Файл: Фонарев, А. Л. Гидромеханизация и гидротранспорт рыбы.pdf

Абсолютная ошибка при определении среднего рас­ четного диаметра трубопровода может быть оценена в 0,50 мм. Так как диаметр трубопровода равен 65 мм, то относительная погрешность при определении диаметра

Дг>= -тпг~’ 100=±0,80% . 65

При длине рабочего участка 4 м, возможная ошибка при его измерении не превысит 2 мм. Относительная ве­ личина ошибки в этом случае пренебрежимо мала

Аг^О.

Предельные относительные ошибки .при определении гидравлического уклона, расхода гидросмеси, средней скорости ее движения и объемной концентрации состав­ ляют:

Для нагнетательного трубопровода диаметром 65 мм получаем:

A t = ± l,3 % ;

Ар = 0,5+1,0 = ±1,5% ;

Ad= 1,5+2 -0,25=±3,1 %;

Д,,. = 0 ,5 + 1 ,5 = ± 2 ,0 % .

В металлических трубах, армированных резиноткане­ вых рукавах я брезентовых шлангах (50^ .0^200) мм предельные относительные ошибки опыта не выше, чем у рукава диаметром 65 мм.

Объектом 'исследования служили новые стальные бес­ шовные трубы диаметром 200 мм, гладкие армированные резинотканевые рукава (6 5 ^ 0 ^ 2 0 0 ) мм (см. рис. 2), брезентовые шланги диаметром 50 и 200 мм. Конструк­ тивные данные армированных резинотканевых рукавов приведены в табл. 1.

10

Опыты проводились с различными водорыбными сме­ сями. В качестве твердого компонента использовались балтийская килька, салака и атлантическая ставрида (табл. 2). Балтийская килька и атлантическая ставрида предварительно дефростировались в воде.

Опыты с различными 1водорыб'ньши смесями проводи­ лись в широком диапазоне изменения концентрации (0,08^/г^0,50) и расходной скорости движения гидро­ смеси (0 ,4 0 ^ о ^ 3 ) м/сек.

Перед проведением опытов с водорыбпыми смесями трубопроводы испытывались на воде. \По результатам этих опытов находились коэффициент гидравлического трения и число Рейнольдса:

11

сти, мг/сек. Расчетные диаметры труб определялись сле­ дующим образом. Для труб диаметром не более 100 мм — наливом, по объему залитой воды; для труб диаметром 200 мм — непосредственным измерением штангенцирку­ лем. У брезентового шланга— по длине периметра нор­ мального сечения его внутренней поверхности, которая впоследствии пересчитывалась на расчетный диаметр.

В общем случае гидравлический уклон гидросмеси за­ висит от целого ряда физических, кинематических и гео­

Для конкретного эксперимента d, D, yo, vo, ут, t — ве­

Результаты экспериментов

Испытания на воде. Стальные трубы и гладкие арми­ рование резинотканевые рукава (рис. 2) широко исполь­ зуются в рыбной промышленности в качестве всасываю­ щих и напорных, а брезентовые шланги — напорных тру­ бопроводов. Однако до настоящего времени опытов по определению гидравлических характеристик рукавов практически не проводилось.

Результаты экспериментов на .воде, приведенные в ра­ боте [11], относятся к 1948— 1949 гг. К настоящему вре-

12

А

Рис. 3. Экспериментальная зависимость ^(Re) для гладких армированных резинотканевых рукавов и брезентовых шлангов

ром 65 мм X на 14% выше, чем у рукава диаметром 100 мм (средняя величина давления в рукаве не превы­ шала 0,25 ати).

Известно, что форма и размеры шероховатости 'суще­ ственно влияют на .гидравлическое сопротивление труб [.12], [13]. При малых числах Рейнольдса трубы с малой шероховатостью (например, -стальные) подчиняются за­ кону изменения коэффициента гидравлического трения по Re для гладких труб [12]. Чугунные трубы в этой об­ ласти изменения чисел Рейнольдса подчиняются не за­ кону Блазиуса, а другому свойственному их форме и раз­ мерам шероховатости закону сопротивления [12]. По данным Фромма [14], [15], аналогичное влияние на гид­ равлическое сопротивление трубопроводов оказывает и волнистость их стенок.

В отличие от стальных труб внутренняя поверхность гладких армированных резинотканевых рукавов помимо местной шероховатости имеет малой длины волнистость (см. табл. 1) . Но так как и шероховатость и волнистость малы, то при низких значениях чисел .Рейнольдса у ру­ кавов, как и у стальных труб, вероятно, имеет место об­ ласть гидравлически гладкой стенки.

У новых чистых брезентовых пеньковых шлангов во всем диапазоне эксперимента (6,4- 104^ R e ^ 2 - 105, D —

— 50 мм; 1,5- 105^ R e ^ 5 - 105, Д = 200 мм) наблюдается только квадратичная область сопротивления (ем. рис. 3).

Незначительное постепенное уменьшение коэффициен­ та гидравлического трения шланга при увеличении числа Рейнольдса, которое мы наблюдаем на рис. 3, вызвано, вероятно, увеличением его диаметра из-за роста дав­ ления.

