Способ транспортирования по вертикальному каналу вязкопластичной жидкости

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ПО ВЕРТИКАЛЬНОМУ КАНАЛУ ВЯЗКОПЛАСТИЧНОЙ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Белорусская государственная политехническая академия(73) Патентообладатель Белорусская государственная политехническая академия(57) Способ транспортирования по вертикальному каналу вязкопластичной жидкости, включающий создание разности давлений на его концах, отличающийся тем, что между стенкой канала и вязкопластичной жидкостью создают газовую прослойку путем подачи газа в вертикальный канал под давлением, на 1-3 превышающим давление жидкости при входе ее в вертикальный канал. 2263 1 Изобретение относится к гидротранспорту по вертикальным каналам реологически сложных, высоковязких, упругопластических неньютоновских жидкостей, а именно квазистержневому течению жидкостей с большой структурной характеристикой, когда при ламинарном течении квазитвердое ядро потока заполняет все сечение канала, и может быть использовано в технологических процессах в различных отраслях народного хозяйства, например в строительной промышленности при транспортировке бетонных растворов. Идея управления трения воды о твердую поверхность с помощью воздуха впервые была высказана Фрудом. При помощи вдува воздуха через отверстия в стенке канала или электролизом в пристенную часть потока можно существенно уменьшить трение воды за счет весьма малой вязкости воздуха. При концентрации газа на стенке более 80 изменение поверхностного трения достигается более чем на 30. Но осуществить другой режим течения - пленочный, когда газ полностью изолирует ньютоновский жидкостной поток от твердой стенки, невозможно из-за неустойчивости границы раздела фаз. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, в котором перекачка газа или жидкости по трубопроводу осуществляется за счет создания разности давлений на его концах и снижения сопротивления через перфорированную(пронизываемую) поверхность. При течении высоковязких растворов данный способ неприемлем, так как осуществить снижение сопротивления за счет ввода газа (жидкости) между стенкой трубы и квазистержневым ядром потока невозможно (квазистержневое ядро потока трудно сжать, чтобы создать прослойку, а при высоком давлении вдува квазистержневое ядро просто разрушится). Кроме того, отверстия на перфорированной (пронизываемой) поверхности засорятся, забьются. Объем за перфорированной поверхностью также забьется. Задачей, решаемой изобретением, является снижение гидравлического сопротивления. Для решения поставленной задачи в способе транспортирования по вертикальному каналу вязкопластичной жидкости, включающем создание разности давлений на его концах, между стенкой канала и вязкопластичной жидкостью создают газовую прослойку путем подачи газа в вертикальный канал под давлением на 1-3 превышающим давление жидкости при входе ее в вертикальный канал. При больших начальных напряжениях сдвига вязкопластичной жидкости, когда квазистержневой профиль скорости потока заполняет все сечение канала, течение сильно осложнено, так как проходит процесс скольжения жидкости вдоль стенки трубопровода, а в цементных высоковязких растворах возможен процесс возникновения даже кулоновского трения. Чтобы этот процесс значительно уменьшить предложен способ снижения гидродинамического сопротивления, когда между рабочей жидкостью и стенкой трубопровода создается газовая прослойка. Рабочая жидкость не соприкасается со стенкой трубопровода, трение вязкопластичной жидкости о газовую прослойку резко снижается за счет малой вязкости газа. Давление в газовой прослойке должно быть на 1-3 выше давления жидкости на периферии потока (если меньше, то квазистержневое ядро потока будет иметь тенденцию расширяться,разрушаться, а если больше, то квазитвердое будет сдавливаться, сужаться и газ может проникать вовнутрь квазистержневого ядра). Заявляемый способ осуществляется с помощью устройства, представленного на чертеже. На чертеже представлен продольный разрез устройства, состоящий из трубы 1, эластичной податливой стенки 2, газовой демпферной емкости 3, решетки 4. Устройство крепится к вертикальному рабочему каналу 5 с помощью резьбового соединения 6 и устанавливается на расстоянии не менее одного-двух метров от насоса или пневмоустановки,когда устанавливается стабилизированное квазистержневое течение жидкости с постоянным профилем скорости. Вязкопластичная жидкость с большим начальным напряжением сдвига из трубы 1 вытекает в рабочий канал 5 большого диаметра. Для снижения сопротивления одновременно в емкость 3 через штуцер 7 подается газ, который, как и установившийся поток жидкости, устремляется в рабочий канал 5 и изолирует жидкостный поток от твердой стенки канала. Создание пленочной газовой прослойки между стенкой канала и жидкостью осуществляется за счет вдува через отверстия в решетке 4. Такая решетка способствует равномерному распределению газа по сечению канала около стенки. Так как текущая среда при ламинарном режиме имеет большую структурную характеристику, то газ за счет бародиффузии незначительно проникает вовнутрь квазитвердого ядра и создает пленочную газовую прослойку в виде сплошного цилиндра около стенки. Трение 2 2263 1 реологически сложной жидкости о газовую прослойку резко снижается и скорость транспортирования увеличивается на порядок за счет малой вязкости газа. Давление поступающего газа должно быть на 1-3 больше давления жидкости на стенке в конце трубы 1. Количество подаваемого газа для каждого конкретного технологического процесса определяется габаритными размерами канала 5,структурной характеристикой перекачиваемой жидкости (начальным напряжением сдвига жидкости) и скоростью движения потока. Для жидкости с очень большой структурной характеристикой, когда стержневое течение такой жидкости трудно механически нарушить, создавая газовую прослойку значительной толщины, поток жидкости, за счет увеличения напора или увеличения числа оборотов насоса, можно просто значительно разогнать (увеличить скорость транспортирования) в канале не изменяя структурных характеристик потока. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.