RU2037458C1 - Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules - Google Patents

Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules Download PDF

Info

Publication number
RU2037458C1
RU2037458C1 SU4200502A RU2037458C1 RU 2037458 C1 RU2037458 C1 RU 2037458C1 SU 4200502 A SU4200502 A SU 4200502A RU 2037458 C1 RU2037458 C1 RU 2037458C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
flow
pipeline
equation
value
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.В. Борисов
Original Assignee
Борисов Василий Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борисов Василий Васильевич filed Critical Борисов Василий Васильевич
Priority to SU4200502 priority Critical patent/RU2037458C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2037458C1 publication Critical patent/RU2037458C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Pipeline Systems (AREA)

Abstract

FIELD: transportation of loose materials. SUBSTANCE: method of transportation of loose materials, aerosols and capsules comes to delivery of gas and material to be transported into transportation pipeline in which rarefaction has been previously built. Gas is delivered at a speed not less than local sound velocity, then material to be transported is fed. Pressure level is maintained constant over entire length of pipeline. EFFECT: enlarged operating capabilities. 1 tbl

Description

Изобретение относится к технике транспортирования газом сыпучих веществ, аэрозолей, а также сформированных капсул. Может быть использовано в различных областях техники, например взамен гидротранспорта смесей, вместо ж/д или речного транспорта при доставке сыпучих и пылящих материалов на неограниченные расстояния при доставке зерна с поля на элеваторы, при транспортировке муки на большие расстояния и т.д. The invention relates to a technique for transporting gas solids, aerosols, and also formed capsules. It can be used in various fields of technology, for example, instead of hydraulic transport of mixtures, instead of railway or river transport for the delivery of bulk and dusty materials to unlimited distances when delivering grain from the field to elevators, when transporting flour over long distances, etc.

Известен способ, по которому между двух концентрически расположенных труб подан воздух, при этом по внутренней эластичной трубе течет материал. Достигнуто увеличение дальности подачи. Однако способ не позволяет транспортировать на большие расстояния, т.к. необходимо прикладывать параллельно питающий воздуховод, что сложно. Скорость транспорта ограничена. Невозможно создать транспортирующее силовое поле. There is a known method in which air is supplied between two concentrically arranged pipes, with the material flowing through the inner elastic pipe. An increase in feed range has been achieved. However, the method does not allow transportation over long distances, because it is necessary to apply a parallel supply duct, which is difficult. The speed of transport is limited. Unable to create a transport force field.

Известен способ транспортирования вязких электропроводных материалов, который обладает недостатками: материал должен быть электропроводным и вязким, значительны затраты электроэнергии. A known method of transporting viscous electrically conductive materials, which has disadvantages: the material must be electrically conductive and viscous, significant energy costs.

Наиболее близким (прототипом) является способ транспортирования сыпучих веществ, реализованный во всасывающе-нагнетательной установке для пневмотранспорта сыпучих материалов. Благодаря сочетанию всасывающего и нагнетательного способов транспорта увеличивается дальность транспортирования. Установка обладает существенными недостатками. Дальность нагнетательной установки ограничена 1-1,5 км из-за невозможности создания экономичного режима. Потери давления в трубопроводе при его большой разности определяются уравнением
P 2 1 -P 2 2

Figure 00000001
·
Figure 00000002
RT Анализ уравнения и расчеты по нему показывают, что при разумных диаметрах трубопровода и при давлении в конус его, отвечающем уравнению Сен-Венана v
Figure 00000003
при минимальной скорости истечения газа в соответствии с уравнением vВ.К= C
Figure 00000004
+ βL 2 п р уже при незначительных расходах воздуха происходит быстрое "запирание" трубопровода, т.е. быстрый рост перепада давлений до значений второго и третьего порядка с увеличением длины и уменьшением диаметра трубопровода. Причиной "запирания" является рост функции коэффициента трения λb 0,316 Re-0,25, где Re VbD/ν, в связи с многократным увеличением динамической вязкости чистых газов и их смесей с ростом давления по уравнению ( ηm ηm o / ζm ( 1,08 / [ exp 1,439 ρrm exp ( 1,11 ρrm 1,858 ) Увеличение динамической вязкости является также причиной роста внутреннего трения в газе или смесях. Рост давления приводит для некоторых газов к переходу их в критическое состояние, а для других к их насыщению и конденсации. Одновременно в длинном трубопроводе падает скорость газа до значений ниже критической, т. к. возрастает плотность. С ростом давления значительно возрастают капитальные затраты на реализацию задачи. При этом энергетические затраты используются, главным образом, на образование потенциальной энергии.The closest (prototype) is a method of transporting bulk solids, implemented in a suction-discharge unit for pneumatic conveying of bulk materials. Due to the combination of suction and discharge transport methods, the transportation range is increased. The installation has significant disadvantages. The range of the discharge unit is limited to 1-1.5 km due to the impossibility of creating an economical mode. The pressure loss in the pipeline with its large difference is determined by the equation
P 2 1 -P 2 2
Figure 00000001
·
Figure 00000002
RT Analysis of the equation and calculations on it show that for reasonable diameters of the pipeline and at a pressure in its cone, corresponding to the Saint-Venant equation v
Figure 00000003
at a minimum gas flow rate in accordance with the equation v V.K = C
Figure 00000004
+ βL 2 P p even at low air flow rates there is a quick "locking" of the pipeline, i.e. rapid increase in pressure drop to values of the second and third order with an increase in length and a decrease in the diameter of the pipeline. The reason for “locking” is the increase in the function of the coefficient of friction λ b 0.316 Re -0.25 , where Re V b D / ν, due to the multiple increase in the dynamic viscosity of pure gases and their mixtures with increasing pressure according to the equation (η m η m o / ζ m (1,08 / [exp 1,439 ρ rm exp (1,11 ρ rm 1,858 ) An increase in dynamic viscosity is also the cause of an increase in internal friction in a gas or mixtures. An increase in pressure leads to a transition to a critical state for some gases, and for others to their saturation and condensation. Simultaneously in a long pipeline the gas velocity drops to values below cr cal, t. k. a density increases. With increasing pressure significantly increases the capital cost of implementation of the task. In this case, the energy costs are mainly used for the formation of potential energy.

Транспортирование материала всасывающим способом обладает еще меньшими возможностями. Недостатки этого способа негерметичность системы, неорганизованный ввод газовой смеси и материала, невозможность создания управляемого режима, ограниченная скорость потока, незначительная дальность транспортирования. Suction transport is even less powerful. The disadvantages of this method are leaks in the system, unorganized input of the gas mixture and material, the inability to create a controlled mode, limited flow rate, and a small transportation distance.

Цель изобретения повышение эффективности трубопроводного транспорта при перемещении материалов, создание условий, расширяющих возможности трубопроводного транспорта с использованием в качестве силового поля энергии газового потока. Цель предполагает расширение областей применения трубопроводного транспорта, замену других видов транспорта. The purpose of the invention is to increase the efficiency of pipeline transport when moving materials, creating conditions that expand the capabilities of pipeline transport using gas flow energy as a force field. The goal involves expanding the scope of pipeline transport, replacing other modes of transport.

Поставленная цель в новом способе достигается следующими приемами. Транспортный трубопровод по всей его длине от места ввода материала и газа до места его выгрузки включительно изолируют и герметизируют от внешней среды, затем газовую среду в нем откачивает на заданный уровень вакуума. Давлением газовый поток через сопло Лаваля и вещество или капсулы через дозирующее устройство раздельно вводят в организованное (рабочее) для транспортирования пространство. Затем регулируют и далее поддерживают откачными устройствами заданный по длине транспортного трубопровода уровень вакуума, перемещают вещество, аэрозоли или капсулы под действием разряженного газового потока в вязкостном, вязкостно-молекулярном или молекулярном режиме в каждом самостоятельно или одновременно в нескольких в указанной последовательности в любом варианте. The goal in the new method is achieved by the following methods. The transport pipeline along its entire length from the place of entry of the material and gas to the place of its unloading is inclusively isolated and sealed from the external environment, then the gas medium in it is pumped to a predetermined vacuum level. By pressure, the gas stream through the Laval nozzle and the substance or capsules through the metering device are separately introduced into the organized (working) space for transportation. Then, the vacuum level specified along the length of the transport pipeline is adjusted and further supported by the pumping devices, the substance, aerosols or capsules are moved under the action of the discharged gas stream in the viscosity, viscosity-molecular or molecular mode in each independently or simultaneously in several in the indicated sequence in any variant.

Данное решение отличается от известного следующими признаками:
наличием изоляции и герметизации рабочего пространства, т.е. места ввода газового потока, вещества, транспортного трубопровода, соединительных трубопроводов, арматуры, пространства для осаждения вещества, блока откачных устройств. Изоляция достигается конструктивным исполнением устройства. Герметизация в месте ввода газового потока достигается путем "запирания" трубопровода газовым потоком в критическом сечении сопла Лаваля вследствие обеспечения истечения газа в нем со скоростью не ниже местной скорости звука;
раздельным вводом газа и материала в транспортный трубопровод, дозирующим устройством, расположенным на некотором расстоянии от критического сечения сопла Лаваля над транспортным трубопроводом. В организованном для дозирования пространстве уровень вакуума с учетом наличия дозируемого материала должен соответствовать значению его в транспортном трубопроводе в месте соединения дозирующего устройства. При незначительных уровнях разрежения в транспортном трубопроводе герметизация его от накопительной емкости для дозируемого материала может быть осуществлена за счет конструкции дозирующего устройства и поддержания на необходимом уровне материала в накопительной емкости. Герметизация на выходе транспортного трубопровода обеспечивается путем присоединения к концу трубопровода организованного пространства для разделения газа и веществ;
герметизация трубопровода обеспечивается его конструкцией;
откачкой газовой среды. Герметичность рабочего пространства создает условия для возможности откачки системы на любой заданный наперед уровень. Ввод расчетного газового потока при наличии герметичности системы и поддержании на заданном расчетном уровне вакуума создает условие для его прохождение в транспортном трубопроводе при скорости, превышающей значение числа Маха. Дальность перемещения газового потока растет с повышением разрежения и ростом величины газового потока. Расчеты показывают, что относительно легко может быть построен режим в трубопроводе протяженностью 150-200 км при среднем диаметре 30 см, чтобы обеспечить всю годовую потребность Нижегородской области, например, в цементе;
вводом газового потока через сопло Лаваля при скорости не ниже местной скорости звука. Именно при этом условии становится возможным герметизировать систему и одновременно ввести заранее определенный расчетный поток
раздельным вводом в транспортный трубопровод газового потока и вещества. Именно раздельный ввод создает условия запирания трубопровода, без которого невозможна откачка системы или рабочего пространства. В существующих системах применяется совместный ввод газового потока и вещества в транспортный трубопровод после смесительной камеры. Кроме того, в существующих системах невозможна также и откачка смесительной камеры, т.к. в ней предусмотрена неуправляемая аэрация материала; суживающееся сопло не работает в режиме запирания"; возможен неуправляемый приток газа через систему подачи материала.
This solution differs from the known one in the following features:
the presence of insulation and sealing of the working space, i.e. places for entering the gas stream, substance, transport pipeline, connecting pipelines, fittings, space for the deposition of substances, block pumping devices. Insulation is achieved by the design of the device. Sealing at the inlet of the gas stream is achieved by “locking” the pipeline with the gas stream in the critical section of the Laval nozzle due to the flow of gas in it at a speed not lower than the local speed of sound;
separate entry of gas and material into the transport pipeline, a metering device located at a certain distance from the critical section of the Laval nozzle above the transport pipeline. In the space organized for dosing, the vacuum level, taking into account the presence of the dosed material, must correspond to its value in the transport pipeline at the junction of the dosing device. With low levels of rarefaction in the transport pipeline, its sealing from the storage tank for the dosed material can be carried out due to the design of the dosing device and maintaining the material in the storage tank at the required level. Sealing at the exit of the transport pipeline is ensured by attaching to the end of the pipeline an organized space for the separation of gas and substances;
pipeline sealing is provided by its design;
evacuation of a gaseous medium. The tightness of the working space creates the conditions for the possibility of pumping the system to any level set in advance. Entering the calculated gas flow in the presence of the tightness of the system and maintaining the vacuum at the specified calculated level creates a condition for its passage in the transport pipeline at a speed exceeding the Mach number. The range of movement of the gas stream increases with increasing rarefaction and increasing the magnitude of the gas stream. Calculations show that a mode in a pipeline with a length of 150-200 km with an average diameter of 30 cm can be built relatively easily to ensure the entire annual demand of the Nizhny Novgorod region, for example, in cement;
by introducing a gas stream through a Laval nozzle at a speed not lower than the local speed of sound. It is under this condition that it becomes possible to seal the system and at the same time introduce a predetermined settlement flow
separate entry into the transport pipeline of the gas stream and substances. It is a separate input that creates the conditions for locking the pipeline, without which it is impossible to pump out the system or workspace. In existing systems, the combined introduction of a gas stream and a substance into the transport pipeline after the mixing chamber is used. In addition, in existing systems it is also impossible to pump out the mixing chamber, since it provides for uncontrolled aeration of the material; tapering nozzle does not work in shut-off mode "; uncontrolled gas flow through the material supply system is possible.

По мере заполнения трубопровода веществом и газовой смесью осуществляется регулирование режима, который поддерживают откачными устройствами по длине транспортного трубопровода. Необходимость регулирования режима вытекает из условия получения наиболее экономичных характеристик течения смеси, которые зависят от массы перемещаемого материала, изменяющейся по мере ее ввода. As the pipeline is filled with substance and gas mixture, the regime is regulated, which is supported by pumping devices along the length of the transport pipeline. The need to regulate the mode follows from the conditions for obtaining the most economical characteristics of the mixture flow, which depend on the mass of the material being moved, which changes as it is introduced.

Перемещение вещества осуществляется под действием разреженного газового потока в разреженной среде. Режим газового потока выбирается из экономических соображений вязкостным, вязко-молекулярным или молекулярным в зависимости от конкретных условий переноса массы. Особенность использования режимов состоит:
во-первых, в исчезновении трения переносимой массы о стенки канала, в особенности в разреженной среде. Явление резко увеличивается в разреженных газах вследствие роста скорости скольжения и поперечного градиента скорости; во-вторых, в уменьшении коэффициента трения газа по мере роста потока и увеличения вакуума, доказывается ниже; в-третьих, в исчезновении турбулентности потока при Re < 2200, Кn << 1 образовании ламинарного течения, уменьшении энергетических затрат на его создание при Kn > 10-2, в-четвертых, в снижении абсолютного значения величины газового потока и упрощении отделения газа от вещества.
The movement of matter is carried out under the action of a rarefied gas stream in a rarefied medium. The gas flow regime is selected from economic considerations as viscous, visco-molecular or molecular, depending on the specific conditions of mass transfer. The peculiarity of using the modes is:
firstly, in the disappearance of friction of the transferred mass on the channel walls, especially in a rarefied medium. The phenomenon increases sharply in rarefied gases due to an increase in the sliding velocity and the transverse velocity gradient; secondly, in decreasing the coefficient of friction of the gas as the flow increases and the vacuum increases, it is proved below; thirdly, in the disappearance of flow turbulence at Re <2200, K n << 1 the formation of a laminar flow, a decrease in the energy costs of its creation at K n > 10 -2 , fourthly, in a decrease in the absolute value of the gas flow and simplification of separation gas from the substance.

Сущность изложенного способа утверждается следующим. Изоляция и герметизация рабочего пространства обеспечивается путем устройства транспортного, например, стального трубопровода на необходимую длину. Ввод вещества и его вывод из трубопровода обеспечиваются путем присоединения к нему известного устройства, как сообщалось ранее. Новым является решение вопроса ввода газового потока. Неорганизованный ввод потока и вещества один из недостатков известных систем. Ввод потока может быть осуществлен с использованием суживающихся, расширяющихся и сопл Лаваля. Применение сопла Лаваля при определенных условиях режима работы и геометрических параметрах позволяет "запереть" входное сечение трубопровода газовым потоком в критическом сечении. Режим работы сверхзвукового сопла Лаваля может быть построен при расчетном и нерасчетном расширении. Нерасчетное расширение газового потока характеризуется значением противодавления за пределами выходного среза сопла Рпр менее фиксированного расчетного значения РII. Анализ второго закона термодинамики в приложении к течению в сопле Лаваля с нерасчетным расширением показывает, что такой режим работы сопла отвечает случаю 1-му, когда на входе в сопло число Маха М < 1, а за критическим сечением М > 1. При этом РпрI < РII I, сход волн разрежения наблюдается с кромок сопла, а работа сопла похожа на случай течения без трения.The essence of the method is stated as follows. Isolation and sealing of the working space is ensured by arranging a transport, for example, steel pipeline, to the required length. The input of the substance and its withdrawal from the pipeline are ensured by attaching to it a known device, as previously reported. New is the solution to the issue of introducing a gas stream. Fugitive input of flow and substance is one of the disadvantages of known systems. Inlet flow can be carried out using tapering, expanding and Laval nozzles. The use of a Laval nozzle under certain operating conditions and geometric parameters allows you to "lock" the input section of the pipeline with a gas stream in a critical section. The operation mode of a supersonic Laval nozzle can be built with calculated and non-calculated expansion. The non-calculated expansion of the gas stream is characterized by a backpressure value outside the nozzle exit section P pr less than a fixed calculated value of P II . Analysis of the second law of thermodynamics in the annex to the flow in the Laval nozzle to unplanned expansion shows that such a nozzle operation mode corresponds to the case 1st, when the nozzle inlet Mach number <1, and for the critical section M> 1. In this case, P prIII I , the gathering of rarefaction waves is observed from the edges of the nozzle, and the operation of the nozzle is similar to the case of flow without friction.

Анализ режима работы сопла показывает, что указанный режим может быть зафиксирован тремя условиями: 1.

Figure 00000005
> 0,5 2. Отрицательным значением изменения энтропии
Sк-Sн= Rln
Figure 00000006
Rln
Figure 00000007
Figure 00000008

× Wк(1-W 2 к )
Figure 00000009
Rln
Figure 00000010
·
Figure 00000011
< 0
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
3. Wk < W*, где для из энтропического случая
Wк=
Figure 00000016
1-
Figure 00000017

W*
Figure 00000018
Основные расчетные характеристики сопла могут быть получены из условия максимальной тяги:
Figure 00000019
(Pк-Pпр)
Figure 00000020
Figure 00000021
0 которое после ингибирования приводится к виду
Figure 00000022
·
Figure 00000023
Figure 00000024

или
Figure 00000025
·
Figure 00000026
Figure 00000027
При ламинарном течении в круглом канале
Re
Figure 00000028
Figure 00000029
а для турбулентного течения по каналу круглого поперечного сечения с гладкими стенками определяется уравнением Кармана
Figure 00000030
2log
Figure 00000031
Re
Figure 00000032
Figure 00000033
-0,8
Условие запирания определяется величиной максимальной приведенной скорости Wн или максимального числа Маха Мн. Течение возможно, если величина Ак/At задана и ее значение меньше или равно приведенной площади, вычисленной по уравнению
Figure 00000034
Figure 00000035
=
Figure 00000036
1+
Figure 00000037
M
Figure 00000038
Течение возможно, если Wн ≅ (Wн)max или Мн ≅ (Мx)max, где
W
Figure 00000039
, a Umax=
Figure 00000040

M2=
Figure 00000041
·
Figure 00000042
Условие запирания наступает в недорасширенном сопле, когда скорость потока в суженном сечении принимает значение скорости звука, при этом критическое отношение давлений
Figure 00000043
зависит от К и выражается Ψкр=
Figure 00000044
Для воздуха K=1,4 ϑ= 0,53. Настоящее состояние течения отвечает случаю 4. Переход в область недорасширенного режима течения, когда значения Рн о и Рпрстановятся независимыми, описан выше тремя условиями. Случай 5 отвечает переходному режиму, когда РII Рпр. В этом случае
Figure 00000045
0,5; Sк-Sн< 0 и Wк> W*
Таким образом, задаваясь значением Рпр и Рн о, а также значением Сfи Сс, определяем из уравнения максимальной тяги величину
Figure 00000046
. Затем находим значение Рк. Число Маха определяется для из энтропического течения
Figure 00000047
Figure 00000048
= 1+
Figure 00000049
· μ2=
Figure 00000050
Далее определяем
Figure 00000051

Figure 00000052
CmX(γ)
Figure 00000053
Cv(Wк)
Figure 00000054
Figure 00000055
Определяем коэффициент тяги
Figure 00000056
C
Figure 00000057
Wк)+
Figure 00000058
Figure 00000059

(Wк) 2 u з= 1-
Figure 00000060
По величине CF
CF=
Figure 00000061
Figure 00000062
+
Figure 00000063
Figure 00000064

(Iк) (Iк)изCm˙Cv˙Cc где
(Iк)из= m
Figure 00000065
·
Figure 00000066
· M
Figure 00000067
PA[γM2] где Р Рк, А Ак, М2 Мк 2. Находим Iк, а затем At По уравнению
Figure 00000068
PкAк
Figure 00000069
определяем расход газа.An analysis of the operation mode of the nozzle shows that this mode can be fixed by three conditions: 1.
Figure 00000005
> 0.5 2. The negative value of the change in entropy
S to -S n = Rln
Figure 00000006
Rln
Figure 00000007
Figure 00000008

× W to (1-W 2 to )
Figure 00000009
Rln
Figure 00000010
·
Figure 00000011
<0
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000015
3. W k <W * , where for from the entropic case
W to =
Figure 00000016
1-
Figure 00000017

W *
Figure 00000018
The main design characteristics of the nozzle can be obtained from the maximum thrust condition:
Figure 00000019
(P a -P etc.)
Figure 00000020
Figure 00000021
0 which after inhibition is reduced to
Figure 00000022
·
Figure 00000023
Figure 00000024

or
Figure 00000025
·
Figure 00000026
Figure 00000027
In laminar flow in a round channel
Re
Figure 00000028
Figure 00000029
and for turbulent flow along a channel of circular cross section with smooth walls it is determined by the Karman equation
Figure 00000030
2log
Figure 00000031
Re
Figure 00000032
Figure 00000033
-0.8
The locking condition is determined by the maximum reduced speed W n or the maximum Mach number M n . The flow is possible if the quantity A k / A t is given and its value is less than or equal to the reduced area calculated by the equation
Figure 00000034
Figure 00000035
=
Figure 00000036
1+
Figure 00000037
M
Figure 00000038
The flow is possible if W n ≅ (W n ) max or M n ≅ (M x ) max, where
W
Figure 00000039
, a U max =
Figure 00000040

M 2 =
Figure 00000041
·
Figure 00000042
The locking condition occurs in the underexpanded nozzle, when the flow velocity in the narrowed section takes the value of the speed of sound, while the critical pressure ratio
Figure 00000043
depends on K and is expressed Ψ cr =
Figure 00000044
For air, K = 1.4 ϑ = 0.53. The current state of the flow corresponds to case 4. The transition to the region of an underexpanded flow regime, when the values of P n o and P pr become independent, is described above by three conditions. Case 5 corresponds to the transition mode when P II P ave . In this case
Figure 00000045
0.5; S to -S n <0 and W to > W *
Thus, given the value of P CR and P n about , as well as the value of C f and C with , we determine from the equation of maximum thrust value
Figure 00000046
. Then we find the value of P to . Mach number is determined from the entropic flow
Figure 00000047
Figure 00000048
= 1+
Figure 00000049
Μ 2 =
Figure 00000050
Next we define
Figure 00000051

Figure 00000052
C m X (γ)
Figure 00000053
C v (W to )
Figure 00000054
Figure 00000055
Determine the thrust coefficient
Figure 00000056
C
Figure 00000057
W to ) uz +
Figure 00000058
Figure 00000059

(W to ) 2 u s = 1-
Figure 00000060
Largest C F
C f =
Figure 00000061
Figure 00000062
+
Figure 00000063
Figure 00000064

(I k ) (I k ) from C m ˙C v ˙C c where
(I k ) of = m
Figure 00000065
·
Figure 00000066
M
Figure 00000067
PA [γM 2 ] where P P k , A A k , M 2 M k 2 . We find I k , and then A t By the equation
Figure 00000068
P to A to
Figure 00000069
determine the gas flow.

Более точный расчет строится на детальном анализе работы сопла Лаваля с учетом изменения CF по длине сопла на основе дифференциального уравнения

Figure 00000070
Figure 00000071
Таким образом, режим в сопле Лаваля считается построенным, а критическое сечение запертым, что создает условия для откачки газа.A more accurate calculation is based on a detailed analysis of the operation of the Laval nozzle taking into account the change in C F along the length of the nozzle based on the differential equation
Figure 00000070
Figure 00000071
Thus, the regime in the Laval nozzle is considered to be built, and the critical section is locked, which creates conditions for gas pumping.

Выявленное выше условие запирания сопла Лаваля газовым потоком не является достаточным для оценки явления. Не менее важным для правильного вывода становится знание условий движения многофазной системы в горле. Для адиабатического процесса без трения на стенках скорость звука в смеси может быть записана в форме:
Mg2

Figure 00000072
1+
Figure 00000073
Figure 00000074
а для твердых частиц
M 2 p =
Figure 00000075
1+
Figure 00000076
Figure 00000077
Уравнения свидетельствуют о том, что в горле обе фазы имеют дозвуковые скорости: смесь газа с твердыми частицами является диссипативной системой даже при отсутствии трения на стенках. С учетом трения на стенках уравнения движения в одномерном случае принимает вид:
Figure 00000078
(
Figure 00000079
T)
Figure 00000080
u
Figure 00000081
+
Figure 00000082
u
Figure 00000083
+ 2
Figure 00000084
u
Figure 00000085
Число Маха газовой фазе в горле равно
Mg2
Figure 00000086
1+
Figure 00000087
Figure 00000088
+ 2
Figure 00000089
u
Figure 00000090
Клигель и Никерсон теоретически определили число Маха газа в горле, вычисленное по скорости звука в газе, которое оказалось равным 0,8.The condition for blocking the Laval nozzle by the gas flow revealed above is not sufficient to evaluate the phenomenon. No less important for the correct conclusion is the knowledge of the conditions of motion of a multiphase system in the throat. For an adiabatic process without friction on the walls, the speed of sound in the mixture can be written in the form:
Mg 2
Figure 00000072
1+
Figure 00000073
Figure 00000074
and for particulate matter
M 2 p =
Figure 00000075
1+
Figure 00000076
Figure 00000077
The equations indicate that in the throat both phases have subsonic speeds: a mixture of gas with solid particles is a dissipative system even in the absence of friction on the walls. Taking into account friction on the walls, the equations of motion in the one-dimensional case take the form:
Figure 00000078
(
Figure 00000079
T)
Figure 00000080
u
Figure 00000081
+
Figure 00000082
u
Figure 00000083
+ 2
Figure 00000084
u
Figure 00000085
The Mach number of the gas phase in the throat is
Mg 2
Figure 00000086
1+
Figure 00000087
Figure 00000088
+ 2
Figure 00000089
u
Figure 00000090
Kligel and Nickerson theoretically determined the Mach number of the gas in the throat, calculated from the speed of sound in the gas, which turned out to be 0.8.

Сказанное позволяет сделать важный вывод. Во-первых, газовая фаза в смеси с веществом в сопле Лаваля не достигает скорости звука. Во-вторых, нельзя обеспечить запирание трубопровода вводом через сопла Лаваля, эжектированием или другим способом газового потока совместно с веществом. Раздельный ввод газового потока и вещества непременное условие герметизации рабочего пространства. The foregoing allows us to make an important conclusion. First, the gas phase mixed with the substance in the Laval nozzle does not reach the speed of sound. Secondly, it is impossible to ensure that the pipeline is blocked by entering through a Laval nozzle, by ejection, or in another way, a gas stream together with the substance. Separate entry of the gas stream and substance is an indispensable condition for sealing the working space.

При наличии герметизации рабочего пространства уровень разрежения в системе будет определяться величиной суммарного газового потока по длине трубопровода. Величина этого потока будет зависеть от роли связанных газов. Адсорбция и десорбция газов являются результатом слабых (дисперсионные силы Ван-дер-Ваальса) и сильных (валентные силы) взаимодействий частиц газа с поверхностью, которая характеризуется энергией связи по уравнению
W

Figure 00000091
F(r)dr При расчете крионасосов следует иметь ввиду, что величина скорости адсорбции к чистой поверхности определяется уравнением
SA= 3,65
Figure 00000092
·
Figure 00000093
A, а величина потока из уравнения I 3,65
Figure 00000094
·
Figure 00000095
P·A Время пребывания частиц на поверхности описывается уравнением Френкеля:
τпр= τпр o·exp
Figure 00000096
на основании которого определяется время размораживания. Время полного покрытия поверхности криопанелей мономолекулярным слоем задается выражением:
τпокр= 0,28·N
Figure 00000097
·
Figure 00000098
Равновесие между адсорбцией и десорбцией газов позволяет вычислить число молекул газа, осевших на поверхность в соответствии с зависимостью на 1 см2 поверхности:
N1= 3,5·1022·τпр
Figure 00000099
Figure 00000100
·exp
Figure 00000101
От количества осевших на поверхность молекул газа зависит степень заполнения поверхности θ, которая определяет величину коэффициента прилипания γ.In the presence of sealing the working space, the vacuum level in the system will be determined by the value of the total gas flow along the length of the pipeline. The magnitude of this flow will depend on the role of the bound gases. Adsorption and desorption of gases are the result of weak (van der Waals dispersion forces) and strong (valence forces) interactions of gas particles with a surface, which is characterized by the binding energy according to the equation
W
Figure 00000091
F (r) dr When calculating cryopumps, it should be borne in mind that the rate of adsorption to a clean surface is determined by the equation
S A = 3.65
Figure 00000092
·
Figure 00000093
A, and the magnitude of the flow from equation I 3.65
Figure 00000094
·
Figure 00000095
P · A The residence time of particles on the surface is described by the Frenkel equation:
τ pr = τ pr o · exp
Figure 00000096
on the basis of which the defrost time is determined. The time of complete coverage of the surface of cryopanels with a monomolecular layer is given by the expression:
τ cover = 0.28 · N
Figure 00000097
·
Figure 00000098
The balance between the adsorption and desorption of gases allows us to calculate the number of gas molecules deposited on the surface in accordance with the dependence on 1 cm 2 surface:
N 1 = 3.5 · 10 22 · τ ol
Figure 00000099
Figure 00000100
Exp
Figure 00000101
The degree of filling of the surface θ, which determines the value of the adhesion coefficient γ, depends on the number of gas molecules deposited on the surface.

При учете абсорбции газов в твердых телах расчет потока от диффузии и проникания газа сквозь стенки ведется по закону Рауля, Генри и Сивертса в виде nr r ˙ Pu. При этом значение коэффициента растворимости вычисляется из уравнения
r ro·exp

Figure 00000102
-
Figure 00000103
Диффузия газа в твердых телах по первому закону Фика дает значение потока
I1= -D
Figure 00000104
где D Do·exp
Figure 00000105
Проникание газа сквозь стенки сосудов может быть оценено коэффициентом проникания
П Пo·exp
Figure 00000106
где По roDo. Поток газа с одного см2 в установившемся движении сквозь стенку определяется из уравнения.When taking into account the absorption of gases in solids, the calculation of the flow from diffusion and penetration of gas through the walls is carried out according to the law of Raul, Henry and Siverts in the form n r r ˙ P u . The value of the solubility coefficient is calculated from the equation
rr o exp
Figure 00000102
-
Figure 00000103
The diffusion of gas in solids according to Fick's first law gives the value of the flow
I 1 = -D
Figure 00000104
where DD o · exp
Figure 00000105
The penetration of gas through the walls of the vessels can be estimated by the penetration coefficient
N o o · exp
Figure 00000106
where P o r o D o . The gas flow from one cm 2 in steady motion through the wall is determined from the equation.

Ii= D·r

Figure 00000107
Общее количество газа за время τ, истекающего с единицы поверхности стенки при установившемся движении определяется по второму закону Фика Q1= 2n
Figure 00000108
Figure 00000109
Для неустановившегося движения количество газа определяется как Q
Figure 00000110
=
Figure 00000111
I1dr
Figure 00000112
(τ-τo) τo=
Figure 00000113

Это уравнение при Р ≅ Р2 и τ ≥ τo переходит к виду установившегося движения
Q1= Iiτ
Figure 00000114
·τ
Figure 00000115
·P 1 2 ·τ
При эксплуатации системы следует ожидать газовыделения и натекания в систему, при этом процесс газовыделения предполагает адсорбционное и диффузионное газовыделение, а также газопроницаемость. Удельная величина газовыделения может быть оценена по уравнению lgq A Bt. Натекание определяется: Qн Кв ˙ m ˙ Qтеч. Общая величина потока Qс при определенных условиях может быть сведена к минимуму.I i = D · r
Figure 00000107
The total amount of gas over time τ flowing from a unit of the wall surface during steady-state motion is determined by the second Fick law Q 1 = 2n
Figure 00000108
Figure 00000109
For transient motion, the amount of gas is defined as Q
Figure 00000110
=
Figure 00000111
I 1 dr
Figure 00000112
(τ-τ o ) τ o =
Figure 00000113

This equation for P ≅ P 2 and τ ≥ τ o goes over to the form of steady motion
Q 1 = I i τ
Figure 00000114
Τ
Figure 00000115
· P 1 2 Τ
During operation of the system, one should expect gas evolution and leakage into the system, while the gas evolution process involves adsorption and diffusion gas evolution, as well as gas permeability. The specific amount of gas evolution can be estimated by the equation logq A Bt. The leakage is determined by: Q n K in ˙ m ˙ Q tech . Under certain conditions, the total flux Q s can be minimized.

Выше сообщалось, что к месту осаждения вещества присоединяется вакуумный насос или группа их. Наиболее целесообразным решением этой задачи с учетом развития науки и техники будет решение, включающее комбинацию последовательного соединения криогенного конденсационного насоса и, например, двухроторного вакуумного (насоса типа Рутса). Может быть выбрана и другая комбинация, однако принятое сочетание позволит в настоящий момент решить задачу создания необходимого режима при большом газоотделении (до 108 л/с). Быстрота действия криоконденсационного насоса выражается в молекулярном режиме уравнением:
S

Figure 00000116
3,64αA
Figure 00000117
·
Figure 00000118
1-
Figure 00000119
и в вязкостном режиме:
S
Figure 00000120
αA
Figure 00000121

При значении (1- α) более критического 1-α
Figure 00000122
Figure 00000123
скорость потока ниже звуковой и быстроту откачки определяют по уравнению
SD '' α A˙ W, а при скорости выше звуковой
SD ''' 3,77 ˙ α X ˙ S' т
при X > 2, где X
Figure 00000124

S
Figure 00000125
3,64·A
Figure 00000126
Figure 00000127
1-
Figure 00000128

lgP*
Figure 00000129
+ BlgT+C+ Величина коэффициента криозахвата определяется расчетным путем для данного вида криопанелей методом Монте-Карло. Быстроту действия двухроторного насоса определяют:
S
Figure 00000130
а расположение насосов должно быть на расстоянии, определяемым допустимым уровнем концентрации паров масла из уравнения:
q qo·exp
Figure 00000131
-
Figure 00000132
x
Figure 00000133

Уровень давления в системе зависит от ее объема и времени откачки
P Po·exp
Figure 00000134
·
Figure 00000135
Время откачки находим по уравнению
S [-2,3lg(Pт/760)]
Figure 00000136
Sτ·v/τ1
Наиболее ответственным моментом предлагаемого способа является решение задачи создания расчетного режима. Возможны три режима: вязкостный, переходный (вязкостно-молекулярный), молекулярный. Сообщается более дробное определение режимов. Учитывая, что отсутствует практика создания трубопроводов разреженного газа значительной протяженности (например, несколько тыс.км.) при большом диаметре (например 300-500 мм), в настоящей работе приводятся различные подходы решения данной задачи.It was reported above that a vacuum pump or a group of them is attached to the place of deposition of the substance. The most appropriate solution to this problem, taking into account the development of science and technology, will be a solution that includes a combination of a series connection of a cryogenic condensation pump and, for example, a two-rotor vacuum (Roots type pump). Another combination can be chosen, however, the adopted combination will allow us to solve the problem of creating the necessary regime at high gas separation (up to 10 8 l / s). The speed of action of the cryocondensation pump is expressed in the molecular mode by the equation:
S
Figure 00000116
3.64αA
Figure 00000117
·
Figure 00000118
1-
Figure 00000119
and in viscous mode:
S
Figure 00000120
αA
Figure 00000121

If the value (1-α) is more critical, 1-α
Figure 00000122
Figure 00000123
flow rate below sound and pumping speed is determined by the equation
S D '' α A˙ W, and at a speed above sound
S D ''' 3.77 ˙ α X ˙ S ' t
for X> 2, where X
Figure 00000124

S
Figure 00000125
3.64 · A
Figure 00000126
Figure 00000127
1-
Figure 00000128

lgP *
Figure 00000129
+ BlgT + C + The value of the cryocapture coefficient is determined by calculation for this type of cryopanel using the Monte Carlo method. The speed of the two-rotor pump is determined by:
S
Figure 00000130
and the location of the pumps should be at a distance determined by the acceptable level of concentration of oil vapor from the equation:
qq o exp
Figure 00000131
-
Figure 00000132
x
Figure 00000133

The pressure level in the system depends on its volume and pumping time
PP o · exp
Figure 00000134
·
Figure 00000135
The pumping time is found by the equation
S [-2.3lg (P t / 760)]
Figure 00000136
S τv / τ 1
The most crucial moment of the proposed method is the solution of the problem of creating a settlement mode. Three modes are possible: viscous, transition (viscous-molecular), molecular. A more detailed definition of the modes is reported. Considering that there is no practice of creating rarefied gas pipelines of considerable length (for example, several thousand km) with a large diameter (for example, 300-500 mm), this paper presents various approaches to solving this problem.

Вид течения разреженного газа определяется по числу Кнудсена
Кн

Figure 00000137
При
Figure 00000138
≅ 1 имеет место молекулярный режим; для
Figure 00000139
≥ 100 вязкостный и для 100 ≥ Кн ≥ 1 промежуточный. Основные уравнения, описывающие движение разреженного газа изложены в ряде работ. Наиболее известным является уравнение Паузейля
Q
Figure 00000140
Pa(P2-P1)
Уравнение Паузейля выведено с учетом ряда допущений: газ не сжимаем; течение полностью сформировано; турбулентное течение полностью отсутствует; скорость у стенки равна нулю; течение изотермическое.The type of rarefied gas flow is determined by the Knudsen number
Kn
Figure 00000137
At
Figure 00000138
≅ 1 there is a molecular regime; for
Figure 00000139
≥ 100 is viscous and for 100 ≥ K n ≥ 1 intermediate. The basic equations describing the motion of a rarefied gas are described in a number of works. The most famous is the Pausale equation
Q
Figure 00000140
Pa (P 2 -P 1 )
The Pausale equation is derived taking into account a number of assumptions: we do not compress gas; the current is fully formed; turbulent flow is completely absent; the speed at the wall is zero; isothermal flow.

Уравнение справедливо описывает движение в вязкостных условиях при скоростях, отвечающих значению числа Маха М ≅ 1/3. При этом средняя скорость по сечению равна
UfaQ/ π Q2P Уравнение Паузейля для случая сформированного течения при
l ≥ 0,304 aRe, где Re

Figure 00000141
уточнено Лангхааром:
P2-P1=
Figure 00000142
Ufa+1,14ρU 2 f a а значение потока задается выражением
Q
Figure 00000143
Для случая ламинарного течения при Re 1000 поток должен быть меньше, чем 3,72 ˙ 105 Q м тор. л/c для условий воздуха при t 25оС, где Q в см4, Q в м тор.л/с.The equation fairly describes the motion under viscous conditions at velocities corresponding to the value of the Mach number M ≅ 1/3. In this case, the average velocity over the cross section is
U fa Q / π Q 2 P The Pausale equation for the case of a formed flow at
l ≥ 0,304 aRe, where Re
Figure 00000141
clarified by Langhaar:
P 2 -P 1 =
Figure 00000142
U fa + 1,14ρU 2 f a and the value of the stream is given by the expression
Q
Figure 00000143
For the case of laminar flow at Re 1000, the flow should be less than 3.72 ˙ 10 5 Q m torr. l / s for air conditions at t 25 о С, where Q in cm 4 , Q in m tor.l / s.

Возможны допущение 1: Q < 37Q2P млтор.л/с;
допущение 2: l ≥ 0,304 а Re и допущение 3: Q<3,72˙ 105 а м.тoр.л/с. Для воздуха при t 25оС, η 1,845 ˙ 10-4 пауз, если а и l выражается в сантиметрах, а давление в миллиметрах, выражение для пропускной способности имеет вид:
F 2,84

Figure 00000144
Pa мтор·л/с; F 2,84
Figure 00000145
Figure 00000146
л/c Увеличение давления при поворотах и изменениях радиуса оценивается значением 1/2ρUfa 2 или
Figure 00000147
Ufa 2. Режимы течения определяются: при
a Р мтор > 500 вязкостный;
a Р мтор < 5 молекулярный;
5 < Р мтор < 500 промежуточный;
a в см, Р в мторах.Assumption 1 is possible: Q <37Q 2 P mltor.l / s;
assumption 2: l ≥ 0.304 a Re and assumption 3: Q <3.72 × 10 5 a.m. tor.l / s. For air at t 25 о С, η 1.845 ˙ 10 -4 pauses, if a and l are expressed in centimeters, and pressure in millimeters, the expression for throughput has the form:
F 2.84
Figure 00000144
Pa mtor · l / s; F 2.84
Figure 00000145
Figure 00000146
l / c The increase in pressure during bends and changes in the radius is estimated by the value 1 / 2ρU fa 2 or
Figure 00000147
U fa 2 . The flow regimes are determined: at
a P mtor> 500 viscous;
a P mtor <5 molecular;
5 <P mtor <500 intermediate;
a in cm, P in mtors.

