Диссертация (1172930), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

В нашем случае определим значения гидравлических характеристик,полученных экспериментальным путем и сравним их с расчетными данными. Этопозволит определить коэффициент гидравлического трения, а также установитьпредельную дальность подачи огнетушащих веществ.Определение коэффициента линейного гидравлического трения э , исходяиз экспериментального исследования гидравлических потерь напора h подлине, рассчитывается по формуле, полученной из уравнения Бернулли:d 2g,(3.10)l v2Phэ ,(3.11)gгде P – значения разности давлений перед исследуемым участком и на выходеэ  hэ из него, Па;  – плотность воды, кг/м3.109Все значения плотности и кинематической вязкости рассчитывались припомощи набора программ для вычисления теплофизических свойств воды иводяного пара «WaterSteamPro» [129] в зависимости от температуры воды иизбыточного давления.В результате обработки экспериментальных данных было установлено, чтосреднее значение гидравлических потерь напора при транспортировке воды порукавной линии длиной 80 м составляет 2,52386 МПа, или 254,22 м, с учетомплотности воды, полученной при температуре 19℃ и избыточном давлении30 МПа для рукавной линии, проложенной прямолинейно, и 2,52807 МПа –254,65 м для рукавной линии, проложенной с учетом кривизны.Для установления влияния кривизны рукавной линии на потери давленияпроизводилиоценкуполученныхрезультатовметодомдисперсионногооднофакторного анализа, методика и результаты которого представлены вприложении Д.Потери давления ΔР, МПа2,662,642,622,62,582,56прямолинейная2,54криволинейная2,522,52,482,460510152025номер измеренияРисунок 3.13 – Результаты измерений потерь давления при подаче смесипри прямолинейной и криволинейной прокладке рукавной линии110Потери давления ΔР, МПа2,622,62,582,562,54прямолинейная2,52криволинейная2,52,482,46051015202530номер измеренияРисунок 3.14 – Результаты измерений потерь давления при подаче водыпри прямолинейной и криволинейной прокладке рукавной линии2,66Потери давления ∆P, МПа2,642,622,62,582,56Вода2,54Смесь2,522,52,482,460102030405060номер измеренийРисунок 3.15 – Результаты измерений потерь давления при подаче воды и смесив горизонтальной плоскости при прямолинейной прокладке111Результаты дисперсионного анализа показали, что влияние способапрокладки рукавных линий на потерю давления в рукавах для случая подачи водыи смеси не значительно.

Однородность результатов измерений можно видеть нарисунках 3.13 и 3.14. В свою очередь потери напора существенно зависят от видатранспортируемого по рукавам огнетушащего вещества (воды или смеси воды иабразива). Отсутствие однородности данных подтверждено дисперсионныманализом и может наблюдаться на рисунке 3.15.Ввиду того, что значения гидравлических потерь напора, полученных сучетом кривизны, практически не отличаются от значений, полученных припрямолинейной прокладке, дальнейшую обработку экспериментальных значенийбудем производить с данными, полученными при прямолинейной прокладке длятого чтобы получить истинное значение коэффициента гидравлического тренияпри линейных потерях напора.В результате обработки экспериментальных данных был определенкоэффициент гидравлического трения э , значение которого составило 0,019.Помимо этого, на основе экспериментальных данных были определены рабочиехарактеристики установки пожаротушения, которые позволили установить, чтозначение числа Рейнольдса находится в пределах 20000 < Re < 100000, чтосоответствуетобластигидравлическигладкихтруб,акоэффициентгидравлического трения может быть определен по формуле Блазиуса:0,3164.Re 0, 25теоретическимЗначениеопределенного(3.12)расчетомкоэффициентагидравлического трения составило теор  0,0191 , что хорошо согласуется созначениемкоэффициентагидравлическоготрения,полученногоэкспериментальным путем.Формула Блазиуса удобна еще тем, что для ее использования не нужноуточнять относительную шероховатость поверхности, так как при движении водыв заданных числах Рейнольдса образуется ламинарный слой, толщина которого112больше выступов шероховатости, в связи с чем шероховатость не влияет насопротивление потоку воды.Полученное в результате теоретической оценки значение коэффициентагидравлического трения и произведенные исследования по определению значенийпотерь напора по воде позволяют утверждать, что потери напора могут бытьвычислены по формуле Дарси–Вейсбаха при полученном коэффициентегидравлического трения, так как погрешность вычислений относительноэкспериментальных данных не превышает 5%.Нагидравлическиепожаротушенияспотеринапора вгидроабразивнойрезкойрукавныхлинияхоказываетвлияниеустановокбольшоеколичество факторов, в связи с этим с практической точки зрения следуетосновываться на экспериментальных данных, полученных при условиях,приближенных к реальной эксплуатации установок.Полученное значение коэффициента гидравлического трения э и значениясредней скорости потока V позволяют установить предельную дальность подачиводы установками пожаротушения с гидроабразивной резкой, которая составляет317 м при условии, что давление перед стволом должно быть не менее 22 МПа.При меньших значениях давления теряются огнетушащие и режущие способностиустановки пожаротушения.Для упрощения расчетов насосно-рукавных систем были определенызначения гидравлических сопротивлений для рукавных линий длиной 80 и 40 м,так как при наращивании рукавных линий применяются рукавные катушки сдлиной линий именно таких размеров.Зная гидравлические сопротивления рукавных линий, потери напорарукавной линии, составленной из нескольких последовательно соединенныхрукавов можно определить по формуле [109]:H  nS р Q 2 ,(3.13)где n – количество рукавов, шт.; S р – гидравлическое сопротивление одногорукава, (с/м2)м; Q – расход воды, л/с.1138S р  2 2 l  10 6. gd(3.14)Так как расход установки пожаротушения является величиной постоянной,то потери напора в рукавной линии будут зависеть от количества рукавов,находящихся в рукавной системе.

