Анотація до роботи:

Орел В.І. Вплив додатків поліакриламіду на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.16 – Гідравліка та інженерна гідрологія. – Український державний університет водного господарства та природокористування. – Рівне, 2003.

У дисертації експериментально досліджено закономірність впливу додатків поліакриламіда (ПАА) на втрати напору в раптових звуженнях і розширеннях труб діаметрами до 50 мм. Показано, що при Re>10⁴, коли в місцевих втратах напору перевищують втрати на тертя: при m>0,7 для раптового звуження труб і при n<(4,1…6,4), для раптового розширення, загальні затрати енергії понижуються; якщо ж перевищують втрати на зміну форми, відповідно при m<0,7 та n>(4,1…6,4), додатки ПАА викликають збільшення опору. Одержано максимальне збільшення опору раптового розширення труби додатками ПАА при n=12,6±0,9 та кг/кг, де С_opt – оптимальна концентрація. При концентраціях до 10^–4 кг/кг та значення відносної зміни коефіцієнтів опору раптових звужень труб не залежать від ступеня звуження потоку m. Запропоновано алгоритм обчислення втрат енергії в раптовому розширенні труби за питомою потужністю, що витрачається на подолання опору потоку. Розроблено та запатентовано спосіб перерозподілу витрат плинного середовища введенням у потік гідродинамічно активних додатків (ГДАД). Показано, що економічний ефект від використання ПАА при течії рідин в місцевих опорах, виходячи з кількості витраченої електроенергії, зростає зі збільшенням глибини регулювання витрати (тиску). Результати роботи впроваджено на підприємствах з розгалуженими трубопровідними системами.

1. На підставі огляду існуючих досліджень з впливу ГДАД на втрати напору в місцевих опорах встановлено, що рух рідин з додатками полімерів крізь раптові звуження і раптові розширення труб досліджено менше, ніж у конфузорах, дифузорах і діафрагмах. Звуження та розширення є складовими елементами потоків в будь-якому каналі змінного перерізу, що свідчить про актуальність їхнього вивчення. Систематичні дослідження раптових звужень і розширень труб дозволить повною мірою пояснити механізм дії полімерних додатків на втрати тиску в місцевих опорах трубопроводів.

2. Одержано зменшення та збільшення втрат напору в раптових звуженнях і розширеннях труб уведенням у потік додатків ПАА. Отримано значно більший вплив додатків полімерів на опір раптового звуження труби (до 290%) порівняно з раптовим розширенням (до 35%), до того ж, на раптовому звуженні труби переважає збільшення втрат напору. Зменшення опору як для раптового звуження, так і для раптового розширення труб мало місце при ступенях звуження потоку m=(d/D₁)²<0,7 та розширення потоку n=(D₂/d)²>(4,1…6,4) відповідно, коли потік деформується незначно, і також незначно порушується орієнтаційний ефект полімерних молекул.

3. Для води та водних полімерних розчинів усіх концентрацій незалежність коефіцієнтів місцевих опорів раптових звужень і розширень труб настає при числах Рейнольдса, рівних 10000…20000.

4. Встановлено, що відносна зміна коефіцієнтів місцевих опорів при введенні в потік розчинів ПАА при концентраціях до 10^–4 кг/кг включно описуються залежностями однакової структури як для раптового розширення труби, так і для її раптового звуження – формула (3.20). Відносна зміна опору на раптовому розширенні труби в усьому досліджуваному діапазоні зміни ступеню n для кожної концентрації описується формулою (3.15). Запропоновані емпіричні формули відповідають експериментальним результатам, згідно з критерієм Фішера, з надійністю 0.95.

5. Максимальне збільшення опору раптового розширення труби додатками ПАА з концентраціями, які не перевищують оптимальної кг/кг, досягається при ступені розширенні потоку n=12,6±0,9. Тому використання додатків ПАА є доцільним в діапазоні .

6. При концентраціях до 10^–4 кг/кг включно та значення відносної зміни коефіцієнтів опору раптових звужень труб не залежать від ступеня звуження потоку m.

7. Уточнено механізм дії полімерних додатків на втрати енергії потоків рідин у раптових звуженнях і розширеннях труб, який базується на тому, що в тих місцевих опорах, де переважають втрати на тертя, додатки понижують гідродинамічний опір, а при домінуванні опору форми – збільшують його. Підтверджений механізм, запропонований Б.Ліпатовим.

8. Розроблено алгоритм визначення втрат енергії в раптовому розширенні труби, який полягає в тому, що раптове розширення труби замінюється, за відомою моделлю, фіктивною циліндричною трубою і використовується відома формула обчислення втрат енергії в прямій циліндричній трубі за питомою потужністю, що витрачається на подолання опору потоку. Це дає можливість точного розрахунку необхідної потужності двигуна при переміщенні рідин у трубопровідних системах, насичених місцевими опорами.

9. У загальному вигляді розв’язано задачу регулювання витрати рідини в гідравлічній системі введенням у потік ГДАД. Розроблено та запатентовано спосіб перерозподілу витрат плинного середовища між декількома трубопроводами. При його використанні досягається безперервне формування потрібного співвідношення витрат в окремих трубопроводах без залучення сторонніх джерел енергії.

10. Оцінено економічний ефект від використання ПАА при течії рідин, виходячи з кількості витраченої електроенергії. Встановлено, що в місцевих опорах при їх застосуванні як регуляторів тиску чи витрати ефект зростає зі збільшенням глибини регулювання тиску (витрати), яка залежить від геометричних характеристик опору і значень діаметрів трубопроводу, витрати рідини та гідродинамічної ефективності додатків.

