Статья
| Наименование | Физико-математические основы гидравлического расчета внутритрубного течения высококонцентрированной водоугольной суспензии в технологических системах | ||||
| Авторы |
|
||||
| Раздел | Машиностроение | ||||
| Год | 2026 | Выпуск | 85 | Страницы | 108 - 117 |
| УДК | 67.02/67.08 | EDN | BFHVIN | ||
| Аннотация | Статья посвящена разработке научных и методологических основ повышения энергоэффективности технологических процессов, связанных с течением высококонцентрированной водоугольной суспензии (ВВУС), а именно расчету соотношений и алгоритма определения расхода ее внутритрубного потока. Кроме того, представлены зависимости численного расчета компонент расхода потока ВВУС как для области изменения вязкости, так и за ее пределами. Определена величина угловой скорости сдвига, соответствующая возникновению устойчивого отставания прилегающих слоев суспензии от ядра потока. Предложена методика приоритетного определения скорости ядра потока и разработан способ численного (дискретного) перехода от реологической характеристики (вязкости) к расчетной зависимости в функции радиуса трубопровода. Также получено альтернативное выражение для определения составляющей расхода высококонцентрированной водоугольной суспензии в зоне полностью разрушенной структуры (постоянной вязкости) течения в транспортном трубопроводе. | ||||
| Реферат | Цель. Разработка алгоритма расчета и получение необходимых расчетных соотношений для определения расхода (трубопроводного) концентрированной водоугольной суспензии.
Методика. Единственным способом определения структурной вязкости водоугольной суспензии, напряжения сдвига и градиента скорости сдвига является эмпирический, посредством ротационных вискозиметров. Радиус ядра находят из непреложного равенства сил гидравлического давления, действующих на поперечное сечение ядра, силам внутреннего трения, приложенных к его боковой поверхности. Единственным источником определения структурной вязкости и напряжения сдвига, которые характеризуют появление непрерывного и стабильного по величине нарушения равномерности профиля скорости на периферии центральной зоны течения, в настоящее время являются эмпирические (реологические) характеристики водоугольного топлива. Результаты. Разработан алгоритм расчета и получены необходимые соотношения для определения расхода концентрированной водоугольной суспензии при ее доставке трубопроводным транспортом. Найдена в результате анализа реологических характеристик высококонцентрированной водоугольной суспензии величина угловой скорости сдвига, соответствующая возникновению устойчивого отставания прилегающих слоев суспензии от ядра потока. Найдена методика приоритетного определения скорости ядра потока. Научная новизна. Разработана методика численного расчета расхода потока высококонцентрированной водоугольной суспензии в области изменения вязкости с учетом, в итоговом результате, переменного характера данной величины. Впервые получено выражение для определения расхода высококонцентрированной водоугольной суспензии в зоне полностью разрушенной структуры (постоянной вязкости), как продолжения зоны деградации структуры течения, для транспортного трубопровода. Разработан способ численного (дискретного) перехода от реологической характеристики вязкости к расчетной зависимости от радиуса трубопровода. Практическая значимость. Полученные результаты позволят выполнить достоверный расчет конструкции гидротранспортных технологических водоугольно-топливных систем, повысить надежность и минимизировать отказы топливных комплексов на основе водоугольных топлив. Углубленная проработанность физико-математических основ течения водоугольного топлива дает перспективы достоверного расчета и создания надежных конструкций водоугольно-топливных форсунок, способных обеспечивать практически непрерывную подачу сжигаемой субстанции потребителям. |
||||
| Ключевые слова | водоугольное топливо, структурная вязкость, напряжение сдвига, деградация структуры, расход суспензии, скорость ядра потока, технологический трубопровод. | ||||
| Финансирование | |||||
| Благодарности | |||||
| Список источников |
1. Михеев В. А., Москаленко Т. В., Ворсина Е. В. Преимущества и перспективы применения водоугольного топлива, методика его приготовления на примере угля Денисовского месторождения // Международный научно-исследовательский журнал. 2025. № 2 (152). С. 11‒16. DOI: 10.60797/IRJ.2025.152.63
2. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: распоряжение Правительства Российской Федерации от 13.11.2009 №1715-р. URL: http://government.ru/docs/all/70320/.
3. Бекмуратова Б. Т. Применение водоугольного топлива в теплоэнергетике // Бюллетень науки и практики. 2020. Т. 6. № 12. С. 261–267. DOI: 10.33619/2414-2948/61/27 EDN YONJIV
4. Водоугольное топливо на основе бурого угля Ангренского месторождения / Д. И. Алимджанова, Ш. М. Абдусатторов, Н. К. К. Муйдинова, Ш. Х. У. Абдуганиев // Universum: технические науки. 2021. № 3-2 (84). С. 68‒72. EDN GUUJLG
5. Kuznetsov V. A., Bozheeva D. M., Minakov A. V. Numerical study on processes of oxy-fuel combustion of coal-water slurry in the furnace chamber // Fuel. 2024. Vol. 371. Part B. Art. 132034. DOI: 10.1016/j.fuel.2024.132034 EDN MKMAGB
6. Хямяляйнен В. А., Мурко В. И., Баёв М. А. Физические процессы в нетрадиционных геотехнологиях: учебное пособие. 2-е изд. Кемерово: КузГТУ, 2021. 252 c. EDN APPGBJ
7. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.
8. Баранова М. П. Технологии получения и использования топливных водоугольных суспензий из углей различной степени метаморфизма: дис. … д-ра техн. наук. М.: [б. и. ], 2014. 275 с. EDN EQWFZB
9. Капустин Д. А. Развитие теории подготовки и транспортирования топливных водоугольных суспензий из угольного сырья и шламов: дис. … д-ра техн. наук. Луганск: [б. и.], 2023. 323 с.
10. Овчинников Ю. В., Бойко Е. Е. Технология получения и исследования тонкодисперсных водоугольных суспензий: монография. Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2017. 308 c. EDN YAHDKZ
11. Баранова М. П. Гидравлические режимы трубопровода для транспорта водоугольных суспензий // Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири: тр. IX междунар. науч.-практ. конф. Кемерово: КузГТУ, 2012. Т. 1. С. 185–187.
12. Экспериментальное исследование вязкости водоугольной суспензии с бифракционным составом дисперсной фазы / Г. Р. Мингалеева, Д. В. Ермолаев, О. В. Афанасьева, С. С. Тимофеева // Теплоэнергетика. 2012. № 6. С. 28–30. EDN OWXCIZ
13. Урьев Н. Б. Текучесть суспензий и порошков. М.: Химия, 1992. 252 с.
14. Ongsirimongkol N., Narasingha M. H. Effects of stabilizing agents on stability and rheological characteristics of the highly-loaded coal-water slurry // International Journal of Chemical Engineering and Applications. 2012. Vol. 3. No. 1. P. 49–52. DOI: 10.7763/IJCEA.2012.V3.158
15. Баранов И. О., Кущенко А. В., Капустин Д. А. Гидродинамика течения высококонцентрированных водоугольных суспензий // Вестник Луганского государственного университета имени Владимира Даля. Серия: Технические науки. 2025. № 1 (2). С. 7–18. EDN DDJRUS
16. Текучесть суспензий со структурообразующей высокодисперсной фракцией / А. А. Потанин, В. Е. Черномаз, В. М. Тараканов, Н. Б. Урьев // Инженерно-физический журнал. 1991. Т. 60. № 1. С. 32–41. EDN KSDPWV
|
||||
| Полный текст |
|
||||