Диаметр шланга, а точнее его относительная шеро­ ховатость, оказывают слабое влияние на величину коэф­ фициента гидравлического трения. В самом деле при уве­ личении диаметра шланга в 4 раза его X уменьшилось с 0,055 до 0,045, т. е. только на 18%•

Шероховатость брезентового шланга своеобразна. Она обусловлена переплетением нитей пеньки и их ворсисто­ стью. Поэтому ее форма, геометрические размеры и дли­ на волны отличаются от шероховатости металлических труб и гладких армированных резинотканевых рукавов.

И так как ее величина сравнительно велика, коэффи­ циент гидравлического трения нового чистого брезентово­ го шланга примерно в 2,5 раза больше, чем у нового чи-с­

15

того гладкого резинотканевого рукава (D — 200 мм, Re = = 4,105) .

Испытание на водорыбных смесях. Результаты много­ численных экспериментов с водорыбными смесями в глад­ ких армированных резинотканевых рукавах, брезентовом шланге и металлической трубе, которые обработаны но

i(v, /г) для водокилечной и водосалачной смеси в гладком армированном резинотканевом рукаве с условным диа­

при скорости больше критической (скорость, соответст­ вующая минимуму гидравлического сопротивления) с ростом v гидравлические потери на трение увеличива­ ются. В то же время закон изменения ь(о) у гидросмеси и у однофазной жидкости различный. Тенденция к сбли­ жению у сравниваемых кривых свидетельствует о том, что на гидравлическое сопротивление гидросмеси расход­ ная скорость влияет значительно слабее, чем на ia одно­ фазной жидкости. Благодаря этому при малых скоростях гидравлическое сопротивление гидросмеси значительно больше, чем у воды. С ростом скорости эта разница уменьшается, а при малых концентрациях гидросмеси ис­ чезает вообще. В некоторых случаях эти кривые даже пересекаются (й^0,20, о= 2,50 м/сек). Аналогичное рас­ положение кривых i(v) у гидросмеси и однофазной жид­ кости наблюдалось и при исследовании гидравлического сопротивления водорыбных смесей в металлических тру­ бах [9]. Вероятно, при движении водорыбной смеси по трубам из любого материала имеет место одно и то же явление—•ламинаризация жидкой фазы гидросмеси твер­ дым .компонентом, т. е. сокращение в ней крупномасштабййх турбулентных пульсаций. .Овозможностиподоб­ ного явления указывают многие исследователи, в том числе [16], [17], [18]. Именно поэтому при расходной скорости 1,80 м/сек и более у гидравлического сопротив- леция-^-воды наблюдается квадратичная область еопроти1влё5¥йя, а у гидросмеси при этих же расходных скоро­ стях гидравлические потери на трение примерно пропор­ циональныо1'75 i(vW ). Следовательно, гидравлические

16

L

Рис. 4. Экспериментальная зависимость i(v,k) для водокилеч­ ной и водосалачной смесей в гладком армированном резино­ тканевом рукаве с условным диаметром ЮО мм

потери на трение у гидросмеси (водорыбной смеси) 'в тру­ бах е шероховатыми стенками изменяются по скорости так же, как и у однофазной жидкости ,при движении в гладких трубах.

Этсземггляр

Минимум гидравлического сопротивления юодорыбной смеси имеет место при критической скорости ее движе­ ния (см. рис. 4). Таким образом, с точки зрения энерге­ тических затрат гидротранспорт рыбы целесообразен при расходных скоростях, близких по величине к критиче­ скому значению. И так как и1ф .меньше оптимальной тех­ нологической скорости [191, [20.1, травмирование рыбы при гидротранспорте в этом случае будет сведено к ми­ нимуму.

Объемная концентрация твердого компонента влияет на величину гидравлического уклона смеси воды и рыбы так же, как и у любой другой гидросмеси: при увеличе­ нии k i возрастает. Однако из рассмотрения этих, как и других материалов, видно, что это влияние нелинейное.

Так же, как я в металлической трубе [9], в гладком армированном резинотканевом рукаве крупность рыбы одного биологического вида не оказывает влияния на ве­ личину гидравлического сопротивления гидросмеси. По­ этому при одинаковых расходных скоростях и концен­ трациях i у водокилечной и водосалачной смесей равны (см. рис. 4). Кстати, подобное явление наблюдается и при гидротранспорте других материалов большой круп­ ности [21], [22].

В то же время шероховатость стеики трубопровода (ее форма и геометрические размеры) влияет на величи­ ну гидравлического уклона водорыбной смеси. Мы видим [9], (см. рис. 4), что при постоянных значениях v и k гид­ равлический уклон водокилечной смеси в металлической трубе меньше, чем в гладком армированном резинотка­ невом рукаве того же диаметра (.0 = 100 мм). Несмотря на это, отношение (i—iо) : ia мало по сравнению с едини­ цей. Поэтому при постоянном значении концентрации и больших расходных скоростях (о > 1 ,0 м/сек) для рыб одного биологического вида вне зависимости от диамет­ ра трубопровода и его шероховатости i : /0 (здесь k — гидравлическое сопротивление воды) практически равны

(рис. 5).

Ранее установлена тесная связь гидравлического со­ противления гидросмеси е процессами механического тре­ ния скольжения рыбы о стенку трубопровода [24], [9]. Поэтому естественно влияние биологического вида рыбы на величину i водорыбной смеси. Известно, например, что в отличие от сельдевых рыб у ставрид боковая линия составлена из заостренных щитков, которые в задней по-

18