RU2037458C1 - Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules - Google Patents
Method of transportation of loose materials, aerosols and capsules Download PDFInfo
- 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
Links
Images
Landscapes
- Pipeline Systems (AREA)
Abstract
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
P
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 prI <Р II 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. > 0,5 2. Отрицательным значением изменения энтропии
Sк-Sн= Rln Rln
× Wк(1-W
3. Wk < W*, где для из энтропического случая
Wк=1-
W* Основные расчетные характеристики сопла могут быть получены из условия максимальной тяги:
(Pк-Pпр) 0 которое после ингибирования приводится к виду
·
или
· При ламинарном течении в круглом канале
Re а для турбулентного течения по каналу круглого поперечного сечения с гладкими стенками определяется уравнением Кармана
2logRe -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
= 1+ M Течение возможно, если Wн ≅ (Wн)max или Мн ≅ (Мx)max, где
W , a Umax=
M2= · Условие запирания наступает в недорасширенном сопле, когда скорость потока в суженном сечении принимает значение скорости звука, при этом критическое отношение давлений зависит от К и выражается Ψкр= 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
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 . Затем находим значение Рк. Число Маха определяется для из энтропического течения
= 1+ · μ2= Далее определяем
CmX(γ) Cv(Wк) Определяем коэффициент тяги
CWк)uз+
(Wк)
CF= +
(Iк) (Iк)изCm˙Cv˙Cc где
(Iк)из= m · · M PA[γM2] где Р Рк, А Ак, М2 Мк 2. Находим Iк, а затем At По уравнению
PкAк определяем расход газа.An analysis of the operation mode of the nozzle shows that this mode can be fixed by three conditions: 1. > 0.5 2. The negative value of the change in entropy
S to -S n = Rln Rln
× W to (1-W
3. W k <W * , where for from the entropic case
W to = 1-
W * The main design characteristics of the nozzle can be obtained from the maximum thrust condition:
(P a -P etc.) 0 which after inhibition is reduced to
·
or
· In laminar flow in a round channel
Re and for turbulent flow along a channel of circular cross section with smooth walls it is determined by the Karman equation
2log Re -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
= 1+ M The flow is possible if W n ≅ (W n ) max or M n ≅ (M x ) max, where
W , a U max =
M 2 = · 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 depends on K and is expressed Ψ cr = 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
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 . Then we find the value of P to . Mach number is determined from the entropic flow
= 1+ Μ 2 = Next we define
C m X (γ) C v (W to ) Determine the thrust coefficient
C W to ) uz +
(W to )
C f = +
(I k ) (I k ) from C m ˙C v ˙C c where
(I k ) of = m · M 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
P to A to 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
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
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 1+ а для твердых частиц
M
(T)u + u + 2u Число Маха газовой фазе в горле равно
Mg2 1+ + 2 u 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 1+ and for particulate matter
M
( T) u + u + 2 u The Mach number of the gas phase in the throat is
Mg 2 1+ + 2 u 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 F(r)dr При расчете крионасосов следует иметь ввиду, что величина скорости адсорбции к чистой поверхности определяется уравнением
SA= 3,65 · A, а величина потока из уравнения I 3,65 · P·A Время пребывания частиц на поверхности описывается уравнением Френкеля:
τпр= τпр o·exp на основании которого определяется время размораживания. Время полного покрытия поверхности криопанелей мономолекулярным слоем задается выражением:
τпокр= 0,28·N · 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 ·exp 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 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 · A, and the magnitude of the flow from equation I 3.65 · P · A The residence time of particles on the surface is described by the Frenkel equation:
τ pr = τ pr o · exp 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 · 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 Exp 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- Диффузия газа в твердых телах по первому закону Фика дает значение потока
I1= -D где D Do·exp Проникание газа сквозь стенки сосудов может быть оценено коэффициентом проникания
П Пo·exp 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 - The diffusion of gas in solids according to Fick's first law gives the value of the flow
I 1 = -D where DD o · exp The penetration of gas through the walls of the vessels can be estimated by the penetration coefficient
N o o · exp 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 Общее количество газа за время τ, истекающего с единицы поверхности стенки при установившемся движении определяется по второму закону Фика Q1= 2n Для неустановившегося движения количество газа определяется как Q= I1dr (τ-τo) τo=
Это уравнение при Р ≅ Р2 и τ ≥ τo переходит к виду установившегося движения
Q1= Iiτ ·τ ·P
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 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 For transient motion, the amount of gas is defined as Q = I 1 dr (τ-τ o ) τ o =
