Аграрная наука Евро-Северо-Востока. Т. 22, N 2

ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: МЕХАНИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ / ОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: MECHANIZATION, ELECTRIFICATION, AUTOMATION Аграрная наука Евро - Северо - Востока / 280 Agricultural Science Euro-North-East. 2021;22(2):278-286 Основными факторами, влияющими на режим течения являются степень заполнения сечения трубы жидкостью, внутренняя шеро- ховатость и уклон трубы, напряжение сдвига на поверхности раздела фаз [7]. При расчете двухфазного течения (жидкость – воздух) использовали гипотезу Л. Прандтля 3 , по которой касательное напря- жение на поверхности раздела фаз определяли следующим образом : , (1) где τ е – касательное напряжение, Па; х – первая константа турбулентности ; h t – степень заполне- ния, м; ρ см – плотность газожидкостной смеси , кг/м 3 ; − градиент скорости, м/с. Определяли плотность газожидкостной смеси по следующему выражению : , (2) где φ г – объемное газосодержание; φ ж – объем- ное содержание жидкости; ρ г – плотность газа, кг/м 3 . , (3) где ω ‒ площадь сечения трубы, м; ω г – пло- щадь заполнения поперечного сечения трубы воздухом, м 2 . Для определения площади заполнения поперечного сечения трубы потоком жидкости использовали следующее выражение : , (4) где ω ж – площадь заполнения поперечного сечения трубы потоком жидкости, м 2 ; d – диаметр трубы, м . Для данного выражения должно соблю- даться условие, что . При определении параметров образования пробкового режима течения жидкости во время промывки необходимо также учитывать, что во время движения масса жидкостной пробки уменьшается, что обусловлено прилипанием пограничных слоев жидкости к стенке трубо- провода под действием сил гравитации (рис. 1). Рис. 1. Жидкостная пробка в движении: V H – первоначальный объем, л; V i – объем после прохожде- ния i -й длины участка трубопровода, л; L ПРН – начальная длина пробки, м; L ПРi – длина пробки после прохождения i -й длины участка трубопровода, м / Fig. 1. Fluid plug in moving: V H ‒ initial volume, l; V i – volume after passing the i length of the pipeline section, l; L ПРН – initial slug length, m; L ПРi – slug length after passing the i length of the pipeline section, m Основываясь на известных законах физики движения жидкости в трубопроводе , считаем, что необходимый объем жидкостной пробки во время промывки должен удовлетво- рять следующему условию, л : Δ V = V н – V к, V к ≥ 0; (5) Δ V = Δ V пс + Δ V кч, где V н – начальный объем ; V к – конечный объем; Δ V пс – объем отставшей от пробки жидкости («потеря массы») в зоне погранич- ного слоя; Δ V кч – объем стекающей жидкости («потеря массы») с кормовой части пробки . Требуется задать такой первоначальный впуск объема жидкости, чтобы пробка сохра- нилась при движении по всему трубопроводу. На рисунке 2 приведена схема жидкостной пробки с учетом распределения скорости во время движения. В расчетах были приняты допущения, что вся масса жидкости в пределах погранич- ного слоя будет потерянной массой пробки при движении. Чтобы оценить толщину турбулентного пограничного слоя применя- ют три показателя: толщина вытеснения δ 1 , толщина потери импульса δ 2 и толщина потери энергии δ 3 . Так как последние два показателя применяются при определении коэффициента сопротивления и потери энергии на трение , то использовали только толщину вытеснения по формуле Г. Шлихтинга 4 : , (6) , где U – скорость пробки, м/с; u – средняя скорость пробки, м/с; n – показатель степени . 3 Прандтль Л. Гидроаэромеханика. М.: Иностранная литература, 1949. 520 с. 4 Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. 744 с. Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека