Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов
Представлены зависимости для коэффициентов гидравлических сопротивлений при течении однофазных и двухфазных сред в трубопроводах. Указанные зависимости предложено использовать при определении потерь давления метановоздушной смеси в участковых дегазационных трубопроводах. Показано, что поток метаново...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехнічна механіка |
|---|---|
| Дата: | 2014 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2014
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109490 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов / Л.А. Новиков // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 154-161. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859997942293725184 |
|---|---|
| author | Новиков, Л.А. |
| author_facet | Новиков, Л.А. |
| citation_txt | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов / Л.А. Новиков // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 154-161. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геотехнічна механіка |
| description | Представлены зависимости для коэффициентов гидравлических сопротивлений при течении однофазных и двухфазных сред в трубопроводах. Указанные зависимости предложено использовать при определении потерь давления метановоздушной смеси в участковых дегазационных трубопроводах. Показано, что поток метановоздушной смеси, содержащий взвешенные частицы влаги, можно рассматривать как двухфазную среду с дисперсной, кольцевой и дисперсно-кольцевой структурой. Установлено, что при наличии конденсата на стенках дегазационного трубопровода потери давления на трение характеризуются коэффициентом межфазного трения, величина которого зависит от толщины и относительной скорости течения жидкостной пленки. При этом местные потери давления зависят от скорости жидкой дисперсной фазы, ее объемного содержания в газовом потоке, а также от характера изменения проходного сечения трубопровода.
Представлені залежності для коефіцієнтів гідравлічних опорів при течії однофазних і двофазних середовищ в трубопроводах. Зазначені залежності запропоновано використовувати при визначенні втрат тиску метаноповітряної суміші в дільничних дегазаційних трубопроводах. Показано, що потік метаноповітряної суміші, що містить зважені частки вологи, можна розглядати як двофазну середу з дисперсної, кільцевої та дисперсно-кільцевою структурою. Встановлено, що при наявності конденсату на стінках дегазаційного трубопроводу втрати тиску на тертя характеризуються коефіцієнтом між фазного тертя, величина якого залежить від товщини і відносній швидкості течії рідинної плівки. При цьому місцеві втрати тиску залежать від швидкості рідкої дисперсної фази, її об'ємного вмісту в газовому потоці, а також від характеру зміни прохідного перетину трубопроводу.
The article presents dependences for coefficients of hydraulic resistance in the single-phase and two-phase media flowing in the pipelines. These dependences are proposed to use for estimating pressure loss in the methane-air mixture in the district degassing pipelines. It is shown that the flow of methane-air mixture containing suspended particles of water can be considered as a phase medium with dispersed, circular and dispersed-circular structure. It is stated that in presence of condensation on the walls of degassing pipeline pressure lost for friction is characterized by a coefficient of interphase friction value of which depends on thickness and relative rate of the liquid film flow. At the same time, local pressure loss depends on speed of the liquid dispersed phase, its volumetric content in the gas flow and nature of changed flow section of the pipeline.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:35:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
154
УДК 622.817.47:621.644.8:533.1:532.55/.576
Л.А. Новиков, магистр
(ИГТМ НАН Украины)
ВЛИЯНИЕ ДИСПЕРСНОЙ ФАЗЫ НА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ
СОПРОТИВЛЕНИЕ УЧАСТКОВЫХ ДЕГАЗАЦИОННЫХ
ТРУБОПРОВОДОВ
Л.А. Новіков, магістр
(ІГТМ НАН України)
ВПЛИВ ДИСПЕРСНОЇ ФАЗИ НА ГІДРАВЛІЧНІЙ
ОПІР ДІЛЬНИЧНИХ ДЕГАЗАЦІЙНИХ
ТРУБОПРОВОДІВ
L.A. Novikov, M.S. (Tech.)