В молекулярном режиме величина потока выражается соотношением Кнудсена:
Q

Figure 00000148
Figure 00000149
где va
Figure 00000150
Figure 00000151
а проводимость F
Figure 00000152
Figure 00000153
при этом для воздуха значение проводится для длинной трубы постоянного поперечного сечения равно
F
Figure 00000154
Figure 00000155
· va или F 19,40
Figure 00000156
Figure 00000157
л/c Для цилиндрической трубы радиуса a
F
Figure 00000158
va
F 30,48
Figure 00000159
Figure 00000160
л/с
В промежуточном режиме течения учитывается скольжение газа на границе, при этом пропускная способность для трубы выражается.In molecular mode, the flux is expressed by the Knudsen relation:
Q
Figure 00000148
Figure 00000149
where va
Figure 00000150
Figure 00000151
and conductivity F
Figure 00000152
Figure 00000153
in this case, for air, the value is carried out for a long pipe of constant cross section equal to
F
Figure 00000154
Figure 00000155
Va or F 19.40
Figure 00000156
Figure 00000157
l / c For a cylindrical pipe of radius a
F
Figure 00000158
va
F 30.48
Figure 00000159
Figure 00000160
l / s
In the intermediate flow regime, gas slip at the boundary is taken into account, while the throughput for the pipe is expressed.

F

Figure 00000161
Pa
Figure 00000162
1+
Figure 00000163
где ζ
Figure 00000164
·
Figure 00000165
·
Figure 00000166
Наилучшую сходимость с опытом в стеклянных и медных трубах дает зависимость
F F
Figure 00000167
1+4
Figure 00000168
-1
Figure 00000169
Значение f выражается:
4
Figure 00000170
-1
Figure 00000171
6,793
Figure 00000172
Значение A/Ft выражено по зависимости F F
Figure 00000173
0,1472
Figure 00000174
+ Z
Figure 00000175
для значения:
Z
Figure 00000176
при условии постоянства динамической вязкости η 0,494. Для значения Q/La= 0,323 наблюдается минимум функции, а при
Figure 00000177
0
Figure 00000178
1 Величина газового потока в областях молекулярного течения пропорциональна (Р2 Р1), а в области вязкостного величине (Р2 21 2).F
Figure 00000161
Pa
Figure 00000162
1+
Figure 00000163
where ζ
Figure 00000164
·
Figure 00000165
·
Figure 00000166
The best convergence with experience in glass and copper pipes is given by the dependence
Ff
Figure 00000167
1 + 4
Figure 00000168
-1
Figure 00000169
The value of f is expressed:
4
Figure 00000170
-1
Figure 00000171
6,793
Figure 00000172
The value of A / F t is expressed by the dependence FF
Figure 00000173
0.1472
Figure 00000174
+ Z
Figure 00000175
for value:
Z
Figure 00000176
subject to a constant dynamic viscosity η 0.494. For Q / La = 0.323, a minimum of the function is observed, and at
Figure 00000177
0
Figure 00000178
1 The magnitude of the gas flow in the areas of molecular flow is proportional to (P 2 P 1 ), and in the viscosity range (P 2 2 -P 1 2 ).

Движение газового потока в области молекулярного течения можно описать уравнением:
W πr

Figure 00000179
(na-nb)
Figure 00000180
1-2
Figure 00000181
W(x)
Figure 00000182
-2
Figure 00000183
где выражение в фигурных скобках представляет собой коэффициент Клаузинга W.The movement of the gas stream in the region of molecular flow can be described by the equation:
W πr
Figure 00000179
(n a -n b )
Figure 00000180
1-2
Figure 00000181
W (x)
Figure 00000182
-2
Figure 00000183
where the expression in braces is the Clausing coefficient W.

Для

Figure 00000184
≥ 500 W
Figure 00000185
Figure 00000186
а молекулярный и массовый расход выражается
W ωπr
Figure 00000187
(na-nb)
G Wπr
Figure 00000188
Течение в круглых трубах в широком диапазоне описывается зависимостью:
Q(δ)
Figure 00000189
Figure 00000190
2πru(r)dr полученной из решения модельного уравнения. Экспериментальные исследования Донга, Бролея и Б. Т. Породнова удовлетворительно согласуются с теорией. Уравнение приведенного расхода имеет вид:
Q q
Figure 00000191
где
Figure 00000192
Figure 00000193
Δ P P1 P 2
a радиус трубы, Т температура стенок, gΣ объемный расход газа через трубу.For
Figure 00000184
≥ 500 W
Figure 00000185
Figure 00000186
and molecular and mass flow rates are expressed
W ωπr
Figure 00000187
(n a -n b )
G wπr
Figure 00000188
The flow in round pipes in a wide range is described by the dependence:
Q (δ)
Figure 00000189
Figure 00000190
2πru (r) dr obtained from the solution of the model equation. The experimental studies of Dong, Brolley, and B. T. Porodnov are in satisfactory agreement with theory. The equation for the reduced flow rate is:
Q q
Figure 00000191
Where
Figure 00000192
Figure 00000193
Δ PP 1 P 2
a is the radius of the pipe, T is the wall temperature, g Σ is the volumetric flow rate of gas through the pipe.

Параметр разреженности δ

Figure 00000194

Приведенный расход Q может быть определен из зависимости Кнудсена:
Q
Figure 00000195
+8,52
Figure 00000196
При этом режимы течения определяются показателем Кнудсена Кн ≅ 0,01- континуумное; К > 100 свободное молекулярное. Значения Кн задаются:
Kн=
Figure 00000197
Figure 00000198
;
σ πd2=
Figure 00000199
Figure 00000200
m
Figure 00000201
;
Kн= 1,27
Figure 00000202
M/Re;
Re
Figure 00000203
При гиперзвуковом обтекании:
Kн=
Figure 00000204
Figure 00000205
Figure 00000206

Reo= ρuL/μo=
Figure 00000207
Figure 00000208

C*·
Figure 00000209
Figure 00000210

To= T
Figure 00000211
1+
Figure 00000212
M
Figure 00000213
Figure 00000214
TM2 Область континуума может быть определена зависимостью L/l= Rej/M которая с учетом соотношения δ/L
Figure 00000215
1/
Figure 00000216
преобразуется к виду δ/L
Figure 00000217
Figure 00000218
/M где δ толщина ламинарного пограничного слоя;
L характерный размер тела;
Rey ρ VL/ μ число Рейнольдса для тела;
М число Маха.Sparseness parameter δ
Figure 00000194

The reduced flow rate Q can be determined from the Knudsen dependence:
Q
Figure 00000195
+8.52
Figure 00000196
In this case, the flow regimes are determined by the Knudsen index K n ≅ 0.01 - continuum; K> 100 free molecular. The values of K n are set:
K n =
Figure 00000197
Figure 00000198
;
σ πd 2 =
Figure 00000199
Figure 00000200
m
Figure 00000201
;
K n = 1.27
Figure 00000202
M / Re;
Re
Figure 00000203
With hypersonic flow:
K n =
Figure 00000204
Figure 00000205
Figure 00000206

Re o = ρ u L / μ o =
Figure 00000207
Figure 00000208

C *
Figure 00000209
Figure 00000210

T o = T
Figure 00000211
1+
Figure 00000212
M
Figure 00000213
Figure 00000214
T M 2 The continuum region can be determined by the dependence L / l = Rej / M which, taking into account the ratio δ / L
Figure 00000215
1/
Figure 00000216
transforms to the form δ / L
Figure 00000217
Figure 00000218
/ M where δ is the thickness of the laminar boundary layer;
L characteristic body size;
Rey ρ VL / μ Reynolds number for the body;
M is the Mach number.

Газовая динамика континуума должна рассматривать задачи, в которых толщина пограничного слоя в 100 раз больше средней длины пробега, т.е. The gas dynamics of the continuum should consider problems in which the thickness of the boundary layer is 100 times greater than the average mean free path, i.e.

Figure 00000219
/M > 100 Соотношение L/l
Figure 00000220
Rey/M свидетельствует, что концепция континуума не применима для очень больших значений числа Маха и для очень малых чисел Рейнольдса.
Figure 00000219
/ M> 100 L / l ratio
Figure 00000220
Rey / M indicates that the concept of continuum is not applicable for very large Mach numbers and for very small Reynolds numbers.

Характер изменения параметров потока зависит от того, какие значения принимает число Маха больше или меньше единицы, поскольку член (1 М2) присутствует во всех дифференциальных уравнениях в знаменателе:

Figure 00000221
Figure 00000222
· 4f
Figure 00000223

Figure 00000224
=
Figure 00000225
· 4f
Figure 00000226

Figure 00000227
Figure 00000228
·4f
Figure 00000229

Figure 00000230
Figure 00000231
Figure 00000232
Figure 00000233
·4f
Figure 00000234

Figure 00000235
Figure 00000236
·4f
Figure 00000237

Figure 00000238
Figure 00000239
·4f
Figure 00000240

Figure 00000241
Figure 00000242
·4f
Figure 00000243

Figure 00000244
Figure 00000245
·
Figure 00000246

Figure 00000247
Figure 00000248
·4f
Figure 00000249

При учете сил трения изоэнтропное давление торможения и импульсная функция должны уменьшаться, а энтропия в адиабатических процессах не может уменьшаться, потому значение коэффициента трения f всегда больше нуля.The nature of the change in the flow parameters depends on what values the Mach number takes more or less than unity, since the term (1 M 2 ) is present in all differential equations in the denominator:
Figure 00000221
Figure 00000222
4f
Figure 00000223

Figure 00000224
=
Figure 00000225
4f
Figure 00000226

Figure 00000227
Figure 00000228
4f
Figure 00000229

Figure 00000230
Figure 00000231
Figure 00000232
Figure 00000233
4f
Figure 00000234

Figure 00000235
Figure 00000236
4f
Figure 00000237

Figure 00000238
Figure 00000239
4f
Figure 00000240

Figure 00000241
Figure 00000242
4f
Figure 00000243

Figure 00000244
Figure 00000245
·
Figure 00000246

Figure 00000247
Figure 00000248
4f
Figure 00000249

When the friction forces are taken into account, the isoentropic braking pressure and the impulse function must decrease, and the entropy in adiabatic processes cannot decrease, therefore, the value of the friction coefficient f is always greater than zero.

Характер изменения параметров потока определяется следующей таблицей. The nature of the change in the flow parameters is determined by the following table.

Из сказанного следует, что число Маха стремится к единице. Плавный переход от дозвукового потока к сверхзвуковому потоку или наоборот невозможен. При данных начальных условиях потока на входе трубы ее максимально возможная длина, при которой начальные условия остаются неизменными и не появляются разрывы или скачки, определяется число Маха, которое должно быть точно равно 1. It follows from the above that the Mach number tends to unity. A smooth transition from subsonic flow to supersonic flow or vice versa is not possible. Given the initial flow conditions at the inlet of the pipe, its maximum possible length, at which the initial conditions remain unchanged and breaks or jumps do not appear, determines the Mach number, which must be exactly equal to 1.

Трение способствует увеличению скорости дозвукового потока и является причиной роста давления на сверхзвуковых скоростях. Friction contributes to an increase in the speed of subsonic flow and is the cause of the increase in pressure at supersonic speeds.

В интегральной форме уравнения имеют нижеследующий вид и описывают движение газового потока практически при любых скоростях. In integral form, the equations are as follows and describe the movement of the gas stream at almost any speed.

Figure 00000250
4f
Figure 00000251
Figure 00000252
dm2 После интегрирования имеем
4
Figure 00000253
Figure 00000254
+
Figure 00000255
ln
Figure 00000256
где f средний коэффициент трения, зависящий от длины и определяемый выражением:
Figure 00000257
Figure 00000258
Figure 00000259
fdx Максимальная величина 4
Figure 00000260
L/D дана для любого исходного значения числа Маха.
Figure 00000250
4f
Figure 00000251
Figure 00000252
dm 2 After integration, we have
4
Figure 00000253
Figure 00000254
+
Figure 00000255
ln
Figure 00000256
where f is the average coefficient of friction, depending on the length and defined by the expression:
Figure 00000257
Figure 00000258
Figure 00000259
fdx Maximum value 4
Figure 00000260
L / D is given for any initial Mach number.

Длина трубы, которая необходима для перехода потока из состояния с числом Маха М1 в состояние с числом Маха М2 определяется как разность этих величин в начальном и исходном состояниях:
4

Figure 00000261
Figure 00000262
Figure 00000263
4
Figure 00000264
-
Figure 00000265
4
Figure 00000266
Из предыдущих уравнений получаем:
Figure 00000267
Figure 00000268

Figure 00000269
Figure 00000270
dM2 Обозначив давление в точке М 1 через Р*, проинтегрируем последнее уравнение в интервале сечений М М1, Р Р до М 1, Р Р* и получим:
Figure 00000271
Figure 00000272

Figure 00000273
M
Figure 00000274

Figure 00000275
Figure 00000276
Figure 00000277

Figure 00000278
Figure 00000279
Figure 00000280
Figure 00000281

Figure 00000282
Figure 00000283
Figure 00000284

Figure 00000285
Figure 00000286

Figure 00000287
= lnM2
Figure 00000288

Величины Р*, Y* и т.д. являются параметрами потока для поперечного сечения трубы, в котором М 1.The length of the pipe, which is necessary for the transition of the flow from a state with a Mach number M 1 to a state with a Mach number M 2, is determined as the difference between these values in the initial and initial states:
4
Figure 00000261
Figure 00000262
Figure 00000263
4
Figure 00000264
-
Figure 00000265
4
Figure 00000266
From the previous equations we get:
Figure 00000267
Figure 00000268

Figure 00000269
Figure 00000270
dM 2 Denoting the pressure at the point M 1 through P * , integrate the last equation in the interval of the sections M M 1 , P P to M 1, P P * and get:
Figure 00000271
Figure 00000272

Figure 00000273
M
Figure 00000274

Figure 00000275
Figure 00000276
Figure 00000277

Figure 00000278
Figure 00000279
Figure 00000280
Figure 00000281

Figure 00000282
Figure 00000283
Figure 00000284

Figure 00000285
Figure 00000286

Figure 00000287
= lnM 2
Figure 00000288

Values of P * , Y * , etc. are the flow parameters for the cross section of the pipe in which M 1.

