Гидравлический расчет илопроводов

Осадок сточных вод (канализационный ил) представляет собой неоднородную дисперсную жидкость. Содержание воды в ней составляет 90-99%. Дисперсность определяется сточной водой, в которой находятся органические вещества и растворенные электролиты, фазой которой являются твердые частички и коллоиды.

Такая дисперсная жидкость относится к аномальным неньютовским жидкостям, и их называют бингамовскими жидкостями.

Касательные напряжения возникающие при их движении не подчиняются закону Ньютона о внутреннем трении в жидкости. Для определения касательных напряжений справедлив закон Бингама:

τ=τ_о+μ_n ,                                              (73)

где τ_о - величина, выражающая некоторое начальное значение касательного напряжения, после которого жидкость переходит в движение.;

μ_n– пластическая вязкость жидкости, динамический коэффициент структурной вязкости.

При транспортировании сточных осадков может иметь место бингамовский (структурный) и турбулентный режимы. Структурный режим характеризуется тем, что в слое жидкости у стенки трубы движение ламинарное, а в ядре потока (центральная часть) жидкость движется условно, как твердое тело.

Определение гидравлических потерь в илопроводах осуществляется с использованием формулы Дарси – Вейсбаха

h_ℓ=λ .

Коэффициент гидравлических потерь по длине для структурного движения:

λ=  ,                                                   (74)

где Rе* обобщенный приведенный критерий Рейнольдса для данной жидкости.

Значение Rе* определяется по следующей формуле:

Rе*= ,                                          (75)

где Rе=  для воды.

Структурный режим движения имеет место, когда 240<Rе*<3000.

В случае турбулентного движения Rе*>3000 и коэффициент λ можно вычислить по формуле:

λ=  .                                                (76)

При определении режима движения в некоторых случаях можно использовать критическую скорость движения жидкости, зная ее плотность ρ_s:

V_кр=0,25 .                                        (77)

В случае V<V_кр  - устанавливается структурный режим, при V>V_кр будет турбулентный режим.

Касательные напряжения сдвига приблизительно можно вычислить по формуле:

τ_о= а (ρ_s–ρ_о)g  ,                                             (78)

где: а – коэффициент формы частиц, а =0,4÷0,7;

d- диаметр частицы.

Коэффициент гидравлического трения можно определить по формулам использующихся при движении воды в трубах (ньютоновская жидкость). При таком методе число Рейнольдса для воды заменяется эффективным числом Рейнольдса Rе_э в зависимости от μ_э.

Эффективная кажущаяся динамическая вязкость μ_э зависит от градиента скорости  и от напряжения сдвига τ_о:

μ_э= .                                                  (79)

Значения μ_э определяются согласно кривым течения неньютоновских жидкостей, получаемых на основании лабораторных опытов.

Число Рейнольдса:

R_еэ= ,                                              (80)

где ρ – плотность сточной воды.

Для ламинарного режима λ= , и гидравлически гладких труб λ= .

Для обеспечения транспортировки канализационного ила в напорном трубопроводе без его заиления необходимо учитывать минимальные расчетные скорости ила в зависимости от его влажности [5,17].

На основании экспериментальных исследований по гидротранспорту ила были получены значения V_мin и V_кр в зависимости от содержания воды. В таблице 11 приведены значения V_min для диаметра илопровода D=150-200мм и V_кр.

 

                                                                                                                          Таблица 11

Процентное содержание воды	Минимальная средняя скорость, м/с		Критическая скорость, Vкр, м/с
98	0,75	1,01
96	0,95	1,18
94	1,15	1,35
92	1,35	1,8
90	1,55	2,5

 

Имеются таблицы, в которых представлены осредненные значения τ_о и μ_n в зависимости от влажности канализационного ила.

Литература:

1. Богомолов А.И., Михайлов К.А., Гидравлика. М: Строиздат, 1965г.

2. Волнин Б.А. Технология гидромеханизации в гидротехническом строительстве, Л. Энергия, 1965г.

3. Зелепукин Н.П. и др. Справочник гидромеханизатора. Киев: Издательство Будивельник, 1969г.

4. Инструкция по гидравлическому расчету систем напорного гидротранспорта грунтов ВНИИГ. Л; Энергия, 1972г.

5. Курганов А.М., Федоров Н.Ф. Справочник. Гидравлические расчеты систем водоснабжения и водоотведения. Л. Строиздат, 1986г.

6. Мельников Ю.Ф., Ухин Б.В. Анализ существующих методов расчета ряда параметров гидротранспорта. Монтажные и специальные строительные работы. Серия 5. Специальные строительнве работы. Выпуск 1. М.: ЦБНТИ. Минмотажспецстрой СССР, 1983.

7. Нурок С.А. Технология и проектирования гидромеханизации горных работ, М. Недра, 1965г.

8. Прандтль Л. Гидромеханика. М: «Иностранная литература», 1951г.

9. Силин Н.А. и др. Гидротранспорт. К «Наукова Дума», 1971г.

10. Смолдырев А.Е. Гидро и пневмотранспорт, М: Металлургия, 1975г.

11. Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей М. Машиностроение, 1973г.

12. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1970.

13. Технические указания по расчету напорно-гидравлического транспорта грунтов М, Энергия, 1974г.

14. Уилкинсон У.Д. Неньютоновские жидкости. М: Мир, 1964.

15. Царевский А.М.. Гидромеханизация мелиоративных работ. М: Сельхозиздат, 1963г.

16. Шлихтинг Г. Теогия пограничного слоя. М.: Физматиз, 1972.

17. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Перекачки ила и осадочных сточных вод, М: Гостройиздат, 1961г.

18. Юфин А.П. Гидромеханизация. М: Строиздат, 1974г.

19. Babcock H.A. Process of Hydrotransport RHRA, 1970.

20. Durand R., Condolios E, Transport hundrauligue et decahtation des materiaux solids. Crenoble, 1952.

21. Zandi Y. “advance in solid – liguid flow in pipes and its application” Pergamonpress LTD, 1971.

22. Ухин Б.В., Мельников Ю.Ф. Инженерная гидравлика: Учебное пособие для вузов. Под ред. Б.В. Ухина. – М., 2006.