(IGTM NAS of Ukraine)
IMPACT OF DISPERSE PHASE ON HYDRAULIC
RESISTANCE OF DISTRICT DEGASSING PIPELINES
Аннотация. Представлены зависимости для коэффициентов гидравлических сопротив-
лений при течении однофазных и двухфазных сред в трубопроводах. Указанные зависимости
предложено использовать при определении потерь давления метановоздушной смеси в уча-
стковых дегазационных трубопроводах. Показано, что поток метановоздушной смеси, со-
держащий взвешенные частицы влаги, можно рассматривать как двухфазную среду с дис-
персной, кольцевой и дисперсно-кольцевой структурой. Установлено, что при наличии кон-
денсата на стенках дегазационного трубопровода потери давления на трение характеризуют-
ся коэффициентом межфазного трения, величина которого зависит от толщины и относи-
тельной скорости течения жидкостной пленки. При этом местные потери давления зависят от
скорости жидкой дисперсной фазы, ее объемного содержания в газовом потоке, а также от
характера изменения проходного сечения трубопровода.
Ключевые слова: Коэффициенты гидравлического трения, коэффициенты местных гид-
равлических сопротивлений, жидкая дисперсная фаза, дегазационный трубопровод, метано-
воздушная смесь.
Снижение эффективности работы шахтной дегазационной системы (ДС)
связано с нарушением герметичности устьев скважин и фланцевых соединений
труб, скоплениями конденсата, углепородной пыли и продуктов коррозии в по-
ниженных участках дегазационного трубопровода [1]. Это приводит к сниже-
нию концентрации каптируемого метана, увеличению гидравлического сопро-
тивления участковых трубопроводов и требует использования дополнительных
вакуум-насосов.
Вакуумная газопроводная сеть имеет сложную топологическую структуру с
неустойчивым характером движения метановоздушной смеси (МВС) и соответ-
ственно различными гидравлическими сопротивлениями участков.
__________________________________________________________________
© Л.А. Новиков, 2013
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
155
В связи с этим точность расчета рациональных параметров ДС и степень
адекватности полученных результатов зависят от правильного понимания газо-
динамических процессов, протекающих в дегазационном трубопроводе.
Влияние гидродинамических особенностей движения МВС на эффектив-
ность работы основных элементов шахтной ДС рассмотрено в работах [2, 3].
Несмотря на учет таких факторов, как содержание влаги в газовом потоке (во-
дяной пар), процессов теплообмена и конденсации, а также притечек воздуха в
газопроводную сеть, закономерности движения МВС не в полной мере раскры-
ты и детализированы. В частности это относится к вопросу влияния объемной
концентрации частиц пыли и влаги на величину коэффициентов гидравличе-
ского трения и местных гидравлических сопротивлений участковых дегазаци-
онных трубопроводов.
Недостатком существующих функциональных зависимостей для коэффици-
ентов гидравлических сопротивлений [4] при различных режимах течения од-
нофазных и двухфазных сред является ограниченность применимости этих за-
висимостей тем или иным диапазоном чисел Рейнольдса, нестабильность
структуры течения и параметров каждой из фаз в сечении трубопровода.
Эффективность транспортировки МВС от дегазационных скважин на по-
верхность определяется техническим состоянием дегазационного трубопрово-
да, концентрацией метана и потерями давления при данном режиме работы ДС.
В последнем случае необходимо учитывать физические свойства движущейся
среды, которая в реальных условиях может быть двух- или трехфазной (присут-
ствие взвешенных частиц пыли и влаги). В связи с этим исследование влияния
дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных
трубопроводов является актуальной задачей.
Как известно потери давления на трение по длине трубопровода при тече-
нии вязкой жидкости или газа описываются универсальной формулой Дарси-
Вейсбаха [5]
ρλ
D
lupt 2
2
=Δ , (1)
где λ = f (kD -1, Re ) – коэффициент гидравлического трения; Re = uDν-1 – число
Рейнольдса; k – эквивалентная шероховатость внутренней поверхности трубо-
провода, м; ν – кинематическая вязкость среды, м2/с; u – осредненная скорость
движения среды, м/с ρ – плотность среды, кг/м3; D, l – гидравлический диаметр
и длина трубопровода соответственно, м.