This equation for P ≅ P 2 and τ ≥ τ o goes over to the form of steady motion
Q 1 = I i τ Τ · P
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 3,64αA · 1- и в вязкостном режиме:
S αA
При значении (1- α) более критического 1-α 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
S 3,64·A 1-
lgP* + BlgT+C+ Величина коэффициента криозахвата определяется расчетным путем для данного вида криопанелей методом Монте-Карло. Быстроту действия двухроторного насоса определяют:
S а расположение насосов должно быть на расстоянии, определяемым допустимым уровнем концентрации паров масла из уравнения:
q qo·exp- x
Уровень давления в системе зависит от ее объема и времени откачки
P Po·exp · Время откачки находим по уравнению
S [-2,3lg(Pт/760)] 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 3.64αA · 1- and in viscous mode:
S αA
If the value (1-α) is more critical, 1-α 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
S 3.64 · A 1-
lgP * + 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 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 - x
The pressure level in the system depends on its volume and pumping time
PP o · exp · The pumping time is found by the equation
S [-2.3lg (P t / 760)] 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 При ≅ 1 имеет место молекулярный режим; для ≥ 100 вязкостный и для 100 ≥ Кн ≥ 1 промежуточный. Основные уравнения, описывающие движение разреженного газа изложены в ряде работ. Наиболее известным является уравнение Паузейля
Q 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 At ≅ 1 there is a molecular regime; for ≥ 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 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 уточнено Лангхааром:
P2-P1= Ufa+1,14ρU
Q 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 clarified by Langhaar:
P 2 -P 1 = U fa + 1,14ρU
Q 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 2,84Pa мтор·л/с; F 2,84 л/c Увеличение давления при поворотах и изменениях радиуса оценивается значением 1/2ρUfa 2 или 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 Pa mtor · l / s; F 2.84 l / c The increase in pressure during bends and changes in the radius is estimated by the value 1 / 2ρU fa 2 or 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 где va а проводимость F при этом для воздуха значение проводится для длинной трубы постоянного поперечного сечения равно
F · va или F 19,40 л/c Для цилиндрической трубы радиуса a
F va
F 30,48 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 where va and conductivity F in this case, for air, the value is carried out for a long pipe of constant cross section equal to
F Va or F 19.40 l / c For a cylindrical pipe of radius a
F va
F 30.48 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 Pa1+ где ζ · · Наилучшую сходимость с опытом в стеклянных и медных трубах дает зависимость
F F1+4 -1 Значение f выражается:
4 -1 6,793 Значение A/Ft выражено по зависимости F F0,1472 + Z для значения:
Z при условии постоянства динамической вязкости η 0,494. Для значения Q/La= 0,323 наблюдается минимум функции, а при 0 1 Величина газового потока в областях молекулярного течения пропорциональна (Р2 Р1), а в области вязкостного величине (Р2 2 -Р1 2).F Pa 1+ where ζ · · The best convergence with experience in glass and copper pipes is given by the dependence
Ff 1 + 4 -1 The value of f is expressed:
4 -1 6,793 The value of A / F t is expressed by the dependence FF 0.1472 + Z for value:
Z subject to a constant dynamic viscosity η 0.494. For Q / La = 0.323, a minimum of the function is observed, and at 0 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 (na-nb)1-2 W(x) -2 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 (n a -n b ) 1-2 W (x) -2 where the expression in braces is the Clausing coefficient W.
Для ≥ 500 W а молекулярный и массовый расход выражается
W ωπr(na-nb)
G Wπr Течение в круглых трубах в широком диапазоне описывается зависимостью:
Q(δ) 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 где Δ P P1 P 2
a радиус трубы, Т температура стенок, gΣ объемный расход газа через трубу.For ≥ 500 W and molecular and mass flow rates are expressed
W ωπr (n a -n b )
G wπr The flow in round pipes in a wide range is described by the dependence:
Q (δ) 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 Where 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
Приведенный расход Q может быть определен из зависимости Кнудсена:
Q +8,52 При этом режимы течения определяются показателем Кнудсена Кн ≅ 0,01- континуумное; К > 100 свободное молекулярное. Значения Кн задаются:
Kн= ;
σ πd2= m ;
Kн= 1,27 M/Re;
Re При гиперзвуковом обтекании:
Kн=
Reo= ρ∞u∞L/μo=
C*·
To= T1+ M ≈ T∞M2 Область континуума может быть определена зависимостью L/l= Rej/M которая с учетом соотношения δ/L 1/ преобразуется к виду δ/L /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
The reduced flow rate Q can be determined from the Knudsen dependence:
Q +8.52 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 = ;
σ πd 2 = m ;
K n = 1.27 M / Re;
Re With hypersonic flow:
K n =
Re o = ρ ∞ u ∞ L / μ o =
C *
T o = T 1+ M ≈ T ∞ M 2 The continuum region can be determined by the dependence L / l = Rej / M which, taking into account the ratio δ / L 1/ transforms to the form δ / L / 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.
