Przepływ płynów liniowych i nieliniowych w wężownicach

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ 1 984

Seria: ENERGETYKA z. 87 Nr kol. 806

KAZIMIERZ KOZIOŁ JACEK WALKOWIAK

Instytut Technologii i Inżynierii Chemicznej politechnika poznańska

PRZEPŁYW PŁYNÓW LINIOWYCH I NIELINIOWYCH W WęŻOWNICACH

Streszczenie. W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymen- tainycn przepływu w wężownicach płynów liniowych, nieliniowych oraz wykazujących efekt Tomsa. Uzyskano bezwymiarowe równania korelacyjne (1) - (4). Zaproponowano również równanie (5) uwzględniające redukcję współczynnika oporu w funkcji zastępczej liczby Deborah.

Monograficzne studium literatury dotyczącej przepływu płynów w wę­

żownicach wykazało znaczne różnice i rozbieżności zarówno prac teore­

tycznych,jak i doświadczalnych w ilościowej ocenie współczynnika oporu, rozkładzie profilu prędkości i przepływach wtórnych [i — 3j .

Na podstawie analizy własnej zaproponowano uogólniony wykres zależności f(Re,Dn, ["¿) = O podsumowujący dane literaturowe, a umożliwiający bez­

pośrednią ocenę charakteru przepływu w całym obszarze przebadanych wartości liczb kryteriainych [ij •

przeprowadzono badania doświadczalne w wężownicach z tworzyw sztucznych w modelowej instalacji |4,5j . Testowanymi płynami były : powietrze, woda i wodne roztwory wysokoczt stoczkowego tlenku polietylenu (Polyox coagulant) o stężeniach 50 - 15C0 ppm i poliakryloamidu ( Polyacrylamid - BDH Chemical England) o stężeniu 50 ppm. Własną charakterystykę Teo­

logiczną badanych roztworów uzyskano w reometrze rurowym [5 ] . Ha podstawie przetransformowanych punktów doświadczalnych uzyskano następujące korelacje w charakterystycznych zakresach przepływu : - poniżej wartości D n < 1 1 , 6 uzyskano równanie graniczne obowiązujące

również w rurze prostej

64 (1)

Re

2;i< K. Kozioł. K. Walkowlalt

_ « zakresie wartości 2 0 < D n < 2 0 0 obowiązuje równanie

(2)

- natomiast w obszarze wartości 2 0 0 < D n < . D n k |

( 3 )

- w obszarze burzliwym uzyskano zależność.*

obowiązującą w zakresie Dnk< D n < 9 0 0 0 .

Dla poziomu ufności 0,95 błąd względny korelacji nie przekracza -

5%.

Przebadany obszar poszczególnych zmiennych bezwymiarowych wynosi t

W równaniach (1) - (3) stosowano liczbę Reynoldsa zaproponowaną w pracy Metznera i Reeda [

7

wych. W zakresie przepływu burzliwego stwierdzono występowanie znacznej redukcji oporów związanej z efektem Tomsa. Zaproponowano własną meto­

dykę opracowania wyników pomiarów, która pozwala wykorzystać uzyskany opis matematyczny w praktyce obliczeniowej.

Fenomenologiczne podejście wynika z faktu braku znajomości przyczyn i jednoznacznego kryterium inicjacji efektu Tomsa.

Zaproponowano umowną liczbę Deborah,uwzględniającą dodatkowo wpływ własności lepkosprężystych. Skorygowane równanie (4) przyjmie postać;

Re 6 ( 10 - 30000) Dn S ( 1 - 9000 )

Q

( 5 )

Charakterystyczny współczynnik redukcji o p o r ó w ^ w przebadanych ukła­

dach osiągnął wartość 0,5 > wskazując na duże możliwości zmniejsza-

PracpŁyw płynówt liniowych i ...

nia energochłonności przy transporcie płynów.

praca wykonana w ramach problemu międzyresortowego MH-1-10 pt.