Для определения параметра адиабатического потока в интервале сечений, в котором число Маха изменяется от М1 до М2, например:
P2/P1=

Figure 00000289

Наиболее важным моментом в решении задачи является выявление достаточно точного значения коэффициента трения. Для несжимаемого потока он выражается уравнением Кормана-Никурадзе.To determine the parameter of the adiabatic flow in the interval of sections in which the Mach number varies from M 1 to M 2 , for example:
P 2 / P 1 =
Figure 00000289

The most important point in solving the problem is to identify a sufficiently accurate value of the coefficient of friction. For an incompressible flow, it is expressed by the Korman-Nikuradze equation.

Figure 00000290
-0,8+2log10[Rey
Figure 00000291
] Rey число Рейнольдса для трубы, выраженное через диаметр. Коэффициент трения зависит от шероховатости. Эта зависимость установлена Моуди для дозвуковых потоков. Экспериментальные исследования, полученные Кинаном и Ньюманом, позволили установить, что значение очевидного коэффициента трения для сверхзвукового потока имеет значение в два раза меньше обычного, применяемого для несжимаемых потоков.
Figure 00000290
-0.8 + 2log 10 [Rey
Figure 00000291
] Rey Reynolds number for the pipe, expressed in terms of diameter. The friction coefficient depends on the roughness. This relationship has been established by Moody for subsonic flows. Experimental studies by Keenan and Newman have shown that the apparent coefficient of friction for a supersonic flow is two times smaller than the usual value for incompressible flows.

В области разреженных газов достоверное значение коэффициента трения требует уточнения. В первом приближении он может быть оценен исходя из выражения для силы сопротивления, отнесенной к единице площади для течения Куэтта:
τw=

Figure 00000292
u
Figure 00000293
где U относительная скорость,
h расстояние между пластинами,
Re число Рейнольдса.In the region of rarefied gases, the reliable value of the coefficient of friction requires clarification. In a first approximation, it can be estimated based on the expression for the resistance force referred to the unit area for the Couette flow:
τ w =
Figure 00000292
u
Figure 00000293
where U is the relative speed,
h is the distance between the plates,
Re Reynolds number.

σ часть молекул, отраженных диффузно,

Figure 00000294
средняя длина пробега молекулы. По аналогии для круглой трубы постоянного диаметра можно записать:
f
Figure 00000295
Запишем выражение для местной скорости потока u
Figure 00000296
где Р ρ RT, тогда
u
Figure 00000297
а f
Figure 00000298
Figure 00000299
Figure 00000300
Figure 00000301

Местное значение f зависит от величины потока и с его ростом уменьшается. В континуумной среде местное значение f не может быть менее чем
f
Figure 00000302
Figure 00000303
Figure 00000304
Figure 00000305
Figure 00000306
Figure 00000307
если не учитывать уменьшения динамической вязкости с возрастанием степени разрежения.σ part of the molecules reflected diffusely,
Figure 00000294
The average path length of the molecule. By analogy for a round pipe of constant diameter, you can write:
f
Figure 00000295
We write the expression for the local flow velocity u
Figure 00000296
where P ρ RT, then
u
Figure 00000297
and f
Figure 00000298
Figure 00000299
Figure 00000300
Figure 00000301

The local value of f depends on the magnitude of the flow and decreases with its growth. In a continuum environment, the local value of f cannot be less than
f
Figure 00000302
Figure 00000303
Figure 00000304
Figure 00000305
Figure 00000306
Figure 00000307
if you do not take into account the decrease in dynamic viscosity with increasing degree of vacuum.

Вязкостный режим со скольжением описывается уравнением для массового расхода:
Qм=

Figure 00000308
Figure 00000309
1+
Figure 00000310
P
Figure 00000311
Figure 00000312
P+
Figure 00000313
Уравнение можно представить в форме
Qм=
Figure 00000314
(P 2 1 -P 2 2 )+
Figure 00000315
(P1-P2)
Figure 00000316
Коэффициент скольжения меняется как средний свободный пробег молекулы, т.е. обратно пропорционально давлению
ζ ζ1/P; ζ1= ζP 2C
Figure 00000317
LP где 0,491 < С < 0,499,
f коэффициент обмена количеством движения.The slip viscosity regime is described by the equation for mass flow:
Q m =
Figure 00000308
Figure 00000309
1+
Figure 00000310
P
Figure 00000311
Figure 00000312
P +
Figure 00000313
The equation can be represented in the form
Q m =
Figure 00000314
(P 2 1 -P 2 2 ) +
Figure 00000315
(P 1 -P 2 )
Figure 00000316
The slip coefficient varies as the mean free path of the molecule, i.e. inversely proportional to pressure
ζ ζ 1 / P; ζ 1 = ζP 2C
Figure 00000317
LP where 0.491 <C <0.499,
f coefficient of exchange of momentum.

Расход газа в единицах записывается:
Q PV

Figure 00000318
1+
Figure 00000319
P
Figure 00000320
Для выявления ламинарности или турбулентности режима можно использовать уравнение для Re
Re
Figure 00000321
Уравнение получено при P2 0 и ρ
Figure 00000322
Последнее выражение справедливо только для изотермического течения.The gas flow in units is recorded:
Q PV
Figure 00000318
1+
Figure 00000319
P
Figure 00000320
To identify the laminarity or turbulence of the regime, one can use the equation for Re
Re
Figure 00000321
The equation is obtained for P 2 0 and ρ
Figure 00000322
The last expression is valid only for an isothermal flow.

При Re ≅ 1000 имеет место ламинарный режим;
при Re > 1000 турбулентный.
At Re ≅ 1000, a laminar regime takes place;
at Re> 1000 turbulent.

Турбулентный режим в решении практических задач создания газовых потоков в магистральных трубопроводах. На основании экспериментальных исследований установлено, что ламинарный режим наблюдается при Re < 1200, а турбулентный при Re > 2200. Turbulent mode in solving practical problems of creating gas flows in main pipelines. Based on experimental studies, it was found that the laminar regime is observed at Re <1200, and the turbulent one at Re> 2200.

Основное уравнение для молекулярного режима имеет вид
Qм=

Figure 00000323
Figure 00000324
(P1-P2) При L < R справедливо:
Qм=
Figure 00000325
1+
Figure 00000326
(P 2 1 -P 2 2 ) хотя следует отметить, что P ≠
Figure 00000327
, т.к. давление по длине трубопровода не изменяется по закону прямой, и указанное упрощение может оказаться несправедливым.The basic equation for the molecular regime is
Q m =
Figure 00000323
Figure 00000324
(P 1 -P 2 ) For L <R, the following is true:
Q m =
Figure 00000325
1+
Figure 00000326
(P 2 1 -P 2 2 ) although it should be noted that P ≠
Figure 00000327
because the pressure along the length of the pipeline does not change according to the direct law, and the indicated simplification may turn out to be unfair.

Для переходного режима Кнудсеном предложены выражения
F α1Pм2

Figure 00000328
см3/с где Рт среднее давление в барах
α1=
Figure 00000329
Figure 00000330
Figure 00000331
Figure 00000332
см3/с·бар
α2=
Figure 00000333
Ua 3,0476
Figure 00000334
Figure 00000335
см3
C1= 2R
Figure 00000336

C2= 2,47R
Figure 00000337
Функция проводимости выражается:
F
Figure 00000338
·
Figure 00000339
+ 3,048·104·Z
Figure 00000340

М молекулярная масса:
Т температура газа.Knudsen proposes expressions for the transition regime
F α 1 P m + α 2
Figure 00000328
cm 3 / s where P t average pressure in bar
α 1 =
Figure 00000329
Figure 00000330
Figure 00000331
Figure 00000332
cm 3 / s · bar
α 2 =
Figure 00000333
Ua 3.0476
Figure 00000334
Figure 00000335
cm 3 / s
C 1 = 2R
Figure 00000336

C 2 = 2.47R
Figure 00000337
The conductivity function is expressed:
F
Figure 00000338
·
Figure 00000339
+ 3.048 · 10 4 · Z
Figure 00000340

M molecular weight:
T is the temperature of the gas.

Z

Figure 00000341

L1 средний свободный пробег молекул газа при рассматриваемой температуре,
Рт среднее давление в барах. Исходя из этих формул, можно получить уравнения, определяющие приведенный расход (РV), массовый расход и объем при давлении Р и среднюю скорость U
QPV= F(P1-P2)
Figure 00000342
+ 3,048·104·Z
Figure 00000343
(P1-P2)
Qм=
Figure 00000344
Figure 00000345
Figure 00000346
+ 3,048·104·Z
Figure 00000347

V
Figure 00000348
Figure 00000349
Figure 00000350
+ 3,048·104·Z
Figure 00000351

U
Figure 00000352
Figure 00000353
Figure 00000354
+ 0,9707·104·Z
Figure 00000355
Среднее значение давления выражается:
Pм=
Figure 00000356
Figure 00000357
Pdx
Pм=
Figure 00000358
Figure 00000359
Figure 00000360
dl,
где где B
Figure 00000361

Pм=
Figure 00000362
1-
Figure 00000363
Окончательно среднее давление получаем
Pм=
Figure 00000364
P′-
Figure 00000365
где P1=
Figure 00000366
Наложение режимов можно выполнить с помощью формулы
σ l- 2 /Kn - 0,2 ) где σ часть молекул, отвечающих закону молекулярного режима
Fn (1 σ )Fc + σ Fм, где Fc проводимость в режиме скольжения;
Fм проводимость в молекулярном режиме. При f ≠ 1 проводимость определяется:
F
Figure 00000367
Figure 00000368
Fn Основные уравнения для молекулярного режима могут быть записаны
Qм=
Figure 00000369
Figure 00000370
Figure 00000371
(P1-P2)
Qpv=
Figure 00000372
Figure 00000373
Figure 00000374
(P1-P2)
V
Figure 00000375
Figure 00000376
Figure 00000377
(P2-P1)
U
Figure 00000378
Figure 00000379
Figure 00000380
(P1-P2) Средняя скорость на выходе
U2=
Figure 00000381
Figure 00000382
-1
Figure 00000383
При температуре воздуха 17оС имеем
U2= 3,0723
Figure 00000384
-1
Figure 00000385
см/с см/с. Проводимость
F
Figure 00000386
Figure 00000387
или с молекулярной массой М
F
Figure 00000388
Figure 00000389
Figure 00000390
R3 см3/с при написании уравнений предполагалось, что труба имеет бесконечную длину, стенки полностью рассеивают молекулы, газ находится в равновесии и подчиняется закону Максвелла.Z
Figure 00000341

L 1 the average free path of the gas molecules at the considered temperature,
R t is the average pressure in bars. Based on these formulas, it is possible to obtain equations that determine the reduced flow rate (RV), mass flow rate and volume at pressure P and average velocity U
Q PV = F (P 1 -P 2 )
Figure 00000342
+ 3.048 · 10 4 · Z
Figure 00000343
(P 1 -P 2 )
Q m =
Figure 00000344
Figure 00000345
Figure 00000346
+ 3.048 · 10 4 · Z
Figure 00000347

V
Figure 00000348
Figure 00000349
Figure 00000350
+ 3.048 · 10 4 · Z
Figure 00000351

U
Figure 00000352
Figure 00000353
Figure 00000354
+ 0.9707 · 10 4 · Z
Figure 00000355
The average pressure value is expressed:
P m =
Figure 00000356
Figure 00000357
Pdx
P m =
Figure 00000358
Figure 00000359
Figure 00000360
dl
where where is B
Figure 00000361

P m =
Figure 00000362
1-
Figure 00000363
Finally, the average pressure is
P m =
Figure 00000364
P′-
Figure 00000365
where P 1 =
Figure 00000366
Overlay modes can be performed using the formula
σ l - 2 / K n - 0,2 ) where σ is the part of the molecules that correspond to the law of the molecular regime
F n (1 σ) F c + σ F m , where F c conductivity in slip mode;
F m conductivity in molecular mode. For f ≠ 1, the conductivity is determined by:
F
Figure 00000367
Figure 00000368
F n The basic equations for the molecular regime can be written
Q m =
Figure 00000369
Figure 00000370
Figure 00000371
(P 1 -P 2 )
Q pv =
Figure 00000372
Figure 00000373
Figure 00000374
(P 1 -P 2 )
V
Figure 00000375
Figure 00000376
Figure 00000377
(P 2 -P 1 )
U
Figure 00000378
Figure 00000379
Figure 00000380
(P 1 -P 2 ) Average output speed
U 2 =
Figure 00000381
Figure 00000382
-1
Figure 00000383
When the air temperature 17 ° C have
U 2 = 3.0723
Figure 00000384
-1
Figure 00000385
cm / s cm / s. Conductivity
F
Figure 00000386
Figure 00000387
or with a molecular weight of M
F
Figure 00000388
Figure 00000389
Figure 00000390
R 3 cm 3 / s when writing the equations it was assumed that the pipe has an infinite length, the walls completely disperse the molecules, the gas is in equilibrium and obeys Maxwell's law.

Характер режима и выбор уравнений зависит от числа Кнудсена. При Кн≥ 10 имеет место молекулярный режим,
0,25 ≅ Кн ≅ 10 переходный режим,
10-3 < Кн < 0,25 режим со скольжением,
Кн < 10-3 режим классической аэродинамики.
The nature of the regime and the choice of equations depends on the Knudsen number. When K n ≥ 10, the molecular mode
0.25 ≅ K n ≅ 10 transient,
10 -3 <K n <0.25 slip mode,
To n <10 -3 mode of classical aerodynamics.

Для описания движения газа в трубах используется число Кнудсена, которое выражается как отношение средней длины свободного пробега молекулы к радиусу трубы Кн L/R. Для характеристики движения тел в разреженных газах число Кнудсена выражается как отношение L к характеристическому размеру тела или толщине пограничного слоя.To describe the movement of gas in pipes, the Knudsen number is used, which is expressed as the ratio of the mean free path of a molecule to the radius of the pipe K n L / R. To characterize the motion of bodies in rarefied gases, the Knudsen number is expressed as the ratio of L to the characteristic size of the body or the thickness of the boundary layer.

