Розширення системи водопостачання смт Котельва Котелевського р-ну Полтавської обл. (14,5 тис. мешканців) та дослідження впливу ексцентриситету та водних розчинів метаупону і диталану на гідравлічний опір циліндричного ротора
Автор: Міллер Назарій Олегович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Водопостачання та водовідведення
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Запроектовано реконструкцію об’єднаної господарсько-питної промислово-протипожежної кільцевої системи водопостачання селища Котельва [1]. Мережу розраховано на максимальну розрахункову витрату та проведено ув’язку мережі на розрахункові випадки. Джерелом водопостачання селища є підземні води. Прийнято досконалі свердловини: 2 робочі та 1 резервна, в яких встановлені насоси марки 8SDS100 Calpeda. Вода потребує знезалізнення. Знезалізнення проводимо методом "сухого" фільтрування в напірних фільтрах, знезараження - бактерицидними променями ртутно-кварцевих ламп. Далі вода надходить у резервуари чистої води, звідки насосами насосної станції другого підйому, в якій встановлено 6 насосів – 4 насоси марки NM 65/200 для подачі господарсько-питних витрат та 2 протипожежних насоси марки NMS4 150/400 подається у водопровідну мережу селища. У багатьох пристроях значна кількість енергії витрачається при перекачуванні рідин. Було проведено багато досліджень щоб зменшити втрати тиску шляхом модифікації внутрішньої поверхні труби або за допомогою додавання добавок до рідини. Зменшення опору за допомогою високомолекулярних вагових полімерів відомі, тому що шляхом додавання мільйонних часток цих додатків опір можна значно зменшити (до 70 %) що призводить до значної економії енергії [2]. Потік у трубі чи каналі є найбільш часто використовуваною установкою для кількісного визначення зменшення опору за допомогою перепаду тиску. Це вимагає значної кількості добавок для проведення лабораторних випробувань і деградацію полімеру важко контролювати. Потік Тейлора Куетта зберігає схожі характеристики і був визначений як відповідна альтернатива для цієї мети [3]. Потік Тейлора Куетта є потоком рідини між двома диференціально обертовими концентричними циліндрами і має перевагу у закритій геометрії. Таким чином можна постійно використовуючи фіксовану кількість рідини та уникати впливу лопатей насосів на рідину, що прискорює її деградацію. Поверхнево-активні речовини мають потужний потенціал для зниження опору. На відміну від полімерів, поверхнево-активні речовини мають перевагу стійкості до деградації зсуву в насосах та інших високих зонах напружень. Ці поверхнево-активні речовини мають здатність до самовідновлення, що дає їм перевагу перед полімерами [4]. Подібно до полімерів вони при мінімальних значеннях числа Рейнольдса демонструють явище зменшення опору. За межами цього числа Рейнольдса зменшення опору зростає зі збільшенням числа Рейнольдса, але потім зменшується зі збільшенням швидкості потоку через руйнування міцел при вищих швидкостях зсуву [5]. Зменшення опору, отримане у випадку течії поверхнево-активних речовин, може бути вищим, ніж полімерів [6]. Досліджували течії води та водних розчинів метаупону з масовими концентраціями 10-3, 5•10-3 кг/кг та диталану концентраціями 10-2; 8•10-2 кг/кг [7-11]. У водні розчини метаупону для загущення додавали – 7 % хлориду натрію від маси розчину та для стабілізації 0,2 % бікарбонату натрію від маси розчину. У водні розчини диталану – 3 % NaCl. Об’єкт дослідження – течія водних розчинів метаупону і диталану між ротором та статором. Предмет дослідження – методи і засоби визначення впливу ексцентриситету та метаупону і диталану гідравлічний опір циліндричного ротора. Мета дослідження: експериментальне дослідження впливу ексцентриситету ротора відносно статора та додатків поверхнево активних речовин (Metaupon OMT, Ditalan OTS-45) на гідродинамічний опір ротора. Результати дослідження 1. Підтверджено залежність гідродинамічної ефективності водних розчинів метаупону та диталану від концентрації. 