Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 [ 137 ] 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182

частицы в потоке пытается сместить ее в центр, где величина действующей горизонтальной силы снижается до нуля. Следовательно, предложенная теория не только не объясняет процесса налипания частиц на стенки потока, а скорей наоборот, доказывает его невозможность, чем противоречит многочисленным практическим данным.

В.Ф. Роджерс определяет механизм перемещения частиц в потоке либо законом Стокса, либо законом Риттингера (в зависимости от режима движения), которые не позволяют оценить перемещение частиц в плоскости, перпендикулярной направлению вертикального потока.

Специалистами по гидро- и пневмотранспорту механизм движения частиц рассматривался в основном применительно к горизонтальным потокам. В.М. Карасик считает, что на частицу в потоке действуют подъемная сила Жуковского; подъемная сила, вызванная турбулентной пульсацией, пульсация давления, сила веса, сила лобового давления, сила трения при обтекании жидкостью частицы. Из вышеперечисленных сил применительно к вертикальному потоку жидкости горизонтальное смещение может вызвать только сила, вызванная турбулентной пульсацией. Однако величина и направление турбулентных пульсаций постоянно хаотически изменяются и поэтому, если в некоторый момент времени частица за счет одной турбулентной пульсации перемещается к границе потока, то под действием другой, имеющей противоположное направление - переместится наоборот к центру потока. Кроме того, установлено, что в потоке преобладают вихри, закручивающиеся от границ к центру потока и, следовательно, вызывающие преимущественное перемещение частиц от границ потока к его центру.

А.Е. Смолдырев считает, что на частицу в потоке действуют четыре силы, а именно: сила тяжести без учета Архимедовой силы; подъемная сила Жуковского; сила гидродинамического давления и сила молекулярного взаимодействия. Очевидно, что действие вышеперечисленных сил применительно к вертикальному потоку не может объяснить пробкообразования.

В.И. Муштаев и другие авторы, рассматривая механизм движения частиц в закрученном потоке газа, выделяют следующие действующие на частицу силы: центробежная; гидродинамического сопротивления; тяжести; переносная Кориолисова; подъемная Жуковского; подъемная Архимедова. При взаимодействии частиц со стенками потока и другими частицами добавляются силы: трения качения; удара частицы о стенку; удара частицы о другую частицу. Горизонтальное смещение частицы к границам потока можно объяснить либо центробежной силой, либо силой

удара частицы о другую частицу. В процессе доставки гравия в скважину поток гравийной смеси не закручивается и центробежная сила равна нулю. Закачку осуществляют при концентрации гравия в потоке менее 15 %, что свидетельствует об отсутствии взаимодействия между частицами. В связи с этим, ни центробежная сила, ни сила взаимодействия частиц друг с другом не позволяют описать механизм пробкообразования.

В теории гидравлической классификации движение частиц в потоке рассматривалось многими специалистами. Б.В. Кизеваль-тер выделяет следующие действующие на частицу силы: тяжести; Архимеда; сопротивления для равномерного движения частицы; дополнительная составляющая сопротивления, вызванная ускоренным движением частицы в потоке. Ни одна из четырех сил не может способствовать смещению частиц к границам потока.

Г.К. Смышляев и Г.Д. Краснов учитывают только силы веса, сопротивления и гидравлического давления, что также явно не достаточно для объяснения механизма налипания частиц на стенки скважины и труб.

В теории движения наносов в открытых руслах рассматривается механизм взвешивания частиц под действием подъемных сил Жуковского и турбулентной пульсации. Теория псевдоожижения и фонтанирующего слоя рассматривает стесненное движение частиц, учитывающее силу тяжести, гидродинамическое давление и влияние частиц друг на друга в зависимости от их концентрации.

К. Матур отмечает, что при обтекании частицы возникает отрыв потока, который может оказать существенное влияние на перемещение частицы. Однако такое утверждение противоречит данным, полученным П. Чженом. Он доказал, что отрыв потока может быть ликвидирован за счет вращения частицы. Аналогичный вывод ранее сделал Прандтль. Отрыв потока наблюдается за жестко закрепленной в потоке частицей, что соответствует методике эксперимента. При возможности свободного перемещения частицы она вращается, что способствует ликвидации отрывного течения. Устранение отрыва потока за счет вращения частицы вытекает из энергетической теории гидротранспорта, согласно которой при движении частицы в потоке потери энергии в системе жидкость - твердое тело стремятся к минимуму. При отрыве потока сопротивление обтеканию тела возрастает в среднем на 14,5 % и поэтому частица вынуждена поворачиваться или вращаться с целью устранения отрыва потока, что обеспечивает минимум потерь напора при транспортировке твердого.

В.Г. Беликов считает, что перемещение шлама от центра к границам потока объясняется вращением частиц. С другой сто-416

роны, Г. Цайдлер отмечает, что вращение частиц в потоке носит временный характер, а в пристенной области частицы не вращаются совсем. К. Матур и Н. Эпстайн показывают, что в фонтанирующем слое вытянутые частицы движутся без вращения.

Из представленного каждого обзора следует, что существующие теории не объясняют механизма перемещения частиц от центра к границам потока, их налипание на стенки, т.е. процесс пробкообразовзния.

Наряду с отсутствием прямого объяснения механизма образования пробок существуют экспериментальные работы, позволяющие косвенно судить о горизонтальном распределении частиц в вертикальном потоке. Многими исследованиями доказана связь между скоростью движения частицы в вертикальном потоке и ее формой.

В.Г. Волков предлагает ввести в формулу Риттингера эмпирический коэффициент, учитывающий зависимость скорости движения частиц от их формы. Значения коэффициента изменяются от 27,3 (для округлых зерен) до 19,7 (для плоских зерен). Для шара данный коэффициент равен 44,29 (по Риттингеру) или 55 (по Люону). Монроэ установил, что чем неправильнее форма частиц, тем меньше скорость их падения в потоке. Для шара скорость падения частиц равна скорости витания, т.е. соответствует значениям, рассчитанным по формуле Риттингера.

В ИГД АН СССР опытным путем установили, что происходит расслаивание частиц в зависимости от их формы. И.Ф. Де-видсон и Д. Харрисон показали, что скорость витания зависит от фактора формы частиц. К аналогичному выводу пришли Л. Аб-рагам, П. Пизо, Ф. Чинкабилла и С. Фаббри, К. Хейсканен.

В теории гидравлической классификации материалов также отмечена связь между скоростью падения частиц и их формой. Однако эта зависимость устанавливается не дополнительным коэффициентом, а считается, что коэффициент сопротивления обтеканию в формуле Риттингера - это функция формы частиц и кривые Рабея, построенные для одинаковых чисел Рейнольдса, но для частиц различной формы, не совпадают друг с другом.

Н.С. Григ и Р.И. Рэтбан приводят результаты исследования скорости падения частиц различной формы. Кривые зависимости скорости падения от диаметра частиц различной формы сравнивались с кривой Рабея, построенной для сферичных частиц, и при этом отмечалось, что причина несоответствия значений, полученных по формуле Рабея и данных доклада неизвестна.

Скорость витания частиц определяется по известным формулам на основании средней скорости потока, но на частицу в потоке действует сила гидродинамического давления, пропорцио-