Величину потерь на трение в трубопроводе можно представить в виде
обощенной функциональной зависимости
∆pt = s(λ, l )Qm, (2)
где s – гидравлическое сопротивление, Па; Q – расход однофазной среды, м3/с;
m – показатель степени, величина которого зависит от режима течения.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
156
Применительно к турбулентному движению МВС в дегазационном
трубопроводе выражение (2) примет вид
pн2 – pk
2 = s(λ, l )Q2, (3)
где pн, pk – давления МВС соответственно в начальном и конечном сечении
трубопровода, Па.
На основнии результатов экспериментальных исследований газопроводов
низкого давления [5] была установлено, что
∆pt = s1Q + s2Q2 , (4)
где s1, s2 – гидравлические сопротивления, определяемые по результатам экспе-
риментальных исследований и табличным данным, Па.
Движение МВС через местные гидравлические сопротивления в участко-
вых дегазационных трубопроводах (разветвления и сопряжения трубопроводов,
трубопроводная арматура, соединения трубопроводов различного диаметра,
скопления конденсата и твердых отложений) характеризуется местными поте-
рями давления Δpm, которые составляют основную часть суммарных потерь в
вакуумной газопроводной сети. Величина коэффициента местного гидравличе-
ского сопротивления зависит от характера изменения проходного сечения тру-
бопровода и определяется как
,2
2u
pm
ρ
ζ
Δ
= (5)
При движении газа через запорную арматуру необходимо учитывать изме-
нение его плотности за счет сжимаемости. Коэффициент сжимаемости газа оп-
ределяется по формуле [4]
( ) ( )[ ]κκκ
κ
κ
/11
12
/21
121
1
+−− −
−Δ
=
ppppp
pkz , (6)
где p1, p2 – давления газа перед запорным устройством и за ним (p2/p1 > 0,9), Па;
ρ1 – плотность газа перед запорным устройством, кг/м3; u1 – средняя скорость
газа перед запорным устройством, м/с; κ – показатель адиабаты для газа.
Коэффициенты местных гидравлических сопротивлений ζs при движении
газожидкостных потоков в трубопроводах представляют собой сложные функ-
ции параметров среды и превосходят свои значения ζ при движении жидкостей
или газов. Это связано с перераспределением фаз в сечении трубопровода и из-
менением структуры двухфазного потока. При этом за местными гидравличе-
скими сопротивлениями может происходить увеличение плотности среды и
суммарных потерь давления. В работе [6] рекомендуется принимать для пово-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
157
ротов с последующим переходом в его наклонный или вертикальный участок ζs
= (6-7)ζ, а в горизонтальных участках – ζs ≈ ζ.
Присутствие жидкой дисперсной фазы в МВС и образование конденсата на
стенках дегазационного трубопровода позволяет рассматривать транспорти-
руемую среду как двухфазный поток с дисперсной, кольцевой и дисперсно-
кольцевой структурой. В частности последние две структуры наблюдаются в
вертикальных и наклонных участковых трубопроводах с нисходящим течением
жидкостной пленки под действием силы тяжести.
При течении газожидкостной смеси в трубах для величины коэффициента
гидравлического трения справедливо соотношение
λs = λK0, (7)
где λ = f(Res, Δ ) – коэффициента гидравлического трения однофазного потока;
K0 – коэффициент, учитывающий отклонение ∆λ = λs – λ; Res – число Рейнольд-
са, при котором наблюдается отклонение ∆λ; Δ – относительная шероховатость
внутренней поверхности трубопровода, м.
Согласно работе [7] коэффициент гидравлического трения при кольцевой
структуре течения определяется по формуле
( )( ) ( )
( )
,13,7
03,01
122,078,0103,01,
333
5,5
1
15
11035,1
15
1
n
ss
e
e
e
eRe β
ρ
β
ρ
β
ββμλλ −
−
−⋅−
− −
−
+−
−−−
+Δ= (8)
где β – объемное расходное газосодержание, д.е.; Frs – число Фруда; Fra – ав-
томодельный параметр Фруда; ρ = ρ2/ρ1 – относительная плотность; 1μ – отно-
сительный коэффициент динамической вязкости жидкости; n – числовой пара-
метр, определяемый как
( )[ ] ,1
25,0
21
21 ⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
+−=
σ
ρρϕϕ
g
uun (9)
где φ – истинное объемное газосодержание, д.е; u1, u2 – средние скорости жид-
кости и газа, м/с; σ – поверхностное натяжение жидкости, Н/м; ρ1, ρ2 – плотно-
сти жидкости и газа, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, м/с2.
Гомогенная модель двухфазного течения предполагает, что рассматривае-
мую среду можно представить в виде однофазной с некоторой средней плотно-
стью ρs и скоростью us . Тогда для числа Рейнольдса при движении МВС с жид-
кой дисперсной фазой получим
,11 −−≈ DuRe ssss μρ (10)
где μs – динамическая вязкость двухфазной среды, Па·с.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
158
Данный подход можно использовать и для движения МВС с частицами пыли.
При турбулентном движении жидкостной пленки по внутренней поверхно-
сти трубы для определения коэффициента гидравлического трения можно вос-
пользоваться соотношением [8]
,316,0
4 1Repl =λ (11)
где Re1 > 300-400 – число Рейнольдса, определяемое, как для потока вязкой
жидкости в трубопроводе.
Кольцевая структура течения в дегазационном трубопроводе представлена
жидкостной пленкой и газовым ядром (поток МВС). При этом граница раздела
фаз может иметь волнообразную форму и приближенно рассматриваться как
выступы шероховатости. В связи с этим вместо коэффициента гидравлического
трения (как для однофазных сред) рассматривают коэффициент межфазного
трения ξmf . Согласно экспериментальным исследованиям пароводяных и газо-
жидкостных потоков в трубах [9]
,284,0005,0
1,1
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛+=
Dmf
δξ (12)
где δ – толщина жидкостной пленки, м.
Процесс течения двухфазной смеси через диафрагму был рассмотрен в ра-
боте [10]. Для коэффициента местного гидравлического сопротивления было
получено соотношение
,5,0 21 −− −= zzs kkζ (13)
где kz – коэффициент сжатия двухфазной смеси.
Применительно к движению МВС с жидкой дисперсной фазой можно запи-
сать [10]
( )
( )
,
1
1
1
12
1
12
1
22
1
1
122
−−−
−
−+
−+
≈
kucuukcu
ucuucukz (14)
где u1, u2 – скорости частиц жидкости и МВС в месте сужения проходного се-
чения соответственно, м/с; c – массовая расходная концентрация МВС, д.е.; k1 =
S1S-1 – коэффициент сжатия жидкости; S1 – площадь занимаемая жидкой фазой
в месте сужения проходного сечения, м2; k2 – коэффициент сжатия МВС, опре-
деляемый как
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
159
( ) ,14
2
1
5,0
1
/2
2
/1
1
2
2
⎪⎭
⎪
⎬
⎫
⎪⎩
⎪
⎨
⎧
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡ −
−−==
B
PPAA
PS
Sk
n
kr
n
kr
ζ
ζ
(15)
где S – площадь отверстия диафрагмы, м2; S2 – площадь занимаемая МВС в
месте сужения проходного сечения, м2; ζ1 – коэффициент местного гидравличе-
ского сопротивления, определяемый как для жидкости; krP – относительное кри-
тическое давление МВС; P – относительное критическое давление двухфазной
среды; n – показатель политропы расширения МВС за диафрагмой (для пара –
n= 1,3, для воздуха – n= 1,4); А, В – числовые коэффициенты, определяемые со-
гласно [10].