"Optymalizacja procesów termodynamicznych i przepływowych".

Oznaczenia :

D - średnica zwojów wężownicy m

~ 2 n ' k' - stała konsystencji płynu dla rury prostej Hm“ s

d ~ średnica wewnętrzna rury m

n " - charakterystyczny wskaźnik płynięcia płynu dla rury prostej

Up - udział masowy polimeru kg p . kg“ ’

w - średnia objętościowa prędkość płynu ms“ 1

\ « w s p ó ł c z y n n i k oporu przepływu płynu

- współczynnik oporu przepływu płynów Tomsa w obszarze burzliwym

o - gęstość płynu kgm“ ^

Q - częstotliwość wirów dyssypacyjnych e-1

Indeksy

w - odnosi się do wężownicy r - odnosi się do rury prostej

k - odnosi się do wartości krytycznej b - odnosi się do przepływu burzliwego

Moduły bezwymiarowe

d“ w 2““'«

He = . • ,..«■«* - liczba Reynoldsa K* 8

Dc . He t a - liczba Deana

De * -¿L. - zastępcza liczba Deborah co

2K(, K. Kozioł, K, Walkowiak

— — ~ — ——

[T1 = £ - moduł podobieństwa geometrycznego

- współczynnik redukcji oporów l CO / b

Literatura

[i ] Kozioł K. i inni*. Problem Międzyresortowy M? -10, Raport nr 1, Poznań 1977.

[2 ] Kozioł K. i inni; Problem Międzyresortowy MR-1-10, Raport nr 2, Poznań 1978.

J^3 j

Poznań 1982.

( p K o z i o ł K. i ińni; problem Międzyresortowy MR-1-10, Raport nr 4, Poznań 1980.

¡5 ] Kozioł K. i inni; problem Międzyresortowy MR-1-10, Raport nr 7, Poznań 1983.

[6J Kozioł K., Walkowiak J.; Materiały Konferencyjne XI Ogólnokrajo­

wej Konferencji Naukowej Inżynierii Chemicznej i procesowej PAK, oz. II, str. 9 5 - 1 0 2 , .Kozubnik 1983.

¡7 Metzner A.B., Reed J.C., AIChE J., 1_, 434 (1955).

U H E H H E HbBT0H0BCKKX H HCEBHOIUIACEPiECKHK SUjlKOCTEH B 3M£E£KKAX

P e 3 io m e

IłpeflciaBjieHH pe3yjiŁraTH 0KcnepHMeHTajiBHHx nccjieflOBaHEii Te^eHKH rpSx TEIIOB EHSKOCTeii HŁKIOHOBCKłUC, nCeBflOIU[aCTKBeCKHX H C 3(|)$eKT0M Toaca b 3ŁseeBHKax, c^ejiami b mnpoKiix flHana30Hax 3Ha‘<eHK2 xapaKTepHOun:ecKHx 'iHceji le^eHHH h reoMeipna annapaia. riojiynenn Koppe.iauHOHHHe ypasBeHae jjih pacneia conpoTHBjieHHa npa nauaaapsoH u rypÓyjieHTHOK peKiusaoc le^enaa

1-4 . Haa KHAKonieiS c 3$$eKT0H Sowca npeamoseKO Hosoe ypaBneime 5 yia- TaBaemee pesyKuam K03t}x|>iiUHeHT0B conpoiHBiteHM b $yHKUHH uoAKjiHiiHpoBaKHo- ro ¥HCjia A3Óopa.

P r z e p ł y w p ł y n ś w l i n i o w y c h 1.

FLOW OF LINEAR AND NON-LINEAR FLUIDS THROUGH HELICAL COILS

S u m m a r y

In this work, experimental investigations for flow of linear non-linear and T o m s ’fluids through helical coils has been presented. Tje study has been made in wide range of characteristics geometrical and flow parame­

ters. The correlations for friot ion factor for laminar and turbulent flows has been obtained In turbulent flow of dilute polymer solutions new equation (

5

ber has been proposed.