/M > 100 Соотношение L/l Rey/M свидетельствует, что концепция континуума не применима для очень больших значений числа Маха и для очень малых чисел Рейнольдса. / M> 100 L / l ratio 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:
· 4f
= · 4f
·4f
·4f
·4f
·4f
·4f
·
·4f
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:
4f
= 4f
4f
4f
4f
4f
4f
·
4f
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.
4f dm2 После интегрирования имеем
4 + ln где f средний коэффициент трения, зависящий от длины и определяемый выражением:
fdx Максимальная величина 4L/D дана для любого исходного значения числа Маха. 4f dm 2 After integration, we have
4 + ln where f is the average coefficient of friction, depending on the length and defined by the expression:
fdx Maximum value 4 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 4- 4 Из предыдущих уравнений получаем:
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:
M
= lnM2
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 4 - 4 From the previous equations we get:
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:
M
= lnM 2
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=
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 =
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.
-0,8+2log10[Rey] 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. -0.8 + 2log 10 [Rey ] 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= u 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 = u where U is the relative speed,
h is the distance between the plates,
Re Reynolds number.
σ часть молекул, отраженных диффузно,
средняя длина пробега молекулы. По аналогии для круглой трубы постоянного диаметра можно записать:
f Запишем выражение для местной скорости потока u где Р ρ RT, тогда
u а f
Местное значение f зависит от величины потока и с его ростом уменьшается. В континуумной среде местное значение f не может быть менее чем
f если не учитывать уменьшения динамической вязкости с возрастанием степени разрежения.σ part of the molecules reflected diffusely,
The average path length of the molecule. By analogy for a round pipe of constant diameter, you can write:
f We write the expression for the local flow velocity u where P ρ RT, then
u and f
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 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= 1+ P P+ Уравнение можно представить в форме
Qм= (P
ζ ζ1/P; ζ1= ζP 2CLP 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 = 1+ P P + The equation can be represented in the form
Q m = (P
ζ ζ 1 / P; ζ 1 = ζP 2C LP where 0.491 <C <0.499,
f coefficient of exchange of momentum.
Расход газа в единицах записывается:
Q PV 1+ P Для выявления ламинарности или турбулентности режима можно использовать уравнение для Re
Re Уравнение получено при P2 0 и ρ Последнее выражение справедливо только для изотермического течения.The gas flow in units is recorded:
Q PV 1+ P To identify the laminarity or turbulence of the regime, one can use the equation for Re
Re The equation is obtained for P 2 0 and ρ 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= (P1-P2) При L < R справедливо:
Qм= 1+ (P
Q m = (P 1 -P 2 ) For L <R, the following is true:
Q m = 1+ (P
Для переходного режима Кнудсеном предложены выражения
F α1Pм+α2 см3/с где Рт среднее давление в барах
α1= см3/с·бар
α2= Ua 3,0476 см3/с
C1= 2R
C2= 2,47R Функция проводимости выражается:
F · + 3,048·104·Z
М молекулярная масса:
Т температура газа.Knudsen proposes expressions for the transition regime
F α 1 P m + α 2 cm 3 / s where P t average pressure in bar
α 1 = cm 3 / s · bar
α 2 = Ua 3.0476 cm 3 / s
C 1 = 2R
C 2 = 2.47R The conductivity function is expressed:
F · + 3.048 · 10 4 · Z
M molecular weight:
T is the temperature of the gas.