Местные потери давления МВС с жидкой дисперсной фазой на диафрагме
можно определить по формуле
Δрs = 0,5ζsρsus
2. (16)
В местах сопряжений участковых трубопроводов для определения местных
потерь давления двухфазной смеси можно воспользоваться соотношением [10]
( )[ ] ,111 2
1
2
1
⎭
⎬
⎫
⎩
⎨
⎧
+−⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
−+Δ=Δ cEcc
u
upp mms α (17)
где Δpm1 – местные потери давления вязкой жидкости в повороте, Па; Eα – чи-
словой коэффициент, учитывающий восстановление давления после поворота
потока на угол α.
При α = 900 и α > 900 соответственно:
( );2
2,21 1
90
90
o
o −
=
= +
+=
Dr
E
kα
α λ
(18)
( ) ,11
o
o
90
90
β
α
αβ λ
λ
=
=
−+= EE (19)
где rk – радиус кривизны оси трубы в месте ее поворота, м; λα=90
о, λβ – коэффи-
циенты гидравлического трения жидкости при α = 900 и α > 900.
Выводы:
- поступление влаги из дегазационных скважин и ее конденсация на стенках
трубопровода приводят к формированию кольцевой, дисперсной и дисперсно-
кольцевой структуры течения двухфазной среды;
- при образовании жидкостной пленки на внутренней поверхности дегаза-
ционного трубопровода и турбулентном режиме движении МВС, поверхность
раздела фаз имеет волнообразную форму и может рассматриваться в качестве
выступов шероховатости;
- местные потери давления в дегазационном трубопроводе прямо пропор-
циональны скорости и объемной концентрации жидкой дисперсной фазы.
–––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
160
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Новиков, Л.А. Определение потерь давления на загрязненных участках вакуумного дегазаци-
онного трубопровода / Л.А. Новиков // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. / Ин–т гео-
технической механики им. Н.С. Полякова НАН Украины. – Днепропетровск, 2011. – Вып. 92. –
С. 258-263.
2. Вострикова, Н. А. Обоснование и определение рациональных гидродинамических режимов
движения метановоздушной смеси по подземному вакуумному дегазационному трубопроводу: авто-
реф. дис.…канд. техн. наук: 25.00.18 / Вострикова Наталья Анатольевна; МГГУ. – М., 2004. – 24 с.
3. Малашкина, В.А. Разработка методов и средств повышения эффективности дегазационных ус-
тановок угольных шахт: автореф. дис.…док. техн. наук: 05.05.06 / Малашкина Валентина Александ-
ровна, МГГУ. – М., 1997. – 26 с.
4. Справочник по расчетам rидравлических и вентиляционных систем / под ред. А.С. Юрьева. –
С.-Пб: АНО НПО "Мир и семья", 2001. – 1154 с.
5. Меренков, А.П. Теория гидравлических цепей / А.П. Меренков, В.Я. Хасилев. – М.: Наука,
1985. – 273 с.
6. Кутателадзе, С.С. Гидродинамика газожидкостных систем / С.С. Кутателадзе, М.А. Стырико-
вич. – М.: Энергия, 1976. – 296 с.
7. Селезнев, В.Е. Методы построения моделей течений в магистральных трубопроводах и кана-
лах / В.Е. Селезнев, С.Н. Прялов. – М.: Едиториал УРСС, 2012. – 560 с.
8. Нигматулин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. – М.: Наука, 1987. – т. 2. –
360 с.
9. Теплообмен в ядерных энергетических установках: Учебное пособие для вузов / Б. С. Петухов,
Л. Г. Генин, С. А. Ковалев, С. Л. Соловьев.– М.: МЭИ, 2003. – 548 с.
10. Чисхолм, Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках / Д. Чисхолм. – М.:
Недра, 1986. – 204 с.
REFERENCES
1. Novikov, L.A. (2011), “Determination of pressure loss in the contaminated areas of the vacuum
degassing pipe”, Geo-Technical Mechanics, no. 92, pp. 258-263.
