Метод експериментального дослідження коефіцієнта тертя пневмопроводів

Abstract

Мета. Розроблення методики експериментального дослідження коефіцієнта тертя для пневмотранспортних систем газових середовищ із застосуванням методу теорії подібності і розмірності, що уможливлює розширення числа факторів і інтервалу шляхом їх групування в безрозмірні критерії подібності. Методика. Для експериментальних досліджень коефіцієнта тертя повітря вибрано планований експеримент. Головними факторами були тиск, діаметр трубопроводу, витрата повітря. Критерій відгуку – розрахунковий коефіцієнт тертя повітря. Застосували повний факторний експеримент на трьох рівнях при трьох факторах в околі вибраної точки x01 = 0,0028 м, х02 = 1,5 кПа і х03 = 0,003504 м3/с. Як альтернативу повному факторному експерименту, транспортування повітря в трубопроводі підпорядкували методу пропорційності і комбінації чисел подібності через рівняння зв’язків. У рівнянні перша складова є величина, обернена до числа Рейнольдса(1/Re), друга складова – обернена величина критерію Галілея (1/Ga), третя складова – число Ейлера (Еu), а відношення η2/d2 має явний фізичний зміст – швидкості суміші. Застосували повний факторний експеримент на трьох рівнях при двох факторах в околі вибраної точки Re(x01) = 8532,5 і Eu(х02) = 8424. Результати. Коефіцієнт тертя повітря за збільшення діаметра умовного проходу вакуумпроводу і зменшення об'ємної витрати повітря у середовищі низького вакууму зростає, що зумовлено зменшенням середньої швидкості повітря і зниженням числа Маха. Із зменшенням числа Рейнольдса і зростанням числа Ейлера коефіцієнт тертя повітря за конструкційно-технологічних параметрів вакуумної системи технологічної установки: об'ємної витрати повітря V = 0,0015 – 0,0060 м3/с; втрати вакуумметричного тиску Δр = 0,6 – 2,2 кПа; внутрішнього діаметра вакуумпроводу D = 0,022–0,038 м – зростає нелінійно. Наукова новизна. Вперше отримано кореляційні залежності коефіцієнта тертя у функції від критеріальних залежностей і узгоджено з кореляційними залежностями за класичною методикою повного факторного експерименту. Встановлено, за заданих конструкційно-технологічних параметрів функціонування вакуумної системи технологічної установки (діаметра умовного проходу вакуумпроводу D = 0,022 – 0,038 м, вакуумметричного тиску р = 30 – 60 кПа) число Маха перебуває в межах М ≈ 0,200 – 0,003, коефіцієнт тертя повітря λ = 2–17 і втрати вакуумметричного тискуΔр = 0,6 – 2,3 кПа. Практична цінність. Застосування критеріальних залежностей як факторів у планованому експерименті розширює межі параметрів кореляційних залежностей, що описують функціонування технологічних пневмотранспортних систем.Aim. Development of a method for experimental study of the coefficient of friction for pneumotransport systems of gaseous media using the method of similarity and dimensionality theory, which allows expanding the number of factors and they intervals by grouping them into dimensionless similarity criteria. Method. The planned experiment was chosen for experimental studies of the coefficient of air friction. The main factors were pressure, diameter of the pipeline, air flow. The response criterion is the calculated coefficient of air friction. A complete factorial experiment was applied at three levels with three factors in the vicinity of the selected point x01 = 0.0028 m,х02 = 1.5 kPa and х03 = 0.003504 m3/ s. As an alternative to the full factorial experiment, the transport of air in the pipeline was subordinated to the method of proportionality and the combination of similarity numbers through the bond equations. In the equation, the first component is the size inverse of the Reynolds number (1/Re), the second component is the size inverse of the Galileo criterion (1/Ga), the third component is the Euler number (Eu), and the ratio η2/d2has a clear physical meaning - velocity mixture. Applied a complete factorial experiment at three levels with two factors in the vicinity of the selected point Re(x01) = 8532.5 and Eu(х02) = 8424. Results. The coefficient of air friction increases with increasing diameter of the conditional passage of the vacuum line and decreases the volume air flow in a low vacuum medium, due to a decrease in the average air velocity and a decrease in Mach number. With a decrease in the Reynolds number and an increase in the Euler number, the coefficient of air friction according to the design and technological parameters of the vacuum system of the technological installation: volume air flow V = 0.0015–0.0060 m3/s; loss of vacuum pressure Δр = 0.6–2.2 kPa; inner diameter of the vacuum line D = 0.022–0.038 m – increases nonlinearly. Scientific novelty. For the first time, the correlation dependences of the friction coefficient as a function on the criterion dependences were obtained and correlated with the correlation dependences according to the classical method of a complete factorial experiment. Installed, at the set structural and technological parameters of functioning of vacuum system of technological installation (diameter of the conditional passage of the vacuum line D = 0.022 – 0.038 m, vacuum pressure р = 30–60 kPa) Mach number is in the range М ≈ 0.200 – 0.003, the coefficient of air friction λ = 2–17 and the loss of vacuum pressure Δр = 0.6 – 2.3 kPa. Practical value. The use of criterion dependences as factors in the planned experiment expands the limits of the parameters of correlation dependences that describe the functioning of technological pneumotransport systems.