Седиментаційна стійкість гідросумішей

Источник: Ю. Г. Світлий, О. А. Круть. Гідравлічний транспорт твердих ма-теріалів. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2010. – 18 с.

Крупність та густина транспортованого матеріалу, а також властивості несучого середовища визначають концентрацію гідро-суміші та параметри й режими гідравлічного транспортування. За цими характеристиками гідросуміші можна поділити на стійкі та нестійкі.
Стійкі гідросуміші не розшаровуються і зберігають агрегатний стан протягом тривалого часу як у динамічних умовах (при транспортуванні по трубопроводах), так і в статичних (у стані спокою при тривалому зберіганні).
Тверді частинки характеризуються дуже малою швидкістю гравітаційного рівномірного осідання в об’ємі рідини. Такі гідро-суміші, до яких зокрема належать водовугільні суспензії, транспортують, як правило, у ламінарному режимі.
Для нестійких (схильних до швидкого розшаровування) гідро-сумішей відносять механічні суміші твердих матеріалів, які не зазнають деформації з нестисливою в’язкою рідиною. Такі гідросуміші вміщують відносно великі та важкі частинки з високою швидкістю вільного падіння, які випадають в осад під дією сил гравіта-ції. Транспортують такі гідросуміші в турбулентному режимі течії.
Процес зависання та переносу частинок твердого матеріалу здійснюється при наявності й за рахунок пульсації швидкості та тиску в несучій рідині. Нестійкі гідросуміші у своєму русі утворюють клас завжди турбулентних потоків, які переносять частинки твердого матеріалу в завислому стані.
Нестабільні, гетерогенні, здатні до швидкого розшарування гідросуміші залежно від гранулометричного складу транспортованого матеріалу та поведінки його в напірному потоці на практиці поділяють на дрібнозернисті, грубозернисті та середньої зернистості. На практиці гідравлічного транспортування можна спостерігати часткове або навіть повне розшарування дрібнозернистих гідросумішей при тривалій (як правило, нештатній) зупинці гідротранспортної системи або зберіганні в резервуарах-сховищах протягом тривалого часу. Осереднену швидкість потоку, при якій спостерігають початок випадання твердих частинок на дно труби, називають першою критичною.
При повторному пуску ГТС швидкість потоку поступово збільшують, що надає можливість шар за шаром піднімати твердий матеріал, який випав в осад на дно труби, до досягнення ним повного зависання. Мінімальна швидкість, яка забезпечує повний підйом осадку з дна труби, має назву другої критичної.
Зберігання гідросумішей протягом тривалого часу здійснюють у резервуарах, обладнаних спеціальними пристроями, які забезпечують їх механічне або гідравлічне перемішування для забезпечення надійного всмоктування насосами при пуску гідротранспортної системи. Відносно невеликі критичні швидкості гідравлічного транспортування дрібнозернистих гідросумішей характеризує своєрідна залежність від концентрації, а закономірність залежності питомих гідравлічних опорів від осередненої швидкості транспортування подібна до переміщення по трубопроводах гомогенних середовищ з підвищеною порівняно з водою густиною. Очевидно, за характером розподілу локальних швидкостей і концентрацій по перерізу транспортного трубопроводу, а також за динамічною стійкіст при русі потоку в надкритичному режимі такі системи мають відноситися швидше до стійких, ніж до нестійких. Характерними особливостями гідравлічного транспортування гідросумішей, які складено з грубозернистих твердих сипких матеріалів, є високі критичні швидкості, значні гідравлічні опори, незначні концентрації та нерівномірне розподілення локальних швидкостей і концентрацій по перерізу потоку.
Гідродинамічні характеристики гідросумішей з полідисперсних твердих матеріалів середньої зернистості обумовлені, насамперед, гранулометричним розподіленням твердих частинок. При цьому спостерігають менший ступінь нерівномірності розподілення концентрації твердих частинок по перерізу труби та меншу асиметрію швидкісного поля, ніж у випадку транспортування грубозернистих матеріалів, але більшу ніж дрібнозернистих. Динамічну стійкість гідросумішей, складених з полідисперсних, грубозернистих, дрібнозернистих та середньої зернистості твердих матеріалів, підтримують заданим режимом руху, обумовленим величиною критичної швидкості, яка залежить від крупності та гранулометричного складу транспортованого матеріалу.