2. Підтверджено зменшення Cf зі збільшенням Re та Та для досліджених ексцентриситетів як для води, так і для водних розчинів метаупону та диталану. 3. Підтверджено зменшення відносної зміни коефіцієнта тертя для концентрації водного розчину метаупону 0,5 % у порівнянні з водою. Для концентрації метаупону 0,1 % при малих ексцентриситетах коефіцієнт тертя Cf зменшувався, при великих – збільшувався. 4. Одержано збільшення Cf для досліджених концентрації водного розчину диталану порівняно з водою за ексцентриситету, відмінному від нуля, при фіксованих значеннях Та. Ключові слова: ексцентричні циліндри; ротор; коефіцієнт тертя; крутний момент; число Рейнольдса. Перелік використаних літературних джерел 1. ДБН В. 2.5.-74:2013. Водопостачання. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування. Міністерство регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України, 2013. 2. Ptasinski, P. K., Nieuwstadt, F. T. M., Van Den Brule, B. H. A. A., & Hulsen, M. A. (2001). Experiments in Turbulent Pipe Flow with Polymer Additives at Maximum Drag Reduction. Flow, Turbulence and Combustion, 66(2), 159–182. http://doi.org/10.1023/A:1017985826227 3. Lathrop, D. P., Fineberg, J., & Swinney, H. L. (1992). Transition to shear-driven turbulence in Couette-Taylor flow. Physical Review A, 46(10), 6390–6405. Retrieved from http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.46.6390 4. Hoyt, J. W., & Sellin, R. H. J. (1988). Drag reduction by centrally-injected polymer “threads.” Rheologica Acta, 27(5), 518–522. http://doi.org/10.1007/ BF01329351 5. Zhang, Y., Schmidt, J., Talmon, Y. and Zakin, J.L. (2005) Co-solvent effects on drag reduction, rheological properties and micelle microstructures of cationic surfactants, J.Collloid. Inter. Sci., vol. 286, pp.696-709. 6. Zakin, J. L., Myska, J. and Chara, (1996). Z. New limiting drag reduction and velocity profile asymptotes for nonpolymeric additives systems, AIChE Journal vol. 42(12), p.3544. 7. Popadyuk I.Y., Orel V.I., Pitsyshyn B.S. Influence of the gap width and concentration of metaupon aqueous solutions on the hydraulic resistance of a cylindrical rotor // Intellektuelles Kapital - die Grundlage fur innovative Entwicklung: Technik, Informatik, Sicherheit, Verkehr, Physik und Mathematik, Biologie und Okologie, Landwirtschaft. Monografische Reihe «Europaische Wissenschaft». Buch 6. Teil 4. 2021. – 113–120, 176–177. 8. «Wissenschaft fur den modernen Menschen» / «Science for modern man». Вплив ексцентриситету та водних розчинів метаупону на гідравлічний опір циліндричного ротора = Influence of eccentricity and aqueous solutions of metaupon on hydraulic resistance of a cylindrical rotor / V. Orel, В. Pitsyshyn, І. Popadyuk. – c.9–16. 9. «Intellektuelles Kapital - die Grundlage fur innovative Entwicklung ’2021 / Intellectual capital is the foundation of innovative development» (Karlsruhe, Німеччина). Матлай І. І. Впровадження сучасних методів нітри та денітрифікації на очисних спорудах = Introduction of modern methods of nitro and denitrification at wastewater treatment plants / І. І. Матлай, Б. С. Піцишин, І. Ю. Попадюк. – c.121–128. 10. «Technical research and development / Технические исследования и разработки» ((технические науки): Секція - Машинознавство і машинобудування (Boston). Вплив ексцентриситету та водних розчинів диталану на гідравлічний опір циліндричного ротора / В. І. Орел, Б. С. Піцишин, І. Ю. Попадюк. – c.417–422. 11. Чернюк В. В. Вплив ексцентриситету і поверхнево активних речовин на гідравлічний опір циліндричного ротора /В. В. Чернюк, Б. С. Піцишин // Промислова гідравліка і пневматика.- 2015.-№ 1(47).- С. 19-23.