11. Результати матеріалів дисертаційної роботи впроваджено на ВАТ “Прикарпатпромарматура” з очікуваним річним економічним ефектом 19,3 тис. грн. та на ТзОВ Науково-виробничій фірмі “Техногал” з очікуваним річним економічним ефектом 21,6 тис. грн.

Основні положення дисертації опубліковано в таких роботах:

1. Чернюк В.В., Жук В.М., Піцишин Б.С., Орел В.І. Управління параметрами потоків введенням гідродинамічно активних додатків // Захист довкілля від техногенного впливу: Зб. наук. праць. – 1997. – № 1. – С.69-74.

2. Чернюк В.В., Піцишин Б.С., Орел В.І., Жук В.М. Вплив додатків поліакриламіду на опір раптових звужень труб // Вісн. Держ. ун-ту “Львів. політехн.”. Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматика. – 1999. – №378. – С.3-8.

3. Орел Вадим. Аналіз впливу полімерних додатків на втрати тиску в місцевих опорах трубопроводів // Вісн. Нац. ун-ту "Львів. політехн.". Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2000. – № 404. – С.23-30.

4. Орел В. Застосування формули зміни діаметра струменя рідини стосовно раптового розширення трубопроводу // Вісн. Нац. ун-ту "Львів. політехн.". Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2001. – №432. – С.11-14.

5. Орел В.І. Розрахунок втрат енергії при транспортуванні рідин у трубопроводах з раптовим розширенням потоку // Вісн. Рівненського Держ. техн. ун-ту. Збірник наук. праць. – 2001. – Вип.1(8). – С.99-104.

6. Чернюк В.В., Орел В.І., Гнатів Р.М. Змінювання гідравлічного опору раптових розширень труб додатками поліакриламіду // Вісн. Укр. держ. ун-ту водн. госп-ва та природокорист. Збірник наук. праць. – 2002. – Вип.5(18), ч.5. Гідротехнічні споруди, гідравліка, гідрологія та гідроенергетика. – С.202-209.

7. Орел В. Регулювання витрати рідини у гідравлічній системі введенням у потік додатків // Вісн. Нац. ун-ту "Львів. політехн.". Теплоенергетика. Інженерія довкілля. Автоматизація. – 2002. – № 460. – С.172-175.

8. Чернюк В.В., Пицишин Б.С., Орел В.И., Жук В.М. Влияние добавок полиакриламида на потери напора во внезапных сужениях и расширениях труб // Инж.-физ. ж. – 2002. – Т.75, №4. – С.115-122. (Див. також: Chernyuk V.V., Pitsishin B.S., Orel V.I., Zhuk V.M. Influence of Polyacrylamide Additions on the Head Loss in Abrupt Contractions and Expansions of Pipes // J. Eng. Phys. and Thermophys. – July - August, 2002. – Vol. 75, Issue 4. – P. 910-919.)

9. Декларац. пат. 47167 А Україна, МПК G 05 D 7/00, F 17 D 1/00. Спосіб перерозподілу витрат плинного середовища / В.В. Чернюк, В.М. Жук, В.І. Орел (Україна); Нац. ун-т “Львівська політехніка”. – №2001085746; Заявлено 14.08.2001; Опубл. 17.06.2002, Бюл. № 6. – 2с. (Див. також: Спосіб перерозподілу витрат плинного середовища / Технічні новини // Ринок інсталяцій. – 2003. – № 1. – С.20).

10. Жук Володимир, Орел Вадим. Проблеми використання гідродинамічно активних добавок для збільшення пропускної здатності каналізаційних колекторів // Problemy Budownictwa i Inzynierii Srodowiska: IV Naukowa Konferencja Rzeszowsko-Lwowska. Cz.II. Inzynieria Srodowiska. Rzeszow, 15-16 wrzesien 1995. – Rzeszow, 1995. – C.241-246.

11. Орел Вадим. Втрати енергії на ділянках раптового розширення потоку у трубопровідних системах // Актуальні проблеми будівництва та інженерії довкілля: VI міжнародна наук. конференція. Львів–Кошице–Жешув. Ч.ІІ. Інженерія довкілля. Львів, 12-15 вересня 2001. – Львів, 2001. – С.105-110.

12. Oriel Wadim, Zuk Wlodzimierz. Zwiekszenie wydajnosci kolektorow kanalizacyjnych poprzez wprowadzanie polimerow // Miedzynarodowa Konferencja Studenckich Kol Naukowych. 13 sejmik SKN. Akademia Rolnicza we Wrocawiu. 15-16.05.1996. – Wroclaw, 1996. – S.25.

13. Піцишин Богдан, Чернюк Володимир, Орел Вадим. Вплив полімерних домішок на втрати напору в системах протипожежного водопостачання // Сучасні проблеми водопостачання і знешкодження стічних вод – Львів 1996: Укр.-пол. наук.-техн. конф. Тези доп. – Львів, жовтень 1996. – С.316-317.

14. Чернюк В.В., Жук В.М., Піцишин Б.С., Орел В.І. Вплив додатків поліакриламіду на опір раптових звужень і розширень труб // Гидроаэромеханика в инженерной практике: Юбилейная н.-т. конф. Программа и тезисы докладов. – 28–30 мая 1998 г. – Киев, 1998. – С.60-61.