Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Потужність, споживана пристроєм, що перемішує, залежить від багатьох факторів: форма і розміри апаратів і перемішуючих органів, наявність перешкод: змійовиків, гільз для термометрів, труб, відбив­них перегородок і т. п.. Визначення потужності, що витрачається при механічному перемішуванні, є одним зі складних завдань гідродина­міки.

Методи і розрахункові формули, прийняті в даний час для визначення потужності, ще не можуть вважатися досить повни­ми. При проведенні технологічних процесів перемішуване середови­ще може змінювати температуру і фізичні властивості (густину.

в’язкість), що відбивається на потужності, яка споживається мішал­кою. Тому у відповідальних випадках результати розрахунків переві­ряють на лабораторних і пілотних установках.

Потужність, споживану мішалкою, можна розрахувати, розгля­даючи роботу мішалки як роботу насоса:

(6.1)

де N — потужність, споживана мішалкою. Вт;

Ке* — витрата рідини, що протікає через мішалку, м-fc;

АР — тиск, створюваний мішалкою, Па.

Витрату рідини можна обчислити, припускаючи, що рідина проходить через бічну поверхню циліндра з діаметром, рівним діаме­трові мішалки d, і висотою, рівною висоті лопаті мішалки Ъ, зі шви­дкістю, пропорційною окружній швидкості кінця лопаті мішалки:

(6.2)

де a = nn-d — окружна швидкість мішалки, м/с; d — діаметр лопаті мішалки, м; п — частота оберт ання мішалки, об./с.

Таким чином, витрата рідини, що протікає через мішалку, про­порційна добуткові куба діаметра мішалки на частоту обертання л. Висоту мішалки Ь можна виразити через діаметр мішалки d, тому що для нормалізованих мішалок відношення bjd є визначеним і рів­ним 0,1; 0,2 іт. д.

Тиск АР, створюваний мішалкою, пропорційний динамічному тискові:

АР ~ р-іу2 ~ р п2 -d2,

де р — густина рідини, яку перемішують, кг/м3. Годі за формулою (6.1) одержимо:

Таким чином, з порівняння формул (6.1) і (6.4) випливає, що но­мінальна потужність, споживана мішалкою, може бути розрахована за рівнянням:

N = KN-p-n3-d

де KN — безрозмірний комплекс, що називається критерієм потужно­сті.

Величину К-н визначають залежно від типу мішалки (рис. 6.1) та режиму руху рідини, що перемішується, по таблицях або графіках Кн = /(Re), побудованих за дослідними даними (рис. 6.2).

Величина критерію Рейнольдса для будь-якої мішалки (табл. 6.1) визначається за формулою:

Re = P-a-d = p-n-d2

р р ’

де р — динамічна в’язкість рідини, Па с.

1 — шнековая мешалка; 2 — лопастная мешалка

Таблиця 6.1- Характеристики мішалок та посудин наведених на ри­сунку 6.1 № поз. — — Типи мішалок Основні розміри мішалок на рис. 2 d/D Ь/Т> п а 1 Лопатна 0,66 0,1 2 90° 2 Лопатна з перегородками 0,66 0,1 2 90° 3 Листова 0,5 0,75 2 90° 4 Листова с відбивними перегородками 0,5 0,75 2 О О 5 Пропелерна 0,25 — 3 -Є» о 0 6 Пропелерна з відбивними перегородками 0,25…0,33 — 3 0 О ** 7 Пропелерна с дифузором 0,2…0,33 — 3 40° 8 Рамна 0,87 0,07 — 90° 9 Турбінна 0,25 0,2 6 0 О 0*5 10 Турбінна з відбивними перегородками 0,25 ..0,33 0,2 6 90°

На рис. 6.2 наведені дослідні значення KN як функції від крите­рію Re для мішалок різних типів при обумовлених відношеннях діа­метра D посудини, висоти Н рівня рідини, ширини Ь лопаті та діа­метра d лопаті мішалки (D/d, Н/ D з b/d), а також для пропелерних мішалок при відношенні кроку гвинта до діаметра посудини s/d іЩО дорівнює 1 або 2. За рис. 6.2 знаходять значення KN з та підставляючи його до формули (6.5), визначають потрібну потужність.

