Файл: Лобанов, Д. П. Гидромеханизация геологоразведочных и горных работ учеб. пособие.pdf

По данным опытов незначительное различие в шероховатости стенок труб в структурном режиме не влияет на величину К. Смена структурного режима переходным наступает при Re' = (1,5—3) -103 в зависимости от концентрации смеси и диаметра труб. В свою очередь, турбулентный режим течения наступает при Re = uDр/р/ = = (3—4) •103. Для этого режима коэффициент сопротивления не зависит от Re. По данным измерений граничное значение Re опре­ деляется в первую очередь диаметром труб.

Безразмерный параметр (IV. 1) с удовлетворительной точностью обобщает данные измерений. И в общем случае для структурных гидросмесей имеем следующую расчетную формулу для удельных

В уравнении (IV.18) первый член в правой части характеризует влияние вязко-пластичных свойств (обычно неизменных для дан­ ных s и D), а второй — вязкостных свойств (для переходного режима

В режиме турбулентного течения для расчета удельных потерь напора пользуются формулами для тонкоднсперсных гидросмесей при соответствующем выборе значений коэффициента.

Т о н к о д и с п е р с н ы е г и д р о с м е с и . Обработку экспе­ риментальных данных в соответствии с уравнением (IV.4) следует вести в координатах (i — i 0)/i 0, as. В зависимости от содержания тон­

чительного количества частиц менее 0,07 мм тонкодисперсные гидро­ смеси, как отмечалось, могут переходить в структурные, что харак­ теризуется существенным изменением в пределах турбулентного режима течения значений коэффициента с 0. Для структурных, а также переходных к структурным потоков, экспериментальный коэффи­ циент с0 имеет значения соответственно 1,8—2,5 и 3,2—5,8.

102

Расчетная формула для определения гидравлических сопро­ тивлений для тонкодисперсных гидросмесей имеет вид

Для каждого вида смеси состояние предельного насыщения потоков твердым частицами приближенно характеризуют динами­ ческим подобием, выраженным отношением дополнительных затрат энергии вследствие влияиия твердых частиц на движение к общим затратам энергии. Это отношение для каждого вида смеси примерно величина постоянная. При использовании данного положения получим в общем случае

i0c0as/i0(1 -f-c0as) = const, т. е. const = c0as/(l + const),

откуда следует, что предельное насыщение не зависит от гидравли­ ческих характеристик потока и определяется физико-механическими свойствами смеси. В этом случае понятие о критической скорости или максимальном насыщении s в гидродинамическом отношении утрачивает свое значение. Определяется граничная скорость пере­ ходных потоков для конкретных условий задачи.

Под граничной скоростью тонкодисперсной гидросмеси в гори­ зонтальной трубе понимается такая минимальная скорость, ниже которой возможны переходные к вязкопластичному течению формы движения или отложения частиц рыхлым слоем; при скоростях, больше граничных, перемещение потока осуществляется при обыч­ ном турбулентном течении. Такие смеси перемещают при высоких концентрациях, обычно не менее 0,2—0,25. В этом случае игр практи­ чески не зависит от s, а определяется степенью дезинтеграции и вели­ чинами а и D, т. е.

Возможны потоки тонкодисперсных гидросмесей, приближаю­ щиеся по своим свойствам к грубодисперсным. К такого рода смесям можно отнести гидросмеси тяжелых измельченных руд. К тонко­ дисперсным гидросмесям, обладающим такими свойствами, можно отнести смеси с рудами ys = (35—45) кН/м3 и крупностью в основ­ ном 0,04—0,1 мм. С уменьшением ys до (26—28) кН/м3 граничное значение крупности частиц увеличивается до 0,15 мм. При содержа­ нии в транспортируемой руде до 25—35% частиц крупностью в пер­ вом случае 0,1—0,2 мм и во втором — 0,15—0,3 мм влияние их на параметры в достаточной степени учитывается значением dcp.

Для рудных тонкодисперсных смесей при скоростях и < и кр наблюдается подвижный слой отложения частиц на нижней стенке. Анализ экспериментальных данных показал, что как обычно в тонко­ дисперсных гидросмесях процесс определяется влиянием силы

103

тяжести и плотности частиц, концентрацией твердого в потоке н скоростью транспортирования; но существенным оказывается и влияние крупности частиц. Поэтому в соответствии с уравнением (IV.5) данные измерений обрабатываются в координатах вида

[(i — i0)li0as\, (Fr2/Fr*),

где Ft = u2/gD и Fr* = ul/gdQp — параметры Фруда для потока гидросмеси и частиц.

