Критические скорости подсасываемых потоков в струйных смесителях животноводческих стоков, минеральных удобрений и воды

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

При определении критических значений скорости потока во внешней и внутренней областях, составляется уравнение Д. Бернулли, приведенное для сечений А-А и t-t во внешней, А-А и О-О внутренней областях.

+(1+) + (1)

= +) + (2)

где:

- атмосферное давление, м.,

- потери напора на отрыв животноводческих стоков во всасывающем трубопроводе смесителя, м.,

и - коэффициенты гидравлического сопротивления от входа в смеситель f-f до сечения t-t во внешней и О-О во внутренней областях, приведенные к скоростям и

Значения величин в круглых скобках в зависимостях (1) и (2) могут быть приняты равными, так как величины коэффициентов и изменяются в пределах от 0,03 до 0,10, т.е. 1+ = 1+, где - коэффициент гидравлического сопротивления камеры смешения (на вход).

Рисунок 1 - Струйный трехкомпонентный насос - смеситель: 1 -внутренняя кольцевая щель; 2 - внутреннее сопло; 3 - наружное сопло; 4 - трубопровод подачи воды; 5 - заглушка; 6 - наружный стакан; 7 - конфузор; 8 - камера смешения; 9 - внешняя подсасывающая область; 10 - трубопровод подачи минеральных удобрений; 11 - задвижка; 12 - внутренняя подсасывающая область животноводческих стоков; 13 - трубопровод подачи животноводческих стоков; 14 - задвижка

Потери напора зависят в основном от конструкции механического рыхлителя при его наличии.

В случаях, когда отсутствует механический рыхлитель, всасывающий трубопровод выполняется в виде наконечника и потери можно учитываются через коэффициент , придав ему величину максимума. При замене в уравнениях (1) и (2) гидродинамическое давление в сечениях t-t во внешней и О-О во внутренней областях, упругостью водяного пара , и добавив, в качестве слагаемого величину срывной кавитации у (по Х.Ш. Мустафину у=0,3), что подтверждается нашими опытами, получим с учетом 1++ у=1+ формулу для определения критической докавитационной скорости.

 (3)

В случае работы на воде и с коротким всасывающим наконечником (:

, (4)

где: - заглубление сечения О-О и t-t под уровень навозонакопителя, м; для исследуемого кольцевого двухповерхностного смесителя принимается заглубление сечения О-О или t-t в зависимости от того, какая относительная скорость больше или .

При определении максимальных скоростей подсасываемых потоков на активном участке взаимодействия, бескавитационный режим работы смесителя обеспечивается при соблюдении условий и . При заданных геометрических размерах и коэффициентов смешения значение относительной скорости определяется по зависимости:

(5)

выведенной ниже:

Зависимость (5) получена с учетом того, что , а .

При определении относительной скорости вводятся допущения:

1) В сечении О-О весовой расход рабочей струи рассматривается условно разделенным на части, пропорционально расходам подсасываемого потока, поступающего из внешней и внутренней областей, (каждая из частей рабочей струи работает на вовлечение соответствующей части подсасываемого потока; граничная поверхность областей предполагается цилиндрической по длине проточной части, с постоянным радиусом.

2) Гидродинамическое давление в сечениях, взаимодействующих струй рабочей и подсасываемой, полагается постоянным по сечению;

3) Плотность подсасываемого потока по пути областей (внешней и внутренней) полагается постоянной, т.е.

4) В пределах камеры смешения живое сечение подсасываемого потока предполагается очерченным частью торховой поверхности.

5) Касательные напряжения в потоках по граничной поверхности с радиусом , разделяющей внутреннюю и внешнюю области равны нулю, ввиду малого поперечного градиента продольных скоростей.

6) Коэффициенты Кориолиса и Буссинеска в сечениях О-О и С-С принимаются равными 1, имея в виду распределение скоростей равномерным.

Максимальная скорость во внешней области определяется при выращивании относительных напоров нагнетания при и .

Напор нагнетания смесителя в относительных величинах определяется по зависимости:

(6)

где и - относительные величины напоров во внешней и внутренней областях.

Относительные напоры и получены по уравнениям количества движения, составленным для сечений О-О и С-С и уравнения Бернулли для сечений f-f и t-t и f-f и О-О во внешней и внутренней областях при .