Однак величини KN, одержані за графіком, будуть точними тільки для мішалок, геометрично подібних тим (табл. 6.1), до яких ві­дносяться дослідні дані. Тому, у випадку відсутності геометричної подібності, значення що знайдено за рис.6.2, треба помножити на відповідні поправочні коефіцієнти:

де a = D/d — для модельної мішалки (табл. 6.1); p-bjd — для модельної мішалки (табл. 6.1); b і І — ширина та довжина лопаті, м;

/ — ширина перегородки, м;

N — кількість перегородок.

Значення показників степенів у рівняннях поправочних коефіці­єнтів (6.7) можна приймати за табл. 6.2.

Таблиця 6.2 — Значення показників степенів у формулах (6.7) Тип мішалки а h к т Р г п Лопатеві без перегородок 1,1 0,6 0,3 — — — Лопатеві з перегородками 1,1 0,6 0,3 — — 0,3 0,4 Пропелерні без перегородок 0,93 0,6 — — 1,0 — — Пропелерні з перегородками 0 0 — — 1,7 0,3 0,4 Турбінні без перегородок 0,93 0,6 1,0 1,5 — — — Турбінні з перегородками 0 0 1,0 1,5 — 0,3 0,4

При наявності в апараті додаткового обладнання (змійовиків, труб та інше), а також при великій шершавості стінок посудини ви­трата енергії на перемішування збільшується. Орієнтовно можна ви­користовувати такі поправочні коефіцієнти до значення A iV; гільза для термометра /г = 1,1;

труба fn, = 1,2;

посудина з шершавими стінками /ш = 1,1… 1,2.

При пуску мішалки в рух енергія витрачається не тільки на по­долання тертя, а також й на виведення рідини зі стану спокою, тобто на подолання сил інерції. Однак пускова потужність перевищує робо­чу не більш, як у двічі та витрачається протягом короткого часу. Від­повідно тому електродвиїун завжди вибирають за робочою потужніс­тю мішалки Np, враховуючи можливість короткочасного збільшення моменту кручення на валі електродвигуна.

Розглядаючи рух рідини в апарат і з мішалкою як окремий випа­док явища руху рідини, для опису процесу при сталому режимі мож­на скористатися загальним критеріальним рівнянням:

Еи = <p(Re, Fr, Г,, Г2, …),

де Еи = АР/(р-а)2) — критерій Ейлсра (міра відношення сил тиску до сил інерції);

Re = pco-d/p — критерій Рейнольдса (міра відношення сил інерції до сил в’язкості):

Fr = (n ‘(g-d) — критерій Фруда (міра відношення сил інерції до си­ли ваги);

/ і, Г2,… — симплекси геометричної подоби;

Д/’ — втрати тиску, I t/м ;

Р — динамічна в’язкість рідини, Па-с;

g- прискорення вільного падіння, рівне 9,81 м/с2.

Оцінку режиму руху рідини, шо перемішується, виконують за допомогою безрозмірного комплексу величин, який називається від­центровим критерієм Рейнольдса (за формулою (6.6), у якому швид­кість рідини виражена через частоту обертання мішалки і її діаметр.

Вважають, що критичне значення цього критерію Ren ~ 50.

Якщо число Рейнольдса для даної мішалки менше 50, то це зна­чить, що рідина перемішується недостатньо інтенсивно і спостеріга­ється так званий ламінарний режим її руху. При ламінарному гідро­динамічному режимі частинки рідини рухаються паралельно одна одній в напрямку руху потоку, не переходячи з одного шару рідини в інший.

При значеннях числа Рейнольдса більше 50 інтенсивність пере­мішування зростає. У рідині виникають вихори, що хаотично пере­міщуються в об’ємі рідини, що рухається, і хаотичне перемішування окремих шарів. Такий гідродинамічний режим має назву турбулент­ний. Саме він забезпечує вимушену циркуляцію потоку в апараті.

Комментарии запрещены.