практической конференции "Научнр-техни-
- 5 -ческий прогресс и перспективы развитая новых специалиэироваяных видов транспорта" ( г. Москва, 1990 );
Всесоюзной конференции " Махатма и тепломассообмен двухфазных сред в технике и пороякозой технологии ( Томск, 1991 );
Международной школе "Application ol Computers in Hydrotechnics and Water Sourse Protection" ( Болгария, г. Варна, 1990 >; .
Международной конференции "Hydromechanization 7" (Болгария, г. Варна, 1991 );
Международной конференцій "Transport and Sedimentation Df solid particles" ( Яолыьа, г. Вроцлав, 1S92 );
Международной конференція "Fluid mechanics and hydrodynsnical aspects of biosphere" ( Чехия, г. Прага, 1S93 );
' - Международной конференции "Hydrcmeohanisation 8" С Германия, г- Магдебург, 19S3 );
- Ме;«дународной конференции "Eurariech" С Киев, 1S94 ).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 39 пе
чатных работ, в той числе одна монография в соавторстве.
Структура и объем, работы. Диссертация изложена ка Лаа страницах, содержит J&Dрисунков, список литература иэ^^наименований. Работа состоит из введения,- семи глав и заключения.
Основина-результаты, представленные в диссертации, подучены. автором самостоятельно.
Автор выражаэт глубокую благодарность доктору техн. наук Крилю С.'Л. эа ценные созеты, поддержку и научные гаксультация при выполнении нзотсяцей работы, а также сотрудникам отдела стратифицированных течений и лаборатории магистрального гидротранспорта КГМ КАК за созеты и практическую помощь в реализации результатов работы.