; (7)

(8)

В случае когда, относительная скорость подсасываемого потока при оптимальном расстоянии постоянна на всем активном участке, то обозначив ее величина определяется по зависимости , а также обозначив и , зависимость (7) получена в виде:

Оптимальная величина выведена по зависимости:

Решение, которого дает:

(9)

Из первого допущения следует, что:

- коэффициенты смешения во внешней и внутренней области равны полному коэффициенту смешения:

, (10)

- относительный радиус граничной поверхности:

; (11)

- отношение подсасываемых величин:

, (12)

Так как:

, , ,

(12)

Подставив зависимости (9) и (12) в выражение (10) выведена зависимость для определения максимальной скорости подсасываемого потока во внешней области:

(13)

 Формулы для определения величин, входящих в зависимость (13) при заданных коэффициенте смешения геометрической характеристики смесителя m и относительных радиусов отверстий кольцевого сопла и :

(14)

- геометрическая характеристика во внешней области:

(15)

- относительная площадь камеры смешения, отнесенная ко внешней области:

(16)

Площадь живого сечения относительная подсасываемого потока в сечении О-О внешней области.

Таблица 1 - Сводка формул для расчета относительных максимальных скоростей подсасываемого потока

Для смесителя с центральной рабочей струей вычисляется по формуле (16) при , по формуле (18) при и .

Для сопоставления опытных и расчетных значений максимальных относительных скоростей во внешней и внутренней областях и подтверждение правомерности применения зависимости.

С геометрической характеристикой m=6,25;

Относительным расстоянием и =1,08;

Углом конусности конфузора г=20° (0,349 рад);

Коэффициентом гидравлического сопротивления на вход ;

Исследования проводились при, т.е.

В таблице 2 приведено сопоставление опытных и расчетных относительных скоростей и при различных коэффициентах смешения и расстояниях .

Г.Е. Мускевич выполнил замеры скоростей в проточной части кольцевого насоса-смесителя с двухповерхностной рабочей струей и с цилиндрическим смесителем.

Геометрическая характеристика смесителя m=4,17.

Относительное расстояние .

Угол конусности конфузора г=96°08.

Коэффициент гидравлического сопротивления на вход . Исследования проводились на воде, (.

Таблица 2 - Сопоставление опытных по Панину и расчетных данных

Сопоставление опытных по Г.Е. Мускевичу и наших расчетных данных показано в таблице 3.

смеситель подсасываемый кавитация

Таблица 3 - Сопоставление опытных по Г.Е. Мускевичу и расчетных данных

В таблицах 2 и 3 получено удовлетворительное совпадение опытных и расчетных данных, что подтверждает правомерность ранее выведенных зависимостей для расчета относительных скоростей во внешней и во внутренней областях.

Исследован кольцевой трехкомпонентный эжектор с двухповерхностной рабочей струей, установленный на опытном орошаемом участке. Одна из задач исследования состояла в опытном определении критических по кавитации коэффициентов смешения для различных напоров рабочего потока.

Геометрическая характеристика смесителя m=5,28.

Внешний диаметр кольцевого сопла

Внутренний диаметр кольцевого сопла .

Диаметр камеры смешения .

Расстояние от обреза сопла до начала

Угол конусности конфузора .

При определении расчетного критического коэффициента смешения приняты следующие величины параметров.

Атмосферное давление =10,33мм.

Упругость водяного пара (при температуре )

Заглубление выходного отверстия сопла под ;

Коэффициент срывной кавитации ;

Коэффициент гидравлического сопротивления входа ;

Исследования проводились на воде, ;

Таблица 4 - Сопоставление опытных и расчетных критических по кавитации коэффициентов смешения

Теоретические исследования дали возможность для определения гидравлических и геометрических элементов струйных смесителей, используемых в системах орошения стоками животноводческих комплексов. Доказана возможность применения к подсасываемому потоку, уравнения Д. Бернулли, и получена зависимость, для определения критической, по кавитации, скорости подсасывающих потоков. Выведены зависимости, для вычисления максимальных скоростей подсасываемого потока в различных конструкциях насосов-смесителей при сопоставлении подсасываемого с критической скоростью, определяющей докавитационный режим.

Размещено на Allbest.ru