Коэффициент вязкости в молекулярном режиме изменяется. Вязкость газа может быть выражена формулой:
Z

Figure 00000391
Figure 00000392
Исследования показывают, что для адиабатических условий существует предельная скорость движения разреженного газа:
U2= 2
Figure 00000393
roT
Figure 00000394
1-
Figure 00000395
Предельное значение выражается
U 2 п р
Figure 00000396
В функции средней квадратичной скорости молекул
Figure 00000397
:
U 2 п р/
Figure 00000398
= 2γ/3(γ-1) В случае двухатомного газа γ 7/5
U 2 п р/
Figure 00000399
= 7/3 Для одноатомного газа γ 5/3
U 2 п р/
Figure 00000400
=
Figure 00000401
Число Маха можно вычислить
M2=
Figure 00000402
1-
Figure 00000403
Вместе с тем опыт показывает, что в коротких трубах можно достичь числа Маха 5, 6 и более. Эта область супераэродинамики характеризуется числом Кнудсена, когда средний свободный пробег становится больше размеров движущегося тела.The viscosity coefficient in the molecular regime changes. The viscosity of the gas can be expressed by the formula:
Z
Figure 00000391
Figure 00000392
Studies show that for adiabatic conditions there is a limiting velocity of rarefied gas:
U 2 = 2
Figure 00000393
r o T
Figure 00000394
1-
Figure 00000395
The limit value is expressed
U 2 P R
Figure 00000396
As a function of the mean square velocity of the molecules
Figure 00000397
:
U 2 P p /
Figure 00000398
= 2γ / 3 (γ-1) In the case of a diatomic gas, γ 7/5
U 2 P p /
Figure 00000399
= 7/3 For a monatomic gas, γ 5/3
U 2 P p /
Figure 00000400
=
Figure 00000401
Mach number can be calculated
M 2 =
Figure 00000402
1-
Figure 00000403
However, experience shows that in short pipes, Mach numbers of 5, 6 or more can be achieved. This area of super-aerodynamics is characterized by the Knudsen number, when the average free path becomes larger than the size of a moving body.

В этой области изменения величины отношений числа молекул, сталкивающихся с передней и задней кромкой плоскости, к числу молекул, ударяющихся о пластину с тех же сторон, но когда неподвижная пластина находится в покоящемся газе, характеризуется значениями:
χ′ e

Figure 00000404

χ″ e
Figure 00000405
Изменения зависят от значения нормальной скорости пластины или от отношения этой составляющей и наиболее вероятной скорости молекул газа в предложении максвеллового распределения.In this area, changes in the ratio of the number of molecules colliding with the front and rear edges of the plane to the number of molecules hitting the plate from the same sides, but when the stationary plate is in a stationary gas, is characterized by the values:
χ ′ e
Figure 00000404

χ ″ e
Figure 00000405
The changes depend on the value of the normal speed of the plate or on the ratio of this component and the most probable speed of the gas molecules in the proposal of the Maxwell distribution.

Известны значения для κ' и κ''. При

Figure 00000406
≥1,6 число молекул, ударяющихся в заднюю кромку равно 1/100 т.е. примерно равно нулю. При этом
Figure 00000407
Figure 00000408
M где М число Маха.Known values for κ 'and κ''. At
Figure 00000406
≥1.6 the number of molecules hitting the trailing edge is 1/100 i.e. approximately equal to zero. Wherein
Figure 00000407
Figure 00000408
M where M is the Mach number.

При движении твердого тела в разреженном газе при очень малых числах Маха коэффициент трения для сферы может быть выражен зависимостью
Cf=

Figure 00000409
Сопротивление сферы Бассетом записано в форме:
Cf·
Figure 00000410
R2= F при этом
Cf=
Figure 00000411
где L 1,25
Figure 00000412
· η/ρc
С скорость звука при данной температуре.When a solid moves in a rarefied gas at very low Mach numbers, the friction coefficient for a sphere can be expressed by the dependence
C f =
Figure 00000409
The resistance of the sphere by Basset is written in the form:
C f
Figure 00000410
R 2 = F in this case
C f =
Figure 00000411
where L is 1.25
Figure 00000412
Η / ρc
C is the speed of sound at a given temperature.

Figure 00000413
0,998
Figure 00000414
-1
Figure 00000415
L
Figure 00000416
0,998
Figure 00000417
-1
Figure 00000418
1,253
Figure 00000419
-1
Figure 00000420

Для дозвуковых и сверхзвуковых скоростей Кейном получена эмпирическая зависимость для сферы:
CD=
Figure 00000421
0,97+
Figure 00000422
1+
Figure 00000423
где Re1 значение числа Рейнольдса за ударной волной. Выражение для СDполучено для чисел Рейнольдса от 15 до 768.
Figure 00000413
0,998
Figure 00000414
-1
Figure 00000415
L
Figure 00000416
0,998
Figure 00000417
-1
Figure 00000418
1,253
Figure 00000419
-1
Figure 00000420

For subsonic and supersonic speeds, Kane obtained an empirical dependence for the sphere:
C D =
Figure 00000421
0.97+
Figure 00000422
1+
Figure 00000423
where Re 1 is the Reynolds number behind the shock wave. An expression for C D is obtained for Reynolds numbers from 15 to 768.

Характерным явлением в разреженных газах является скачек скорости и температуры у твердой границы. Температурный скачек уточнен П. Валандером:
ΔT

Figure 00000424
Figure 00000425
Figure 00000426

Q
Figure 00000427
где Q коэффициент аккомодации энергии.A characteristic phenomenon in rarefied gases is a jump in speed and temperature at a solid boundary. Temperature jump specified by P. Valander:
ΔT
Figure 00000424
Figure 00000425
Figure 00000426

Q
Figure 00000427
where Q is the coefficient of accommodation of energy.

Значение ΔТ выражается:
ΔT To-Tw= κт

Figure 00000428

κт=
Figure 00000429
·
Figure 00000430
где σ1 коэффициент аккомодации тангенциального импульса количества движения
κт=
Figure 00000431
·
Figure 00000432
Figure 00000433
где α коэффициент аккомодации энергии. Для многоатомного газа
κт=
Figure 00000434
·
Figure 00000435
·
Figure 00000436
Figure 00000437
Скорость скольжения вдоль поверхности можно найти из соотношения
us= κм·
Figure 00000438

κv= 2
Figure 00000439
·
Figure 00000440

κv= 2
Figure 00000441
где σ1 коэффициент аккомодации тангенциального импульса движения.The value of ΔT is expressed:
ΔT T o -T w = κ t
Figure 00000428

κ t =
Figure 00000429
·
Figure 00000430
where σ 1 is the coefficient of accommodation of the tangential momentum of the momentum
κ t =
Figure 00000431
·
Figure 00000432
Figure 00000433
where α is the accommodation coefficient of energy. For polyatomic gas
κ t =
Figure 00000434
·
Figure 00000435
·
Figure 00000436
Figure 00000437
The sliding velocity along the surface can be found from the relation
u s = κ m
Figure 00000438

κ v = 2
Figure 00000439
·
Figure 00000440

κ v = 2
Figure 00000441
where σ 1 is the coefficient of accommodation of the tangential momentum of motion.

Для условий справедливости уравнений Навье-Стокса значение температурного скачка и скорости:
ΔT T°-Tw=

Figure 00000442
·
Figure 00000443
·l
Figure 00000444

u ° x
Figure 00000445
·l
Figure 00000446
K
Figure 00000447
+ K
Figure 00000448
Figure 00000449
где y координата, описываемая от стенки по нормали,
Тw температура поверхности тела,
То и ux граничные значения температуры и скорости газа при
Ki (Ki 0,827; K2 1,012; K3 0,42)
l средняя длина пробега молекулы,
Qэ термический коэффициент аккомодации (не слишком мал по сравнению с единицей).For the conditions of validity of the Navier-Stokes equations, the value of the temperature jump and velocity:
ΔT T ° -T w =
Figure 00000442
·
Figure 00000443
L
Figure 00000444

u ° x
Figure 00000445
L
Figure 00000446
K
Figure 00000447
+ K
Figure 00000448
Figure 00000449
where y is the coordinate described from the wall along the normal,
T w body surface temperature,
T about and u x the boundary values of temperature and gas velocity at
K i (K i 0.827; K 2 1.012; K 3 0.42)
l the average path length of the molecule,
Q e is the thermal coefficient of accommodation (not too small compared to unity).

Наиболее важным этапом в решении задачи переноса массы в разряженных газах является описание течения смеси газа с частицами. Достаточно обнадеживающие результаты работ пока не найдены. The most important step in solving the problem of mass transfer in discharged gases is to describe the flow of a mixture of gas with particles. Quite encouraging work results have not yet been found.

Описание течения смеси газа с частицами дается с учетом ряда допущений
ρg·ugA

Figure 00000450

ρpiupiA
Figure 00000451

Wgdug+
Figure 00000452
dupi+AdPg= 0
Figure 00000453
[Cpg(Tg-Tgo)+
Figure 00000454
u 2 g +
Figure 00000455
[Cpp(Tpi-Tgo)+
Figure 00000456
u 2 p i] 0
Pg ρgRTg
upi(dupi/dx)
Figure 00000457
(Mgfpir*/mpr 2 p i)(ug-upi)
Upi(dTpi/dx)= -3(Mgggir*/mprpi 2) (Cpg/PrCpp)(Tpi-Tg) Низкочастотные бесконечно малые возмущения распространяются с равновесной скоростью звука:
Figure 00000458
где γl=
Figure 00000459
Так как γе < γ, то равновесная скорость звука в смеси газа с частицами меньше неравновесной или замороженной скорости звука в смеси.A description of the flow of a gas-particle mixture is given taking into account a number of assumptions
ρ g u g A
Figure 00000450

ρ pi u pi A
Figure 00000451

W g du g +
Figure 00000452
du pi + AdP g = 0
Figure 00000453
[C pg (T g -T go ) +
Figure 00000454
u 2 g +
Figure 00000455
[C pp (T pi -T go ) +
Figure 00000456
u 2 p i ] 0
P g ρ g RT g
u pi (du pi / dx)
Figure 00000457
(M g f pi r * / m p r 2 p i ) (u g -u pi )
U pi (dT pi / dx) = -3 (M g g gi r * / m p r pi 2 ) (C pg / P r C pp ) (T pi -T g ) Low-frequency infinitesimal perturbations propagate at the equilibrium speed of sound :
Figure 00000458
where γ l =
Figure 00000459
Since γ e <γ, the equilibrium speed of sound in a mixture of gas with particles is less than the nonequilibrium or frozen speed of sound in the mixture.

Для многофазных систем число Маха газовой фазы в горле равно:
Mg2

Figure 00000460
1+
Figure 00000461
+
Figure 00000462
u
Figure 00000463

Число Маха газа в горле для многофазных систем, вычисленное по скорости звука в газе, равно 0,8.For multiphase systems, the Mach number of the gas phase in the throat is:
Mg 2
Figure 00000460
1+
Figure 00000461
+
Figure 00000462
u
Figure 00000463

The gas number of the throat gas for multiphase systems, calculated from the speed of sound in the gas, is 0.8.

Решение уравнений для течения смеси газа с частицами в условиях справедливости закона Стокса и частиц одинакового размера имеет вид:
A2/A*2 (

Figure 00000464
)
Figure 00000465
2(
Figure 00000466
+1)
Figure 00000467
1+
Figure 00000468
(
Figure 00000469
-1)
Figure 00000470

Pgo/Pg=
Figure 00000471
1+
Figure 00000472
(
Figure 00000473
-1)
Figure 00000474

ρgog=
Figure 00000475
1+
Figure 00000476
(
Figure 00000477
-1)
Figure 00000478

Τgog= 1+
Figure 00000479
(
Figure 00000480
-1)
Figure 00000481

ug/ug max=
Figure 00000482
[(
Figure 00000483
-1)
Figure 00000484
]/[2+(
Figure 00000485
-1)
Figure 00000486
]
Figure 00000487

ug=
Figure 00000488
g·r*/mpr 2 p )[(1-K)/K2]x
up= Kug, ρp= (
Figure 00000489
/
Figure 00000490
)(ρgK)
Tp=LTg+(1-L)Tgo
L
Figure 00000491
1+3Pr
Figure 00000492
·
Figure 00000493

B
Figure 00000494

C 1+(
Figure 00000495
)/(
Figure 00000496
){K[(1-K)γ+K]+(γ-1)(Cpp/Cpg)BL}
Figure 00000497
C1/2M
Figure 00000498
1+(γ-1)(B/C)
ug max
Figure 00000499
Градиент осевой скорости есть величина постоянная в соплах с постоянным запаздыванием. Данный вывод, как показали исследования Гильберта, является общим. Карье показал, что в случае движения, когда не соблюдается закон Стокса, имеет место зависимость СD˙Re/Nu
Figure 00000500
12,
Figure 00000501
Figure 00000502
gfr*/mpr 2 p )[(1-K)/K2]
Исследования влияния факторов разреженности, сжимаемости и ускорения свободного потока на коэффициент сопротивления и теплоотдачи показывают, что только разреженность оказывает влияние. Учет осуществляется введением поправки:
CD= C ° D
Figure 00000503

Nu=
Figure 00000504
где CD, Nu коэффициенты сопротивления и теплоотдачи шара при отсутствии разреженности.The solution of the equations for the flow of a mixture of gas with particles under the validity of the Stokes law and particles of the same size has the form:
A 2 / A * 2 (
Figure 00000464
)
Figure 00000465
2 (
Figure 00000466
+1)
Figure 00000467
1+
Figure 00000468
(
Figure 00000469
-1)
Figure 00000470

P go / P g =
Figure 00000471
1+
Figure 00000472
(
Figure 00000473
-1)
Figure 00000474

ρ go / ρ g =
Figure 00000475
1+
Figure 00000476
(
Figure 00000477
-1)
Figure 00000478

Τ go / Τ g = 1+
Figure 00000479
(
Figure 00000480
-1)
Figure 00000481

u g / u g max =
Figure 00000482
[(
Figure 00000483
-1)
Figure 00000484
] / [2+ (
Figure 00000485
-1)
Figure 00000486
]
Figure 00000487

u g =
Figure 00000488
g * r * / m p r 2 p ) [(1-K) / K 2 ] x
u p = Ku g , ρ p = (
Figure 00000489
/
Figure 00000490
) (ρ g K)
T p = LT g + (1-L) T go
L
Figure 00000491
1 + 3Pr
Figure 00000492
·
Figure 00000493

B
Figure 00000494

C 1+ (
Figure 00000495
) / (
Figure 00000496
) {K [(1-K) γ + K] + (γ-1) (C pp / C pg ) BL}
Figure 00000497
C 1/2 M
Figure 00000498
1+ (γ-1) (B / C)
u g max
Figure 00000499
The axial velocity gradient is a constant value in nozzles with a constant delay. This conclusion, as shown by Hilbert's research, is general. Career showed that in the case of motion, when the Stokes law is not observed, the dependence С D ˙Re / Nu
Figure 00000500
12,
Figure 00000501
Figure 00000502
g fr * / m p r 2 p ) [(1-K) / K 2 ]
Studies of the influence of rarefaction, compressibility and acceleration of the free flow factors on the coefficient of resistance and heat transfer show that only sparseness has an effect. Accounting is carried out by introducing an amendment:
C D = C ° D
Figure 00000503

N u =
Figure 00000504
where C D , N u are the resistance and heat transfer coefficients of the ball in the absence of sparseness.