Z
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) + 3,048·104·Z(P1-P2)
Qм= + 3,048·104·Z
V + 3,048·104·Z
U + 0,9707·104·Z Среднее значение давления выражается:
Pм= Pdx
Pм= dl,
где где B
Pм= 1- Окончательно среднее давление получаем
Pм= P′- где P1= 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 Fn Основные уравнения для молекулярного режима могут быть записаны
Qм= (P1-P2)
Qpv= (P1-P2)
V (P2-P1)
U (P1-P2) Средняя скорость на выходе
U2= -1 При температуре воздуха 17оС имеем
U2= 3,0723 -1 см/с см/с. Проводимость
F или с молекулярной массой М
F 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
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 ) + 3.048 · 10 4 · Z (P 1 -P 2 )
Q m = + 3.048 · 10 4 · Z
V + 3.048 · 10 4 · Z
U + 0.9707 · 10 4 · Z The average pressure value is expressed:
P m = Pdx
P m = dl
where where is B
P m = 1- Finally, the average pressure is
P m = P′- where P 1 = 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 F n The basic equations for the molecular regime can be written
Q m = (P 1 -P 2 )
Q pv = (P 1 -P 2 )
V (P 2 -P 1 )
U (P 1 -P 2 ) Average output speed
U 2 = -1 When the air temperature 17 ° C have
U 2 = 3.0723 -1 cm / s cm / s. Conductivity
F or with a molecular weight of M
F 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 Исследования показывают, что для адиабатических условий существует предельная скорость движения разреженного газа:
U2= 2 roT1- Предельное значение выражается
U
U
U
U
M2= 1- 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 Studies show that for adiabatic conditions there is a limiting velocity of rarefied gas:
U 2 = 2 r o T 1- The limit value is expressed
U
U
U
U
M 2 = 1- 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
χ″ e 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
χ ″ e 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 ≥1,6 число молекул, ударяющихся в заднюю кромку равно 1/100 т.е. примерно равно нулю. При этом M где М число Маха.Known values for κ 'and κ''. At ≥1.6 the number of molecules hitting the trailing edge is 1/100 i.e. approximately equal to zero. Wherein 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= Сопротивление сферы Бассетом записано в форме:
Cf· R2= F при этом
Cf= где L 1,25 · 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 = The resistance of the sphere by Basset is written in the form:
C f R 2 = F in this case
C f = where L is 1.25 Η / ρc
C is the speed of sound at a given temperature.
0,998 -1L
0,998 -1 1,253 -1
Для дозвуковых и сверхзвуковых скоростей Кейном получена эмпирическая зависимость для сферы:
CD= 0,97+ 1+ где Re1 значение числа Рейнольдса за ударной волной. Выражение для СDполучено для чисел Рейнольдса от 15 до 768. 0,998 -1 L
0,998 -1 1,253 -1
For subsonic and supersonic speeds, Kane obtained an empirical dependence for the sphere:
C D = 0.97+ 1+ 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
Q 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
Q where Q is the coefficient of accommodation of energy.
Значение ΔТ выражается:
ΔT To-Tw= κт
κт= · где σ1 коэффициент аккомодации тангенциального импульса количества движения
κт= · где α коэффициент аккомодации энергии. Для многоатомного газа
κт= · · Скорость скольжения вдоль поверхности можно найти из соотношения
us= κм·
κv= 2 ·
κv= 2 где σ1 коэффициент аккомодации тангенциального импульса движения.The value of ΔT is expressed:
ΔT T o -T w = κ t
κ t = · where σ 1 is the coefficient of accommodation of the tangential momentum of the momentum
κ t = · where α is the accommodation coefficient of energy. For polyatomic gas
κ t = · · The sliding velocity along the surface can be found from the relation
u s = κ m
κ v = 2 ·
κ v = 2 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= · ·l
u
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 = · L
u
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
ρpiupiA
Wgdug+dupi+AdPg= 0
[Cpg(Tg-Tgo)+ u
Pg ρgRTg
upi(dupi/dx) (Mgfpir*/mpr
Upi(dTpi/dx)= -3(Mgggir*/mprpi 2) (Cpg/PrCpp)(Tpi-Tg) Низкочастотные бесконечно малые возмущения распространяются с равновесной скоростью звука:
где γl= 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
ρ pi u pi A
W g du g + du pi + AdP g = 0
[C pg (T g -T go ) + u
P g ρ g RT g
u pi (du pi / dx) (M g f pi r * / m p r
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 :
where γ l = 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 1+ + u
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 1+ + u
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 ()2(+1)1+ (-1)
Pgo/Pg= 1+ (-1)
ρgo/ρg= 1+ (-1)
Τgo/Τg= 1+ (-1)
ug/ug max= [(-1)]/[2+(-1)]
ug= (μg·r*/mpr
up= Kug, ρp= (/)(ρgK)
Tp=LTg+(1-L)Tgo
L 1+3Pr ·
B
C 1+()/(){K[(1-K)γ+K]+(γ-1)(Cpp/Cpg)BL}
C1/2M
1+(γ-1)(B/C)
ug max 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 12,
(μgfr*/mpr
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
Nu= 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 ( ) 2 ( +1) 1+ ( -1)
P go / P g = 1+ ( -1)
ρ go / ρ g = 1+ ( -1)
Τ go / Τ g = 1+ ( -1)
u g / u g max = [( -1) ] / [2+ ( -1) ]
u g = (μ g * r * / m p r
u p = Ku g , ρ p = ( / ) (ρ g K)
T p = LT g + (1-L) T go