2. Vostrikova, N. A. (2004), Definition of rational justification and hydrodynamic regimes of motion
methane-air mixture through an underground pipeline vacuum degassing, Abstract of Ph.D. dissertation, Fire
safety, Scientific Bulletin of National Mining University, Moscow, Russia.
3. Malashkina, V.A. (1997), Development of methods and means to improve the efficiency of
decontamination installations coal mines, D.Sc. dissertation, Mining machines, Scientific Bulletin of Na-
tional Mining University, Moscow, Russia.
4. Yurev, A.S. (ed.) (2001), Spravochnik po raschetam ridravlicheskih i ventilyatsionnyih sistem
[Reference calculations ridravlicheskih and ventilation systems], Mir i semya, St.- Petersburg, Russia.
5. Merenkov, A.P., Hasilev, V.Ya. (1985), Teoriya gidravlicheskih tsepey [Theory of hydraulic circuits],
Nauka, Moscow, Russia.
6. Kutateladze, S.S. and Styirikovich, M.A. (1976), Gidrodinamika gazozhidkostnyih sistem
[Hydrodynamics of gas-liquid systems], Energiya, Moscow, Russia.
7. Seleznev, V.E. and Pryalov, S.N. (2012), Metodyi postroeniya modeley techeniy v magistralnyih
truboprovodah i kanalah [Methods of constructing models of flows in the main pipelines and canals], Edito-
rial URSS, Moscow, Russia.
8. Nigmatulin, R.I. (1987), Dinamika mnogofaznykh sred [Dynamics of multiphase mediums], Nauka,
Moscow, Russia.
9. Petuhov, B. S., Genin, L. G., Kovalev, S. A. and Solovyev, S. L. (2003), Teploobmen v yadernyih ener-
geticheskih ustanovkah: Uchebnoe posobie dlya vuzo [Heat transfer in nuclear power plants: A manual for
schools], MPEI, Moscow, Russia.
10. Chisholm, D. (1986), Dvuhfaznyie techeniya v truboprovodah i teploobmennikah [Two-phase flow
in pipelines and heat exchangers], Nedra, Moscow, SU.
–––––––––––––––––––––––––––––
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
161
Об авторе
Новиков Леонид Андреевич, инженер, младший научный сотрудник в отделе проблем разработ-
ки месторождений на больших глубинах, Институт геотехнической механики им. Н.С. Полякова На-
циональной академии наук Украины (ИГТМ НАН Украины), Днепропетровск, Украина,
lnov71@yandex.ru
About the author
Novikov Leonid Andreevich, Master of Science, Junior Researcher in Department of Mineral Mining at
Great Depths, M.S. Polyakov Institute of Geotechnical Mechanics under the National Academy of Science of
Ukraine (IGTM NAS of Ukraine), Dnepropetrovsk, Ukraine, lnov71@yandex.ru
–––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Представлені залежності для коефіцієнтів гідравлічних опорів при течії одно-
фазних і двофазних середовищ в трубопроводах. Зазначені залежності запропоновано вико-
ристовувати при визначенні втрат тиску метаноповітряної суміші в дільничних дегазаційних
трубопроводах. Показано, що потік метаноповітряної суміші, що містить зважені частки во-
логи, можна розглядати як двофазну середу з дисперсної, кільцевої та дисперсно-кільцевою
структурою. Встановлено, що при наявності конденсату на стінках дегазаційного трубопро-
воду втрати тиску на тертя характеризуються коефіцієнтом між фазного тертя, величина яко-
го залежить від товщини і відносній швидкості течії рідинної плівки. При цьому місцеві
втрати тиску залежать від швидкості рідкої дисперсної фази, її об'ємного вмісту в газовому
потоці, а також від характеру зміни прохідного перетину трубопроводу.