Оценить перенос массы в разреженных газах невозможно без установления единого критерия переноса. Исследования транспортирования материалов в пылепроводах позволили установить, что при критических скоростях газа в трубопроводе не происходит осаждения вещества и обеспечивается перенос массы. Аналитическая обработка экспериментальных данных позволила установить общую функциональную зависимость:
lgReкр= f

Figure 00000505
lg
Figure 00000506
которая аппроксимируется уравнением для частиц первой группы 10 мм ≥ dТ≥ 0,75 мм
Reкр (280 D 5) ˙ 104
Figure 00000507
0,4, для частиц второй группы 0,375 мм ≥ dТ ≥ 0,10 мм
Reкр 53 ˙ 104 ˙ D (dT/D)0,123 для частиц третьей группы 0,025 мм ≥ dT ≥ 0,009 мм
Reкр (16 D + 0,16) ˙ 104 ˙ (dТ/D)-0,173 чему соответствуют критические скорости
Vкр ≥ 0,75 ˙ (56 -1/D)(dТ/D)0,4,
Vкр ≥ 8 (dТ/D)0,123,
Vкр ≥ 0,24 (100 + 1/D)(dТ/D)-0,173.It is impossible to evaluate mass transfer in rarefied gases without establishing a single transfer criterion. Studies of the transportation of materials in dust pipelines made it possible to establish that, at critical gas velocities, no material deposition occurs in the pipeline and mass transfer is ensured. Analytical processing of experimental data made it possible to establish a general functional relationship:
lgRe cr = f
Figure 00000505
lg
Figure 00000506
which is approximated by the equation for particles of the first group of 10 mm ≥ dT≥ 0.75 mm
Re cr (280 D 5) ˙ 10 4
Figure 00000507
0.4 , for particles of the second group 0.375 mm ≥ dT ≥ 0.10 mm
Re cr 53 ˙ 10 4 ˙ D (dT / D) 0.123 for particles of the third group 0.025 mm ≥ dT ≥ 0.009 mm
Re cr (16 D + 0.16) ˙ 10 4 ˙ (dТ / D) -0,173 which corresponds to critical speeds
V cr ≥ 0.75 ˙ (56 -1 / D) (dТ / D) 0.4 ,
V cr ≥ 8 (dT / D) 0.123 ,
V cr ≥ 0.24 (100 + 1 / D) (dT / D) -0.173 .

Распределение скорости в трубах в условиях нормального или избыточного давлений подчиняется закону одной седьмой
Vу/Vср= (1+1,443

Figure 00000508
)(2y/D)1/7
Значение приданной скорости набегающего потока выражается:
Vн= Vкр(1+1,443
Figure 00000509
)(dT/D)1/7 Уравнения относятся к пылевым смесям с плотностью 2500 кг/м3. Для других плотностей вводится поправочный коэффициент
Figure 00000510
Значение λ принимается с учетом уравнения Л. Д. Альтшулера при относительной шероховатости
Figure 00000511
4 ˙ 10-4 1,6 ˙ 10-4 и скорости воздуха V 17- 50 м/с; Re 0,57 ˙105 41,7 ˙ 105
λ 0,1/1,46
Figure 00000512
+100(Re)0,25 или по формуле Г. А. Мурина для гидравлически гладких труб:
λ=1,01/(gRe)2,5 для гидравлически шероховатых:
λ
Figure 00000513
Граничные числа Рейнольдса, Re
Figure 00000514
= 23/
Figure 00000515
, при которых начинает влиять шероховатость, и Re
Figure 00000516
= 560/
Figure 00000517
при которых начинает действовать квадратичный закон сопротивления. Среднее значение λ 0,018-0,0020.The distribution of speed in pipes under normal or overpressure conditions obeys one seventh law
V y / V sr = (1 + 1.433
Figure 00000508
) (2y / D) 1/7
The value of the attached velocity of the free stream is expressed:
V n = V cr (1 + 1,443
Figure 00000509
) (dT / D) 1/7 The equations apply to dust mixtures with a density of 2500 kg / m 3 . For other densities, a correction factor is introduced
Figure 00000510
The value of λ is taken into account the equation of L. D. Altshuler with relative roughness
Figure 00000511
4 ˙ 10 -4 1.6 ˙ 10 -4 and air speed V 17-50 m / s; Re 0,57 ˙10 5 41,7 ˙ May 10
λ 0.1 / 1.46
Figure 00000512
+100 (Re) 0.25 or according to the formula of G. A. Murin for hydraulically smooth pipes:
λ = 1.01 / (gRe) 2.5 for hydraulically rough:
λ
Figure 00000513
Reynolds Boundary Numbers, Re
Figure 00000514
= 23 /
Figure 00000515
at which roughness begins to influence, and Re
Figure 00000516
= 560 /
Figure 00000517
in which the quadratic law of resistance begins to operate. The average value of λ is 0.018-0.0020.

При определении критического параметра переноса массы важно помнить, что закон Стокса F 3πμdVc справедлив при малых значениях числа Рейнольдса для частицы Rea ≅ 1. Для больших чисел Рейнольдса перенос массы описывается уравнениями
F

Figure 00000518
где при Re < 5 Ψ
Figure 00000519
1+
Figure 00000520
Re
Figure 00000521
а при 3 < Re < 400 по формуле Колячко Ψ
Figure 00000522
+ 4
Figure 00000523
Для больших значений числа Re по уравнению Ньютона F 0,055πμвd2Vc 2, что соответствует ϑ 0,41.When determining the critical mass transfer parameter, it is important to remember that the Stokes law F 3πμdV c is valid for small Reynolds numbers for the particle Rea ≅ 1. For large Reynolds numbers, mass transfer is described by the equations
F
Figure 00000518
where for Re <5 Ψ
Figure 00000519
1+
Figure 00000520
Re
Figure 00000521
and for 3 <Re <400 according to the formula Kolyachko Ψ
Figure 00000522
+ 4
Figure 00000523
For large values of Re according to Newton’s equation, F is 0.055πμ in d 2 V c 2 , which corresponds to ϑ 0.41.

Перечисленные уравнения справедливы в условиях нормального или избыточного давления и малопригодны или вообще не справедливы для разреженных газов. Тем не менее параметр динамического давления ρ V2/2 является определяющим при назначении критического режима. C учетом исследований за критический параметр в разреженных газах следует принять значения динамического давления, эквивалентного минимальному по условиям переноса в пограничном слое, т.е. ρвUн 2/2, где ρв плотность воздуха в пограничном слое; Vн скорость воздуха в набегающем потоке.The equations listed above are valid under normal or overpressure conditions and are of little or no validity for rarefied gases. Nevertheless, the dynamic pressure parameter ρ V 2/2 is the critical determinant in the appointment mode. Taking into account the studies, the critical parameter in rarefied gases should be taken to be the values of the dynamic pressure equivalent to the minimum according to the transfer conditions in the boundary layer, i.e. ρ in U n 2/2 , where ρ in the density of air in the boundary layer; V n air speed in a free stream.

Вероятность столкновения молекул с частицами в разреженной среде учитывается введением параметра η
η S-2erfS+2S

Figure 00000524
x erf xdx, где S uo/
Figure 00000525
Таким образом, в первом приближении условие обеспечения переноса массы должно быть записано в форме η·ρW·
Figure 00000526
Figure 00000527
(1). В разреженных газах условие (1) является необходимым, но не достаточным и связано с несоблюдением закона Стокса в разреженных газах.The probability of collision of molecules with particles in a rarefied medium is taken into account by introducing the parameter η
η S -2 erfS + 2S
Figure 00000524
x erf xdx, where S u o /
Figure 00000525
Thus, in a first approximation, the condition for ensuring mass transfer should be written in the form η · ρW ·
Figure 00000526
Figure 00000527
(1). In rarefied gases, condition (1) is necessary, but not sufficient, and is associated with non-compliance with the Stokes law in rarefied gases.

Исследование минимальной скорости переноса показывает, что оно зависит как от величины скорости трения Uw * так и от конечной скорости осаждения Ut и характеризуется числом Рейнольдса в форме
Rea const

Figure 00000528
·
Figure 00000529
Значения Rea определяют области режима течения: Rea < 1 стоксов режим; 1 < Rea < 500 переходная область; Rea > 500 ньютоновский режим течения.The study of the minimum transfer rate shows that it depends both on the magnitude of the friction velocity U w * and on the final deposition rate U t and is characterized by a Reynolds number in the form
Rea const
Figure 00000528
·
Figure 00000529
Rea values determine the areas of the flow regime: Rea <1 Stokes mode; 1 <Rea <500 transition region; Rea> 500 Newtonian flow regime.

Установлено, что течение обеспечивается, если соблюдается условие для бесконечно малой концентрации

Figure 00000530
0,204
Figure 00000531
где
Figure 00000532
Figure 00000533
/
Figure 00000534
а для любой концентрации
Figure 00000535
1+2,8
Figure 00000536
где значение скорости трения Uw * определяется
Figure 00000537
5lgRe-3,90
Значение скорости трения определяется выражением u*
Figure 00000538
Figure 00000539
где
Figure 00000540
средняя скорость течения газа. Для характеристики ламинарного слоя используется зависимость отношения подъемной силы к силе сопротивления в виде
Figure 00000541
=
Figure 00000542
Figure 00000543
для значений Fx/U << 1. Для развитого течения зависимость записывается в форме
Figure 00000544
(0,865)·21/4·3
Figure 00000545
при x
Figure 00000546
Отношение
Figure 00000547
Nм= (x*)-1=
Figure 00000548
называется критерием межфазного обмена количеством движения. Число идентично числу Рейнольдса газовой фазы
Rex
Figure 00000549
Приведенный выше критерий переноса массы выражает слабое влияние разреженной среды и не может в полной мере служить мерилом переноса массы. Более полное и точное выражение могло быть получено при характеристике режима отношением суммы подъемной силы, силы сопротивления при оседании смеси, градиента давления по высоте к силе сопротивления при переносе массы. Вопрос требует изучения.It is established that the flow is ensured if the condition for an infinitesimal concentration is met
Figure 00000530
0.204
Figure 00000531
Where
Figure 00000532
Figure 00000533
/
Figure 00000534
and for any concentration
Figure 00000535
1 + 2.8
Figure 00000536
where the value of the friction velocity U w * is determined
Figure 00000537
5lgRe-3,90
The value of the friction velocity is determined by the expression u *
Figure 00000538
Figure 00000539
Where
Figure 00000540
average gas flow rate. To characterize the laminar layer, the dependence of the ratio of the lifting force to the resistance force is used in the form
Figure 00000541
=
Figure 00000542
Figure 00000543
for values Fx / U << 1. For a developed flow, the dependence is written in the form
Figure 00000544
(0.865) 2 1/4 3
Figure 00000545
at x
Figure 00000546
Attitude
Figure 00000547
N m = (x * ) -1 =
Figure 00000548
called the criterion of interphase exchange of momentum. The number is identical to the Reynolds number of the gas phase
Rex
Figure 00000549
The above mass transfer criterion expresses the weak influence of a rarefied medium and cannot fully serve as a measure of mass transfer. A more complete and accurate expression could be obtained by characterizing the regime by the ratio of the sum of the lifting force, the resistance force during sedimentation of the mixture, the pressure gradient along the height to the resistance force during mass transfer. The question requires study.

При переносе массы вследствие существования трибоэлектрического эффекта наводится статическое электричество на твердых сыпучих телах, которые вызывают поляризацию проводящих стен трубопровода. During mass transfer due to the existence of the triboelectric effect, static electricity is induced on solid granular bodies, which polarize the conducting walls of the pipeline.

Наличие поляризационного заряда проводящей стенки и пространственного заряда множества частиц проявляется в существовании дрейфовой скорости массы на стенки трубопровода и изменении распределения концентрации, изменений поперечной скорости V, напряженности Ey. Наличие электрического заряда вносит корректив в критерий переноса массы.The presence of the polarization charge of the conducting wall and the space charge of many particles is manifested in the existence of a drift mass velocity on the pipe walls and a change in the concentration distribution, changes in the transverse velocity V, and the tension E y . The presence of an electric charge makes a correction to the criterion of mass transfer.

