Phương pháp tính toán tổn thất thủy lực dòng chảy của hỗn hợp rắn – lỏng hai pha chuyển động trong ống nghiêng

Trong bài viết này, phương pháp “liên kết chéo” được đưa ra để tính toán tổn thất thủy lực dòng chảy của hỗn hợp rắn – lỏng hai pha chuyển động trong đường ống nghiêng, trong đó, các phương pháp tính toán chuyển động của hỗn hợp này trong đường ống nằm ngang và thẳng đứng được sử dụng như các dữ liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp tính toán tổn thất thủy lực dòng chảy của hỗn hợp rắn – lỏng hai pha chuyển động trong ống nghiêngNghiên cứu khoa học công nghệ PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TỔN THẤT THỦY LỰC DÒNG CHẢY CỦA HỖN HỢP RẮN – LỎNG HAI PHA CHUYỂN ĐỘNG TRONG ỐNG NGHIÊNG Nhã Tường Linh* Tóm tắt: Trong bài viết này, phương pháp “liên kết chéo” được đưa ra để tính toán tổn thất thủy lực dòng chảy của hốn hợp rắn – lỏng hai pha chuyển động trong đường ống nghiêng, trong đó, các phương pháp tính toán chuyển động của hỗn hợp này trong đường ống nằm ngang và thẳng đứng được sử dụng như các dữ liệu. Tính toán được thực hiện với các giá trị nồng độ thể tích pha rắn là 5%, 10% và 15% tại góc nghiêng 250. Đồng thời cũng xác định sự phụ thuộc của giá trị tổn thất thủy lực vào góc nghiêng của đường ống. Các trường hợp tính toán khi dòng chảy hướng lên trên và hướng xuống dưới cũng đã được thể hiện. Việc so sánh các giá trị thực nghiệm và các giá trị tính toán cho thấy sự phù hợp giữa chúng. Phương pháp tính toán này được phát triển là phương pháp bán thực nghiệm và có thể được kiến nghị sử dụng để tính toán tổn thất thủy lực trong đường ống nghiêng của hỗn hợp rắn – lỏng hai pha.Từ khóa: Hỗn hợp rắn – lỏng hai pha, phương pháp “liên kết chéo”; Tổn thất thủy lực; Ống ngang; Ống đứng; Ốngnghiêng. 1. GIỚI THIỆU Dòng chảy của hỗn hợp hai pha rắn – lỏng rất phổ biến trong các lĩnh vực như hóa học, môitrường, khai thác khoáng sản. Việc tính tổn thất năng lượng dòng chảy của hỗn hợp này trongđường ống là hết sức cần thiết, góp phần vào việc tối ưu hóa hệ thống đường ống và đem lại hiệuquả kinh tế cho các dự án. Đối với pha lỏng mang trong hỗn hợp hai pha sử dụng trong nghiên cứu này là chất lỏngNewton, pha rắn là các hạt rắn nghiền nhỏ. Các phương pháp phổ biến để tính toán tổn thất thủylực trong đường ống nghiêng dựa trên các giá trị thực nghiệm khi tính toán với đường ống nằmngang và thẳng đứng rồi liên kết chúng với một góc nghiêng tùy ý. Việc tính toán chuyển độngcủa hỗn hợp hai pha trong đường ống nghiêng được giới hạn bởi việc tính toán tổn thất thủy lực(tổn thất áp suất) phụ thuộc vào vận tốc trung bình của hỗn hợp hai pha và nồng độ thể tích trungbình của pha rắn. Sự phân bố vận tốc của hỗn hợp, nồng độ thể tích cục bộ của pha rắn khôngđược xem xét. Các đề xuất tính toán tương tự đã được thể hiện trong các tài liệu [1-4]. Trong tài liệu [3] đãđề cập tới việc nghiên cứu bằng thực nghiệm để đánh giá sự ảnh hưởng của nồng độ thể tích pharắn và góc nghiêng của đường ống đến tổn thất thủy lực. Các thực nghiệm được tiến hành vớicác góc nghiêng lần lượt là 50, 100, 250, 350, 450 với hướng dòng chảy lên và xuống, đồng thờicũng tiến hành thực nghiệm với đường ống ngang và thẳng đứng. Nồng độ của pha rắn (cát) lầnlượt là 5%, 10%, và 15%. Kết quả thực nghiệm cho thấy, tổn thất năng lượng dòng chảy hướnglên của hỗn hợp hai pha trong ống nghiêng lớn hơn so với dòng chảy của hỗn hợp trong ốngngang và ống nghiêng dòng chảy hưởng xuống với cùng giá trị thực nghiệm. Và giá trị tổn thấtthủy lực tỷ lệ thuận với nồng độ pha rắn. Trong các nghiên cứu [5, 6] đã đưa ra biểu thức tính toán tổn thất thủy lực của hỗn hợp haipha cát – nước trong đường ống nghiêng như sau: I = I w   I g sin  (1) Trong đó: Iα - Tổn thất thủy lực của hỗn hợp hai pha; Iw - Tổn thất thủy lực của nước trongđường ống ngang; Ig - Độ gia tăng tổn thất thủy lực của hỗn hợp trong ống nghiêng và được xácđịnh bằng thực nghiệm; α - Góc nghiêng của đường ống so với phương ngang. Giá trị α được xác định theo công thức:Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 72, 04 - 2021 131 Cơ kỹ thuật & Cơ khí động lực  = h cos + v (1 − cos ) (2)với h và v tương ứng là tỷ trọng của hỗn hợp hai pha trong đường ống ngang và đường ốngthẳng đứng. Các giá trị này được xác định bằng thực nghiêm. Tuy nhiên, kết quả tính toán tronghai nghiên cứu này đã không được so sánh với các giá trị thực nghiệm. Trong [1], một biểu thức bán thực nghiệm được đưa ra để tính toán tổn thất ma sát của hỗnhợp trong đường ống nghiêng, trong đó, các giá trị tương quan thu được từ việc so sánh với cácgiá trị thực nghiệm, được thể hiện bằng biểu thức (3): I = I  1 + ( (  s  )  ) (1 +  )  sin  (3) Trong đó: Iα là tổn thất ma sát đơn vị của hỗn hợp trong đường ống nghiêng; s,  lần lượt làtỷ trọng của pha rắn và pha lỏng;  = Qs (  s Q ) ; Qs là lưu lượng khối lượng của pha rắn, Q làlưu lương thể tích của pha lỏng. Giá trị Iα được xác địn ...