Способ снижения гидродинамического сопротивления потока жидкости Советский патент 1991 года по МПК F17D1/16 

Изобретение относится к гидродинамике многофазных сред и может быть использовано для снижения энергетических затрат при перекачке, циркуляции и сбросе жидкостей и суспензий, а также при перемешивании тел в жидкой среде.

Целью изобретения является повышение эффективности способа снижения гидродинамического сопротивления потока жидкости путем продления срока его действия.

Торф представляет собой природное образование. Это многокомпонентные полуколлоидные высокомолекулярные системы, имеющие в своем составе различные органические соединения. Сухое вещество торфа состоит из продуктов распада растений торфообразователей, их остатков и ми- неральных включений. Разложение растительного материала происходит в результате химических превращений в жизне- деятельностимикроорганизмов.

Источниками накопления минеральных соединений являются биогенная, водная и воздушная миграция неорганических

компонентов. Они в основном представлены минералами или входят в состав органо- минеральных образований. Зольность для низинных видов торфов, как правило, колеблется в пределах 6-18%, переходных 4-6%, верховых 2-4%. Их органическая масса делится на следующие группы веществ: водорастворимые,гуминовые, легкогидролизуемые, трудногидролизуе- мые, негидролизуемый остаток и битумы. Количественное отношение групп веществ меняется в зависимости от ботанического вида и условий образования.

Влажность торфа колеблется в пределах 88,9-93,2%; рН 2,6-7,4; теплота сгорания 5560-5240 ккал/кг; объемная масса 1,04-1,11 г/см3. Наряду с традиционным энергетическим использованием торф находит широкое применение как сырье для производства подстилочных, изоляционных и других материалов, лечебных грязей, торфяных удобрений и для химической переработки.

Сапропели представляют собой донные отложения пресноводных озер, содержасо

с

с ю

Сл) CJ

СЛ

щие ме менее 15% органического вещества, а также неорганические компоненты биогенного и привносного характера.

Органическое вещество продуцируется внутри водоема (микрофлора и микрофауна, высшие водоросли) и пополняется из зоны водосбора в виде растворенных соединений, органоминеральных компонентов и от- дельных частиц. Формирование сапропелевых отложений происходит при недостатке или полном отсутствии кислорода, что ведет к образованию органического вещества, обогащенного водородом. Сап- ропели подразделяются на четыре типа: ор- ганический,кремнеземистый,

карбонатный, смешанный. Для органических сапропелей верхний предел зольности принят равным 30%, для трех остальных 85%. В минеральной части кремнеземистых и карбонатных сапропелей содержится более 30% (на сухое вещество) SfiOa и СаСОз соответственно, а сапропели смешанные включают названные компоненты в количествах не менее 30%, кроме того содержат РеаОз.

Сапропели имеют пастообразную консистенцию, их влажность составляет 60- 97%, объемная масса 1,1-1,17 г/см , плотность сухого вещества сапропеля 1,59- 2,00 г/см3, рН 6,0-7,7. Минеральные компо- ненты сапропелей представлены в основном в виде тонкодисперсных окислов, стабилизированных органическими компонентами сапропелей, в том числе и водорастворимыми. Групповой состав органического вещества приведен в табл. 1.

Сапропели используются как удобрения для приготовления лечебных грязей, кормовых добавок и в качестве связующего при производстве строительных материалов.

П р и м е р. В воду вводят органический сапропель из расчета его концентрации 1 % в жидкости на сухое вещество. Полученная система перемешивается до однородного распределения добавки по всему объему. Определение снижения гидродинамического сопротивления потока жидкости проводится на установке ротационного типа для реодинамических исследований. При проведении экспериментов устанавливают зависимостькоэффициентагидродинамических потерь от числа Тейлора Та, которое представляет собой аналог чисел Рейнольда при куэттовском течении (в данном случае вращательное движение

жидкости в зазоре между цилиндрами рео- динамической установки).

Число Тейлора и коэффициент гидродинамических потерь определяли по формулам:

т -У Ј ЛГ-М П1ЈлЛГ-яИ- ,

0

А

Tf

2М 2М лг/э4л2Р2п2Н

М п2р/

5

0

5

0

где а и b - постоянные прибора;

п - число оборотов;

V - окружная скорость;

R - радиус;

I - длина внутреннего цилиндра;

д- величина зазора между внутренним и внешним цилиндрами;

р- плотность;

(i - эффективная вязкость (при переходе на турбулентный режим);

М - крутящий момент.

Величина снижения гидродинамического сопротивления при 1%-ной концентрации органического сапропеля в воде составляет 68% (табл. 2) по сравнению с ньютоновской жидкостью при числах Тейлора 200-600. Причем эффект снижения гидродинамического сопротивления сохраняется после 10-часового перемешивания жидкости лопастей мешалкой со скоростью 3000 об/мин.

Наряду со снижением гидродинамического сопротивления потока жидкости при

5 реализации технического решения наблюдается затягивание ламинарного режима течения, т.е. переход на турбулентный режим течения имеет место для ньютоновских жидкостей при критических значениях чис0 ла Тейлора ТакрКЗО, тогда как Такр для жид-. костей с добавкой сапропеля и торфа составляет около 230. Затяжка ламинарного режима также ведет к экономии энергии на перекачку потока жидкости, поскольку 5 энергия не расходуется на его турбулиза- цию.

Формула изобретения Способ снижения гидродинамического сопротивления потока жидкости на водной основе путем введения добавки, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, в качестве добавки используют торф или сапропель в количест- ве 0,01-8% на сухое вещество от массы жидкости.

Таблица 1

Изобретение относится к гидродинамике межфазных сред и может быть использовано для снижения энергетических затрат при перекачке, циркуляции и сбросе жидкостей и суспензий, а также при перемещении тел в жидкой среде. Цель изобретения - повышение эффективности способа за счет увеличения времени действия добавки. Для этого в жидкий поток вводят торф или сапропель в количестве 0,01-8% от массы жидкости в пересчете на сухое вещество. 2 табл.

Таблица