Ключеві слова: Коефіцієнти гідравлічного тертя, коефіцієнти місцевих гідравлічних
опорів, рідка дисперсна фаза, дегазаційний трубопровід, метаноповітряна суміш.
Abstract. The article presents dependences for coefficients of hydraulic resistance in the
single-phase and two-phase media flowing in the pipelines. These dependences are proposed to use
for estimating pressure loss in the methane-air mixture in the district degassing pipelines. It is
shown that the flow of methane-air mixture containing suspended particles of water can be
considered as a phase medium with dispersed, circular and dispersed-circular structure. It is stated
that in presence of condensation on the walls of degassing pipeline pressure lost for friction is
characterized by a coefficient of interphase friction value of which depends on thickness and
relative rate of the liquid film flow. At the same time, local pressure loss depends on speed of the
liquid dispersed phase, its volumetric content in the gas flow and nature of changed flow section of
the pipeline.
Keywords: coefficient of hydraulic friction, coefficient of local hydraulic resistance, liquid
dispersed phase, degassing pipeline, methane-air mixture
Статья поступила в редакцию 20.11.2013
Рекомендовано к публикации д-ром техн. наук Т.В. Бунько
mailto:lnov71@yandex.ru�
mailto:lnov71@yandex.ru�
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2014. №114
162
УДК 622.232.522.24
Л.М. Васильев, д-р техн. наук, профессор,
В.В. Зберовский, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,
Ю.А. Жулай, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.,
Д.Л. Васильев, канд. техн. наук, науч. сотр.,
Ю.Е. Поляков, аспирант
(ИГТМ НАН Украины)
А.А. Ангеловский, магистр
(ПАО «Краснодонуголь»)
КАВИТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ИМПУЛЬСНОГО
ГИДРОРЫХЛЕНИЯ УГОЛЬНЫХ ПЛАСТОВ
Л.М. Васильєв, д-р техн. наук, професор,
В.В. Зберовський, канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
Ю.О. Жулай, канд. техн. наук, ст. наук. співр.,
Д.Л. Васильєв, канд. техн. наук, наук. співр.,
Ю.Є. Поляков, аспірант
(ІГТМ НАН України)
О.А. Ангеловський, магістр
(ПАТ «Краснодонвугілля»)
КАВІТАЦІЙНИЙ ПРИСТРІЙ ІМПУЛЬСНОГО
ГІДРОРОЗПУШУВАННЯ ВУГІЛЬНИХ ПЛАСТІВ
L.M. Vasilyev, D.Sc.(Tech.),Professor,
V.V. Zberovsky, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
Yu.A. Zhulay, Ph.D. (Tech.), Senior Researcher,
D.L. Vasilyev, Ph.D. (Tech.), Reseacher,
Yu.E. Polyakov, Doctoral Student
(IGTM NAS of Ukraine)
A.A. Angelovskiy, M.S. (Tech.)
(PJSC «Krasnodonugol»)
CAVITATION DEVICE FOR PULSE HYDRAULIC LOOSING OF THE
COAL LAYERS
Аннотация. Описано кавитационное устройство импульсного гидрорыхления угольных
пластов. Установлены зависимости частоты и размаха автоколебаний давления в диффузор-
ном канале генератора упругих колебаний и его амплитудно-частотных характеристик от
давления подпора жидкости. Выполнено обоснование рабочих параметров кавитационного
устройства с целью гидрорыхления выбросоопасных угольных пластов для предельного слу-
чая скорости развития деформации (ε&=10 с-1) и трещинообразования при различных значе-
ниях модуля упругости угля при сжатии по напластованию 3·102≤Е≤5·102 МПа и Е=2⋅103 –
перпендикулярно напластованию. При моделировании гидрорыхления угольного пласта на
лабораторном стенде в имитаторе фильтрационной части скважины установлено изменение
амплитудно-частотных характеристик устройства на удалении 0,5; 1.0; 1,5 и 2,0 м от генера-
тора ГК-2,5.