Возможно решение задачи со следующими данными: двумерное движение в электрическом поле (i 1, 2); движение частиц не оказывает существенного влияния на движение непрерывной фазы (считается, что концентрация частиц не должна составлять более 0,25 кг/м3; все частицы имеют один размер (S 1). При этих допущениях значения основных параметров определяется уравнением: для дрейфовой скорости
V -

Figure 00000550
Figure 00000551
для функции тока
Figure 00000552
ρdy ρpob
Figure 00000553
y
Figure 00000554
1+x
Figure 00000555
+
Figure 00000556
1+x
Figure 00000557
+
Figure 00000558
для распределения концентрации
ρ* ( 1 + x*2 ) - 1 + y*2 ( 1 + x*2 ) - 4 +. распределение дрейфовой скорости
Figure 00000559
Figure 00000560
1-e
Figure 00000561
y
Figure 00000562
1+x
Figure 00000563
+
+ y
Figure 00000564
/3
Figure 00000565
1+x
Figure 00000566
+
Figure 00000567
где ρ*
Figure 00000568

x
Figure 00000569
=
Figure 00000570
1+
Figure 00000571
·e
Figure 00000572

y*
Figure 00000573

Значение
Figure 00000574
≥ указывает на наличие осажденного слоя. Массовая скорость столкновений частиц с единицей поверхности дна задается выражением [ρbV/w при y* 1
pV] w=
Figure 00000575
=
Figure 00000576
uoRe -1 eb N
Figure 00000577
1-
Figure 00000578
-
Figure 00000579
+
Figure 00000580
Распределение дрейфовой скорости V/Uo предлагается истолковывать с учетом понятий электрического числа Рейнольдса
Re -1 eb
Figure 00000581
Figure 00000582
и числа электровязкости Ev:
Ev=
Figure 00000583

При оценке роли электрических сил при движении пограничного слоя делается допущение о том, что электрические силы достаточно малы по сравнению с гидродинамическими, т.е. их можно принять за возмущения.It is possible to solve the problem with the following data: two-dimensional motion in an electric field (i 1, 2); particle motion does not significantly affect the motion of the continuous phase (it is believed that the particle concentration should not exceed 0.25 kg / m 3 ; all particles have the same size (S 1). Under these assumptions, the values of the main parameters are determined by the equation: for the drift velocity
V -
Figure 00000550
Figure 00000551
for current function
Figure 00000552
ρdy ρ po b
Figure 00000553
y
Figure 00000554
1 + x
Figure 00000555
+
Figure 00000556
1 + x
Figure 00000557
+
Figure 00000558
for concentration distribution
ρ * (1 + x * 2 ) - 1 + y * 2 (1 + x * 2 ) - 4 +. drift velocity distribution
Figure 00000559
Figure 00000560
1st
Figure 00000561
y
Figure 00000562
1 + x
Figure 00000563
+
+ y
Figure 00000564
/ 3
Figure 00000565
1 + x
Figure 00000566
+
Figure 00000567
where ρ *
Figure 00000568

x
Figure 00000569
=
Figure 00000570
1+
Figure 00000571
E
Figure 00000572

y *
Figure 00000573

Value
Figure 00000574
≥ indicates the presence of a deposited layer. The mass velocity of collisions of particles with a unit of the bottom surface is given by the expression [ρ b V / w at y * 1
p V] w =
Figure 00000575
=
Figure 00000576
u o Re -1 eb N
Figure 00000577
1-
Figure 00000578
-
Figure 00000579
+
Figure 00000580
The distribution of the drift velocity V / U o is proposed to be interpreted taking into account the concepts of the electric Reynolds number
Re -1 eb
Figure 00000581
Figure 00000582
and electroviscosity numbers E v :
E v =
Figure 00000583

When assessing the role of electric forces in the movement of the boundary layer, it is assumed that electric forces are quite small compared to hydrodynamic ones, i.e. they can be taken for indignation.

Изменения в толщине пограничного слоя записываются в форме:
δ p ν δ1p ( o ) + β1 δp1 ( 1 ) + β1 δp1 ( 1' ) Возмущение первого порядка выглядит:
δp1=

Figure 00000584
x*+
Figure 00000585
Figure 00000586
Figure 00000587
Figure 00000588
x-
Figure 00000590
x
Figure 00000591
Влияние электрического поля пластины незначительно, если:
Re 1 x /2
Figure 00000592
Figure 00000593
Figure 00000594
Figure 00000595
Figure 00000596
Reewx Электрический эффект будет несущественен, если:
Re 1 x /2 ≫ Re -1 ex Характеристический параметр взаимодействия предлагается определить в виде отношения электрической силы к силе вязкости Ev:
Evwx=
Figure 00000597
(x/
Figure 00000598
)
Evpw=
Figure 00000599
(g/m)(x2/
Figure 00000600
) Уравнения принимают вид:
Re 5 x /2 ≫ E
Figure 00000601

Re5/2 ≫ E
Figure 00000602
или в общем виде Rex≫ Evx
Таким образом, изложенное позволяет установить сущность предлагаемого способа.Changes in the thickness of the boundary layer are recorded in the form:
δ p ν δ 1p ( o ) + β 1 δ p1 ( 1 ) + β 1 δ p1 ( 1 ' ) The first-order perturbation looks like:
δ p1 =
Figure 00000584
x * +
Figure 00000585
Figure 00000586
Figure 00000587
Figure 00000588
x -
Figure 00000590
x
Figure 00000591
The influence of the electric field of the plate is negligible if:
Re 1 x / 2
Figure 00000592
Figure 00000593
Figure 00000594
Figure 00000595
Figure 00000596
Re ewx The electrical effect will be negligible if:
Re 1 x / 2 ≫ Re -1 ex It is proposed to determine the characteristic interaction parameter in the form of the ratio of electric force to viscosity force E v :
E vwx =
Figure 00000597
(x /
Figure 00000598
)
E vpw =
Figure 00000599
(g / m) (x 2 /
Figure 00000600
) The equations take the form:
Re 5 x / 2 ≫ E
Figure 00000601

Re 5/2 ≫ E
Figure 00000602
or in general Re x ≫ E vx
Thus, the foregoing allows us to establish the essence of the proposed method.

Экономическая эффективность системы транспорта материалов, а также капсул предложенным способом в сравнении с другими видами транспорта определяется преимуществами способа, к которым следует отнести:
исключение трудоемких погрузочно-разгрузочных работ и непрерывность транспортно-технологического процесса;
возможность прокладки трубопровода по кратчайшему расстоянию между двумя пунктами;
малые площади, занимаемые транспортными коммуникациями;
возможность создания полностью автоматизированных и дистанционно управляемых систем транспорта.
The economic efficiency of the transport system of materials, as well as capsules of the proposed method in comparison with other modes of transport is determined by the advantages of the method, which include:
the exclusion of time-consuming loading and unloading operations and the continuity of the transport process;
the possibility of laying the pipeline for the shortest distance between two points;
small areas occupied by transport communications;
the ability to create fully automated and remotely controlled transport systems.

Перечисленные достоинства являются общими для различных систем трубопроводного транспорта. Применительно к предлагаемому способу надо отметить другие, не менее важные преимущества:
отсутствие пылеобразования и потерь транспортируемого материала, воздействуя на окружающую среду (Достоинство также присуще способу транспортирования в жидких средах);
высокая скорость перемещения материала. Величина скорости газа может принимать значения, равные нескольким числам Маха. Следует иметь в виду отставание скорости материала от скорости газа;
снижение энергетических затрат, которые в сравнении с методом транспорта в жидких средах будет уменьшаться в зависимости от отношения плотности смеси в жидкой среде к плотности смеси и газообразной среде. Снижение энергоемкости будет наблюдаться также в связи с ростом дальности плеча транспортировки, что вызвано понижением коэффициента трения газа с ростом потока и падением давления, а также незначительным влиянием сухого трения материала или полным его отсутствием. Последнее особенно существенно в сравнении с транспортировкой материала с использованием жидких сред и газов с избыточным давлением;
использование разреженных газов и объемных вакуумных насосов позволит уменьшить энергопотребление насосной установки при переходе ее на режим работы при пониженных давлениях, что исключается при использовании других транспортных сред;
исключаются затраты по обезвоживанию материала, расширяется номенклатура транспортируемых материалов. Например, при организации транспорта угля он будет размалываться на месте добычи и в дальнейшем использоваться в пылеобразном состоянии, что значительно эффективнее с точки зрения механизации процессов и улучшению его сгорания;
снижение единовременных затрат на прокладку трубопровода, т.к. расчетное давление транспортирующей среды в нем значительно ниже, а абразивный износ стенок меньше при большей пропускной способности по материалу вследствие значительных скоростей потока;
снижение потребления сжатого газа для транспорта материала; при этом его величина не зависит от дальности плеча транспортирования, как это имеет место в случае транспорта газом в избыточном давлении;
возможность разделить вещество от газа практически на любом наперед заданном уровне, к тому же без использования фильтров, особенно важно в случае применения ядовитых веществ;
практически не ограниченная дальность транспортирования материала, что особенно важно для развития районов Дальнего Востока и Сибири;
не исключается использование в других областях техники.
The listed advantages are common to various pipeline transport systems. In relation to the proposed method, it should be noted other, equally important advantages:
the absence of dust formation and losses of the transported material, affecting the environment (Advantage is also inherent in the method of transportation in liquid media);
high speed of material movement. The gas velocity can take values equal to several Mach numbers. Keep in mind the lag of the material velocity from the gas velocity;
reduction of energy costs, which in comparison with the method of transport in liquid media will decrease depending on the ratio of the density of the mixture in the liquid medium to the density of the mixture and gaseous medium. A decrease in energy intensity will also be observed in connection with an increase in the distance of the transportation arm, which is caused by a decrease in the coefficient of friction of the gas with increasing flow and pressure drop, as well as an insignificant effect of dry friction of the material or its complete absence. The latter is especially significant in comparison with the transportation of material using liquid media and gases with overpressure;
the use of rarefied gases and volumetric vacuum pumps will reduce the energy consumption of the pump unit when it enters the operating mode at reduced pressures, which is excluded when using other transport media;
the costs of dewatering the material are excluded, the range of transported materials is expanding. For example, when organizing coal transport, it will be grinded at the mining site and subsequently used in a dust-like state, which is much more effective from the point of view of mechanization of processes and improvement of its combustion;
reduction of one-time costs for laying the pipeline, because the design pressure of the transporting medium in it is much lower, and the abrasive wear of the walls is less at a higher throughput through the material due to significant flow rates;
reduced consumption of compressed gas for material transport; however, its value does not depend on the distance of the transport arm, as is the case in the case of gas transport in excess pressure;
the ability to separate the substance from the gas at almost any predetermined level, moreover, without the use of filters, is especially important in the case of the use of toxic substances;
almost unlimited range of material transportation, which is especially important for the development of the Far East and Siberia;
use in other areas of technology is not excluded.

Claims (1)

СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ ВЕЩЕСТВ, АЭРОЗОЛЕЙ И КАПСУЛ, заключающийся в виде газа и перемещаемого материала в транспортный трубопровод, в котором предварительно создано разрежение, отличающийся тем, что газ вводят в трубопровод со скоростью не ниже местной скорости звука, затем вводят транспортируемый материал, а уровень давления по длине трубопровода поддерживают постоянным. METHOD OF TRANSPORTATION OF BULK SUBSTANCES, AEROSOLS AND CAPSULES, consisting in the form of gas and transported material into a transport pipeline in which a vacuum is previously created, characterized in that the gas is introduced into the pipeline at a speed not lower than the local speed of sound, then the transported material is introduced, and the pressure level along the length of the pipeline support constant.
SU4200502 1986-12-11 1986-12-11 Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules RU2037458C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4200502 RU2037458C1 (en) 1986-12-11 1986-12-11 Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4200502 RU2037458C1 (en) 1986-12-11 1986-12-11 Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2037458C1 true RU2037458C1 (en) 1995-06-19

Family

ID=21287873

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4200502 RU2037458C1 (en) 1986-12-11 1986-12-11 Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2037458C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487430C1 (en) * 2012-03-27 2013-07-10 Объединенный Институт Ядерных Исследований Gas-dynamic method for registration of balls moving in cylindrical tube
CN114281092A (en) * 2021-12-23 2022-04-05 北京航空航天大学 Hypersonic aircraft coordination attitude control method based on sliding mode disturbance observer
RU2793964C1 (en) * 2022-07-25 2023-04-11 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for detecting solid fragments of spherical shape in cold neutron moderator

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1055714, кл. B 65G 53/28, 1983. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487430C1 (en) * 2012-03-27 2013-07-10 Объединенный Институт Ядерных Исследований Gas-dynamic method for registration of balls moving in cylindrical tube
CN114281092A (en) * 2021-12-23 2022-04-05 北京航空航天大学 Hypersonic aircraft coordination attitude control method based on sliding mode disturbance observer
RU2793964C1 (en) * 2022-07-25 2023-04-11 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for detecting solid fragments of spherical shape in cold neutron moderator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mondal et al. Coupled CFD-DEM simulation of hydrodynamic bridging at constrictions
Gyr Structure of Turbulence and Drag Reduction: IUTAM Symposium Zurich, Switzerland July 25–28, 1989
Jones et al. Solids friction factors for fluidized dense-phase conveying
Miedema A head loss model for slurry transport in the heterogeneous regime
Stanislav et al. Intermittent gas-liquid flow in upward inclined pipes
RU2037458C1 (en) Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules
EA036972B1 (en) Vortex effect production device
Dabirian et al. Solid-particles flow regimes in air/water stratified flow in a horizontal pipeline
Ratnayake A comprehensive scaling up technique for pneumatic transport systems
Kalman et al. What do pneumatic conveying and hydraulic conveying have in common?
US3328089A (en) Method and apparatus for transporting package material in a pipeline
Ranjith et al. Hydrodynamics of the developing region in hydrophobic microchannels: a dissipative particle dynamics study
Santo et al. Experimental study on particle velocity and acceleration length in pneumatic and hydraulic conveying systems
Najmi et al. Experimental study of low concentration sand transport in low liquid loading water-air flow in horizontal pipes
Othayq et al. Experimental and numerical assessments on solid particle erosion in upward vertical-horizontal and horizontal-vertical downward elbows for multiphase and gas-sand flows
Devisilov et al. Particle separation in an annular converging channel with an inner rotating permeable baffle
Kim et al. Supercritical adsorption in small pores
Alexandrov et al. Turbulent Transport of Solid Phase in Hydrotransport
Kirsch et al. Modeling of convection–diffusion transport in a hollow-fiber membrane contactor with radial transverse liquid flow
Mi Low-velocity pneumatic transportation of bulk solids
Tomita et al. Pressure drop in vertical pneumatic transport lines of powdery material at high solids loading
Rodionov et al. Energy efficiency improvement systems with pneumatic chamber pump
Datta et al. A new design approach for of pneumatic conveying
Shaidakov et al. Ensuring the safety of chemical dosing
Weir Jr et al. Two-and three-dimensional flow of air through square-edged sonic orifices