L 1 + 3Pr ·
B
C 1+ ( ) / ( ) {K [(1-K) γ + K] + (γ-1) (C pp / C pg ) BL}
C 1/2 M
1+ (γ-1) (B / C)
u g max 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 12,
(μ g fr * / m p r
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
N u = 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= flg которая аппроксимируется уравнением для частиц первой группы 10 мм ≥ dТ≥ 0,75 мм
Reкр (280 D 5) ˙ 104 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 lg 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 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)(2y/D)1/7
Значение приданной скорости набегающего потока выражается:
Vн= Vкр(1+1,443)(dT/D)1/7 Уравнения относятся к пылевым смесям с плотностью 2500 кг/м3. Для других плотностей вводится поправочный коэффициент Значение λ принимается с учетом уравнения Л. Д. Альтшулера при относительной шероховатости 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+100(Re)0,25 или по формуле Г. А. Мурина для гидравлически гладких труб:
λ=1,01/(gRe)2,5 для гидравлически шероховатых:
λ Граничные числа Рейнольдса, Re= 23/, при которых начинает влиять шероховатость, и Re= 560/ 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 ) (2y / D) 1/7
The value of the attached velocity of the free stream is expressed:
V n = V cr (1 + 1,443 ) (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 The value of λ is taken into account the equation of L. D. Altshuler with relative roughness 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 +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 Reynolds Boundary Numbers, Re = 23 / at which roughness begins to influence, and Re = 560 / 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 где при Re < 5 Ψ 1+ Re а при 3 < Re < 400 по формуле Колячко Ψ + 4Для 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 where for Re <5 Ψ 1+ Re and for 3 <Re <400 according to the formula Kolyachko Ψ + 4 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 x erf xdx, где S uo/ Таким образом, в первом приближении условие обеспечения переноса массы должно быть записано в форме η·ρW· ≥ (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 x erf xdx, where S u o / Thus, in a first approximation, the condition for ensuring mass transfer should be written in the form η · ρW · ≥ (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 · 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 · 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
0,204 где / а для любой концентрации
1+2,8 где значение скорости трения Uw * определяется
5lgRe-3,90
Значение скорости трения определяется выражением u* где средняя скорость течения газа. Для характеристики ламинарного слоя используется зависимость отношения подъемной силы к силе сопротивления в виде
= для значений Fx/U << 1. Для развитого течения зависимость записывается в форме
(0,865)·21/4·3 при x Отношение Nм= (x*)-1= называется критерием межфазного обмена количеством движения. Число идентично числу Рейнольдса газовой фазы
Rex 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
0.204 Where / and for any concentration
1 + 2.8 where the value of the friction velocity U w * is determined
5lgRe-3,90
The value of the friction velocity is determined by the expression u * Where 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
= for values Fx / U << 1. For a developed flow, the dependence is written in the form
(0.865) 2 1/4 3 at x Attitude N m = (x * ) -1 = called the criterion of interphase exchange of momentum. The number is identical to the Reynolds number of the gas phase
Rex 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 - для функции тока
-Ψ ρdy ρpoby1+x+ 1+x+ для распределения концентрации
ρ* ( 1 + x*2 ) - 1 + y*2 ( 1 + x*2 ) - 4 +. распределение дрейфовой скорости
1-ey1+x+
+ y/3 1+x+ где ρ*
x= 1+ ·e
y*
Значение ≥ указывает на наличие осажденного слоя. Массовая скорость столкновений частиц с единицей поверхности дна задается выражением [ρbV/w при y* 1
[ρpV] w= = uoRe
Re
Ev=
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 - for current function
-Ψ ρdy ρ po b y 1 + x + 1 + x + for concentration distribution
ρ * (1 + x * 2 ) - 1 + y * 2 (1 + x * 2 ) - 4 +. drift velocity distribution
1st y 1 + x +
+ y / 3 1 + x + where ρ *
x = 1+ E
y *
Value ≥ 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
[ρ p V] w = = u o Re
Re
E v =
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= x*+ x- x Влияние электрического поля пластины незначительно, если:
Re
Re
Evwx= (x/)
Evpw= (g/m)(x2/) Уравнения принимают вид:
Re
Re5/2 ≫ E 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 = x * + x - x The influence of the electric field of the plate is negligible if:
Re
Re
E vwx = (x / )
E vpw = (g / m) (x 2 / ) The equations take the form:
Re
Re 5/2 ≫ E 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)
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)
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 |
-
1986
- 1986-12-11 RU SU4200502 patent/RU2037458C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 1055714, кл. B 65G 53/28, 1983. * |
Cited By (3)
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 |