Определенные с учетом полученного приэкспериментальном исследовании расхода огнетушащего вещества значениякоэффициентов гидравлического сопротивления для рукавных катушек длиной 402и 80 м составили: S р40 = 252,622 (с/л)2м и S 80р = 505,24 (с/л) м соответственно.Наиболеесложнойсинженернойточкизренияявляласьзадачатеоретического исследования потерь напора при движении двухфазного потокадля рассматриваемых условий и рабочих параметров установки. Связано это впервую очередь с тем, что в инженерной гидравлике все рассматриваемыесистемы работают при меньших скоростях и давлениях, а также в большейстепени рассматриваются жесткие трубопроводы, линейные размеры которых неизменяются при повышенном давлении.Потери напора для двухфазного потока (смеси) состоят из суммы потерьнапора по воде и дополнительных потерь, обусловленных наличием твердыхчастиц в потоке гидросмеси, и могут быть определены по формуле 3.5 [130].Удельные потери напора по воде были определены ранее по формулеДарси–Вейсбаха.Дополнительные потери с учетом расхода смеси, определяются по формуле3.15, которая имеет вид:i   4 j 3 C 02где Qкр .смQкр .см,Q– расход системы при критической скорости, м3/с;(3.15)Q – расход смеси, м3/с;Для определения разнозернистости абразивного материала он был просеянчерез специальное сито, в результате чего было установлено, что размеры частицабразива не превышают 0,8 мм.

Это условие позволило предположить, что114разнозернистостьабразиваявляетсяоднородной,икоэффициентразнозернистости твердых частиц равен = 2.Коэффициент, учитывающий влияние относительной крупности частиц поотношению к диаметру трубы  , определяется из справочных данных [130], новвиду отсутствия значений коэффициента, подходящего под рассматриваемыеусловия, был принято наиболее приближенное значение коэффициента, котороесоставило  = 0,3.Действительная объемная консистенция С0 определяется по формуле.С0  см  , тв  (3.16)где  см – объемный вес гидросмеси, Н/м3;  тв – объемный вес твердыхчастиц, Н/м3;  – объемный вес воды, Н/м3;Объемный вес воды, определяется по формуле:   в g,(3.17)где  в – плотность воды при учете избыточного давления и температуры, кг/м3;g – ускорение свободного падения, м/с2.Рассчитанное по формуле 3.17 значение объемного веса воды составило9987,72 Н/м3.Для определения объемного веса твердых частиц необходимо определитьплотность смеси твердых частиц, которая определяется по формуле: тв in100%.(3.18)При проведении экспериментального исследования применялся абразив,состав и плотности компонентов которого отражены в таблице 3.3.Таблица 3.3 – Состав применяемого абразиваСостав абразива(Fe)2SiO4 – 92,2 %SiO2 – 4,6 %Fe3O4 – 3,2 %Плотность компонентов4,39 г/см32,648 г/см34,9-5,2 г/см3Названиефаялиткремнеземмагнетит115Рассчитанноезначениеобъемноговесатвердыхчастицсоставило42477,3 Н/м3.Для определения объемного веса гидросмеси необходимо воспользоватьсяформулой: см Wтв   тв  W0  ,Wсм(3.19)где Wтв , W0 , Wсм – объемы твердых частиц, воды и смеси в целом, м3.Для вычисления объемов, определяемых через массу и плотность веществ,был проведен натурный эксперимент, который позволил определить массовоесодержание компонентов в смеси.Дватарированныхобразцанаполнялисьгидросмесью,послечегопроизводились измерения массы.

Затем сливали воду, образцы взвешивались.После удаления абразива взвешивались емкости. Полученные в ходе проведениянатурного эксперимента значения отражены в таблице 3.4.Таблица 3.4 – Значения, полученные в ходе экспериментаПараметрПолная масса, гр.Масса емкости и сырого абразива, гр.Масса после просушки абразива, гр.Масса пустой емкости, гр.Масса абразива, гр.Масса воды, гр.Образец 13885121111908553352695Образец 23838122211978313662641На основании полученных в ходе натурного эксперимента данныхрасчетное значение объёмного веса гидросмеси, составило  см = 10848,2 Н/м3.В результате полученных значений объемного веса всех компонентов смесибыла определена действительная объемная консистенция, значение которойсоставило С0 = 0,0283 Н/м3.Расход системы при критической скорости определяется по формуле.Qкр .см  Vкр  ,(3.20)где  – площадь поперечного сечения рукава, м2; Vкр – критическая скоростьдвижения гидросмеси, м/с.116Критическая скорость гидросмеси определяется по формуле (3.4):Vкр  8,33 D 6 C 0 *Коэффициент транспортабельности  * определяется по справочным даннымв зависимости от крупности частиц и составляет  * = 0,8 [130].Исходя из полученных исходных данных значение критической скоростисоставило Vкр = 1,011 м/с, а расход системы при критической скоростиQкр .см = 1,14243·10- 4 м3/с.Расчет скорости потока смеси производился исходя из полученных в ходеэкспериментального исследования значений потерь напора при учете плотностисмеси.

Характеристики

Список файлов диссертации