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 неньютоновским 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
где τ0 — величина, выражающая некоторое начальное значение касательного напряжения, после которого жидкость переходит в движение.; μп — пластическая вязкость жидкости, динамический коэффициент структурной вязкости.
При транспортировании сточных осадков может иметь место бингамовский (структурный) или турбулентный режим. 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
.
Коэффициент гидравлических потерь по длине для структурного движения
. (10.26)
где Re* — обобщенный приведенный критерий Рейнольдса для данной жидкости.
Значение Re* определяется по следующей формуле:
, (10.27)
где для воды.
Структурный режим движения имеет место, если 240 < Re* < < 3000.
В случае турбулентного движения Re* > 3000 и коэффициент λ, можно вычислить по формуле
. (10.28)
При определении режима движения в некоторых случаях можно использовать критическую скорость движения жидкости, зная ее плотность ρs:
(10.29)
При V < Vкр устанавливается структурный режим, при V> Vкр будет турбулентный режим.
Касательные напряжения сдвига можно вычислить приблизительно по формуле
, (10.30)
где а — коэффициент формы частиц, а = 0,4 0,7; d — диаметр частицы.
Коэффициент гидравлического трения можно определить по формулам, использующимся при движении воды в трубах (ньютоновская жидкость). При таком методе число Рейнольдса для воды заменяется эффективным числом Рейнольдса Reэ в зависимости от μэ.
Эффективная кажущаяся динамическая вязкость μэ зависит от градиента скорости и от напряжения сдвига τ0:
(10.31)
Значения μэ определяются согласно кривым течения неньютоновских жидкостей, получаемым на основании лабораторных опытов.
Число Рейнольдса
, (10.32)
где ρ — плотность сточной воды.
Для ламинарного режима , а для гидравлически гладких труб .
Для обеспечения транспортировки канализационного ила в напорном трубопроводе без его заиления необходимо учитывать минимальные расчетные скорости ила в зависимости от его влажности.
На основании экспериментальных исследований по гидротранспорту ила были получены значения Vmin и Vкр в зависимости от содержания воды. В табл. 10.2 приведены значения Vmin для диаметра илопровода D= 150 200 мм и Vкр
Таблица 10.2
Процентное содержание воды, % | Минимальная скорость, | Критическая скорость, V,V м/с |
0,75 | 1,01 | |
0,95 | 1,18 | |
1,15 | 1,35 | |
1,35 | 1,8 | |
1,55 | 2,5 |
Имеются таблицы, в которых представлены осредненные значения τ0 и μп в зависимости от влажности канализационного ила (например, табл. П1.8 приложения).
♦ Пример 10.2
Определить гидравлические потери в трубопроводе D = 300 мм и длиной l = 800 м, осуществляющем гидротранспорт осадков сточных вод (канализационного ила), и расход гидросмеси.
Влажность (содержание воды) в канализационном иле Р% = 95%, t = 20°С. Согласно табл. 10.2 находим среднюю скорость в трубопроводе:
.
Принимаем среднюю скорость в трубопроводе V= 1,2 м/с.
Вычисляем приведенное число Рейнольдса для сточных вод по формуле (10.27):
Кинематический коэффициент вязкости воды ν= 10-6 м2/с, тогда
При Р% = 95, τ0 = 2,5 н/м2, μп = 0,023 Нс/м2 (табл. П1.8 приложения) обобщенный приведенный критерий Рейнольдса
Re* > 3000,
следовательно, режим движения сточных вод турбулентный.
Коэффициент гидравлического трения находим по формуле (10.28):
.
Гидравлические потери по длине
Расход гидросмеси в виде осадков сточных вод в трубопроводе
или Qs = 136 м3/ч.
Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 777;