Расчетная формула для определения удельных потерь напора

с положением о динамическом подобии из (IV.23) формула имеет вид

также в координатах г — i0 и (аи*/и) s ] / 6 0. Между этими пара­ метрами существует линейная зависимость. Значения коэффициента пропорциональности оказываются существенно отличными для труб диаметрами 25—80 мм и 150—900 мм. Это объясняется тем, что хотя для движения таких потоков с любыми геометрическими размерами характерны одни и те же закономерности, однако в трубах малого диаметра траектории частиц существенно искажаются влиянием стенок. В этом случае движение частиц по вертикали потока огра­ ниченно, что проявляется в эффекте «срезанных траекторий», т. е. таких, в которых не используются полностью высота и длина скачка; этот фактор обусловливает дополнительные затраты энергии по­ током.

Расчетная формула для определения гидравлических сопротивле­ ний для грубодисперсных гидросмесей принимает вид

1,5—0,6 — для труб D = 105—125 мм).

При предельном насыщении потока твердыми частицами согласно принятому выше положению о динамическом подобии из (IV. 25)

104

где с' — >/"c*^/const = 6,5—7,5 — размерная величина; экспери­ ментальный коэффициент рекомендуется принимать в среднем с' =

=7 (с* = const).

Для тяжелых руд грубодисперсных гидросмесей основная фрак­ ция обычно представлена частицами крупностью 0,1 (0,15) — 1,5 мм. Измерения показывают, что при движении таких смесей проявляется резко выраженная неравномерность распределения твердого компо­ нента по вертикали потока, а также большая инерционность грубо­ дисперсных частиц руды, чем тонкодисперсных. Поэтому для таких условий обработку данных измерений можно вести в координатах

метр, мм).

Критическую скорость транспортирования аналогично прежнему

(IV.6 ), которая ведется в координатах i — г0 от as, свидетельствует о наличии линейной зависимости между указанными параметрами. При этом оказывается, что для неоднородных дисперсных систем значения коэффициента / существенно отличаются для различных горных пород. Характерно, что значения этого коэффициента имеют тот же порядок величин, что и коэффициент трения скольжения. В отличие от обычного скольжения груза по металлической поверх­

Расчетная формула для определения гидравлических сопротивле­

где f — 0,7—0,56 — для свежедробленых скальных пород; 0,55— 0,46 — для пород средней крепости; 0,45—0,36 — для окатанных (гравия) и мягких пород; 0,35—0,2 — для сланцев и крепких углей; 0 ,2 —0 ,1 — для мягких углей и антрацитов.

105

Если рассматриваются условия предельного насыщения потока твердыми частицами, согласпо принятому выше положению о динами­ ческом подобии (с учетом влиния па движение формы, острогранности и других свойств такое подобие требует / = const), то из (IV.29) получаем зависимость для критической скорости

частиц. Этот факт установлен также экспериментально для частиц

жидкости (приведенные выше расчетные формулы для основных видов гидросмесей отражают этот принцип) расчетная формула для определения удельных потерь иапора может быть представлена в впде

В случае максимального насыщепия потока твердыми частицами, аналогично прежнему, полагаем, что дополнительные затраты энер­ гии в потоке, вызванные перемещением груб.одисперсиых и неодно­ родных по крупности твердых частиц, отнесенные к общим затратам энергии, постоянны. На основе этого получаем формулу для кри­ тической скорости

где влияние тоикодисперсных фракций учитывается величиной

а* = [Ys/Yo— (I H-aSiMl H-aSj).

Вформулах (IV.31) и (IV.32) значения sb s2 и s3 соответствуют долям основных фракций в общей величине s.

Для случая транспортирования мелких классов пород, огра­ ниченных крупностью 2—3 мм, в формулах (IV.31 и IV.32) выпадает соответствующее слагаемое. При этом следует учитывать, что, например, для углей класса 0 —3 или 0 ^ 6 мм и при высоких кон­ центрациях гидросмесей учет влияния тонких классов < 0 ,0 4 (0,07) мм (при содержании их свыше 7-—10 % от общего количества угля)

106