Д.т.н. Гришин Б. М., к.т.н. Бикунова М.В., к.т.н. Салмин С.М.,  

Самсонова А.В.

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, Россия

Определение рациональных гидравлических характеристик крупнозернистой загрузки в условиях турбулентного фильтрования

 

В процессах водоподготовки крупнозернистая загрузка из щебня или гравия может быть использована для ускорения процесса коагуляции примесей в контактных камерах безнапорных смесителей гидравлического типа [1, 2, 3].  Через 6-12 часов после начала работы крупнозернистой загрузки наступает состояние предельной насыщенности её порового пространства отложениями осадка, при котором гидравлическое сопротивление загрузки становится постоянным [4, 5, 6].  

В состоянии предельной насыщенности порового пространства концентрация скоагулированной взвеси, поступающей в толщу загрузки (в виде микрохлопьев) равна концентрации взвеси, выходящей из загрузки (в виде крупных хлопьев).

Режим фильтрования в загрузке характеризуется числом Рейнольдса, определяемым по формуле

где ρ и μ     –

  плотность и вязкость воды;

          υ           –

скорость фильтрования;

          m      –

пористость загрузки;

          d          –

средний диаметр загрузки;

          αф       –

коэффициент формы зерен.

 

 

Известно, что при Re>70 наступает режим развитого турбулентного фильтрования. На рис. 1 представлены графики логарифмической зависимости  числа Рейнольдса от диаметра загрузки и скорости фильтрования в турбулентном режиме.   

 


.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Графики изменения значений числа Рейнольдса от скорости фильтрования и крупности зерен загрузки в условиях предельного насыщения порового пространства:

1 – при υ =0,03 м/с; 2 – при  υ =0,05 м/с, 3 –  при υ =0,1 м/с, 4 – при υ =0,15 м/с

 

 

Гидравлический уклон iпр в крупнозернистой загрузке в состоянии предельной насыщенности является функцией числа  Re, а в загрузке с диаметром зерен d=const  величина iпр  фактически зависит только от скорости фильтрования. Экспериментальные кривые зависимости  iпр=f(υ, d) показаны на рис. 2.

 

Рис. 2. Графики изменения гидравлического уклона  от скорости фильтрования и крупности зерен загрузки в условиях предельного насыщения порового пространства:

1 – при υ =0,03 м/с; 2 – при  υ =0,05 м/с, 3 –  при υ =0,7 м/с, 4 – при υ =0,1 м/с;  

5 – при υ =0,15 м/с

 

Из графика на рис. 2 видно, что для загрузки с d=10-40 мм при значениях υ≥0,07 м/с и Re=2·102 ÷1,5·103  гидравлический уклон становится равным iпр=1,5-1,7, что потребует необходимость значительного увеличения высоты надфильтрового пространства контактных камер с крупнозернистой загрузкой. Исходя из анализа графиков на рис. 1, 2 для крупнозернистой загрузки можно рекомендовать режим турбулентного фильтрования с числами Рейнольдса не выше значений  2·102 при d=10 мм и 1·103 при  d=40 мм в целях обеспечения незначительных гидравлических сопротивлений контактных камер коагуляции.

 

Литература

1. Гришин, Б.М. Бикунова М.В., Ласьков Н.Н., Шеин А.И.
Кинетика коагуляции примесей воды с использованием крупнозернистой контактной загрузки / Региональная архитектура и строительство. - 2017. - № 1 (30). - С. 138-144.

2. Гришин Б.М., Шеин А.И., Салмин С.М. Экспериментальные исследования очистки воды с применением контактной коагуляции на крупнозернистой загрузке / Водоочистка. - 2015. -  № 4. - С. 26-33.

3. Гришин Б.М., Кошев А.Н., Салмин С.М. Теоретические исследования процесса коагуляции примесей воды с использованием крупнозернистой контактной загрузки / Водоочистка.- 2014. -№ 6. - С. 22-26.

4. Гришин Б.М., Бикунова М.В., Ласьков Н.Н., Камбург В.Г., Малютина Т.В. Гидравлические характеристики крупнозернистой загрузки контактных камер коагуляции / Региональная архитектура и строительство. - 2016. - № 3 (28).  - С. 125-130.

5. Гришин Б.М., Ласьков Н.Н., Сафронов М.А., Салмин С.М. Экспериментальные исследования гидравлического сопротивления крупнозернистой загрузки / Проблемы энергосбережения в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах: сб. трудов XV Междунар. науч-практич. конф. под ред. Т. И. Королёвой, 2014.- С. 64-68.

6. Гришин Б.М., Андреев С.Ю., Салмин С.М. Закономерности изменения гидравлического сопротивления крупнозернистой контактной загрузки при фильтровании водной суспензии / Региональная архитектура и строительство. -2013. - № 3. - С. 121-127.