__________________________________________________________________________
© Л.М. Васильев, В.В. Зберовский, Ю.А. Жулай, Д.Л. Васильев,
Ю.Е.Поляков, А.А. Ангеловский, 2013
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-109490 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1607-4556 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:35:00Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Новиков, Л.А. 2016-11-30T19:20:53Z 2016-11-30T19:20:53Z 2014 Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов / Л.А. Новиков // Геотехнічна механіка: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2014. — Вип. 114. — С. 154-161. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1607-4556 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109490 622.817.47:621.644.8:533.1:532.55/.576 Представлены зависимости для коэффициентов гидравлических сопротивлений при течении однофазных и двухфазных сред в трубопроводах. Указанные зависимости предложено использовать при определении потерь давления метановоздушной смеси в участковых дегазационных трубопроводах. Показано, что поток метановоздушной смеси, содержащий взвешенные частицы влаги, можно рассматривать как двухфазную среду с дисперсной, кольцевой и дисперсно-кольцевой структурой. Установлено, что при наличии конденсата на стенках дегазационного трубопровода потери давления на трение характеризуются коэффициентом межфазного трения, величина которого зависит от толщины и относительной скорости течения жидкостной пленки. При этом местные потери давления зависят от скорости жидкой дисперсной фазы, ее объемного содержания в газовом потоке, а также от характера изменения проходного сечения трубопровода. Представлені залежності для коефіцієнтів гідравлічних опорів при течії однофазних і двофазних середовищ в трубопроводах. Зазначені залежності запропоновано використовувати при визначенні втрат тиску метаноповітряної суміші в дільничних дегазаційних трубопроводах. Показано, що потік метаноповітряної суміші, що містить зважені частки вологи, можна розглядати як двофазну середу з дисперсної, кільцевої та дисперсно-кільцевою структурою. Встановлено, що при наявності конденсату на стінках дегазаційного трубопроводу втрати тиску на тертя характеризуються коефіцієнтом між фазного тертя, величина якого залежить від товщини і відносній швидкості течії рідинної плівки. При цьому місцеві втрати тиску залежать від швидкості рідкої дисперсної фази, її об'ємного вмісту в газовому потоці, а також від характеру зміни прохідного перетину трубопроводу. The article presents dependences for coefficients of hydraulic resistance in the single-phase and two-phase media flowing in the pipelines. These dependences are proposed to use for estimating pressure loss in the methane-air mixture in the district degassing pipelines. It is shown that the flow of methane-air mixture containing suspended particles of water can be considered as a phase medium with dispersed, circular and dispersed-circular structure. It is stated that in presence of condensation on the walls of degassing pipeline pressure lost for friction is characterized by a coefficient of interphase friction value of which depends on thickness and relative rate of the liquid film flow. At the same time, local pressure loss depends on speed of the liquid dispersed phase, its volumetric content in the gas flow and nature of changed flow section of the pipeline. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехнічна механіка Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов Вплив дисперсної фази на гідравлічній опір дільничних дегазаційних трубопроводів Impact of disperse phase on hydraulic resistance of district degassing pipelines Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов Новиков, Л.А. |
| title | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов |
| title_alt | Вплив дисперсної фази на гідравлічній опір дільничних дегазаційних трубопроводів Impact of disperse phase on hydraulic resistance of district degassing pipelines |
| title_full | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов |
| title_fullStr | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов |
| title_full_unstemmed | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов |
| title_short | Влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов |
| title_sort | влияние дисперсной фазы на гидравлическое сопротивление участковых дегазационных трубопроводов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/109490 |
| work_keys_str_mv | AT novikovla vliâniedispersnoifazynagidravličeskoesoprotivlenieučastkovyhdegazacionnyhtruboprovodov AT novikovla vplivdispersnoífazinagídravlíčníiopírdílʹničnihdegazacíinihtruboprovodív AT novikovla impactofdispersephaseonhydraulicresistanceofdistrictdegassingpipelines |