Две несмешивающиеся жидкости (сточная жидкость и газообразная среда) текут по канализационному коллектору в направлении оси X (рисунок 1.1). Сточная жидкость течет под влиянием гравитационных сил, а движение газообразной среды в коллекторе происходит за счет (рисунок 1.2):
- увлекающей способности жидкости (эпюра распределения скоростей газообразной среды 1). Сточная жидкость передает количество движения газообразной среде, тем самым вовлекая её в движение вдоль коллектора по направлению течения жидкости. Данная сила является поверхностной силой.
- разности удельного веса газа между порталами участка коллектора (эпюра распределения скоростей газообразной среды 2). Разница в удельном весе газа между порталами коллектора приводит к превращению части потенциального давления в кинетическую энергию потока газа, что стимулирует его движение вдоль коллектора. Естественная тяга.
Направление движения зависит от направления градиента давления. На рисунке 1.2 эпюра распределения скоростей газообразной среды 3 показывает направление движения потока газообразной среды за счет увлекающей способности жидкости и естественной тяги (попутное движение). Данная сила является массовой силой.
При совпадающем направлении движения потоков газообразной среды, которые движутся за счет поверхностных и массовых сил, скорости этого потока будут распределены в соответствии с эпюрой 3.
Во время движения сточной жидкости по коллектору поверхностная сила воздействует на газообразную среду. Другими словами, за счет увлекающего эффекта жидкости, который остается постоянным во времени и направлении, и изменяется в узком диапазоне расходов (при h/D = 0,2–0,8), часть газообразной среды в коллекторе приводится в движение. Это зависит от скорости сточной жидкости на поверхности потока, гидравлического уклона и заполнения коллектора.
Массовая сила воздействует на газообразную среду в случае, когда есть разница в удельном весе газа между порталами участка коллектора. При этом движение газообразной среды неустойчиво как по направлению, так и по величине воздействия, изменяясь в широком диапазоне расходов. Это приводит к тому, что в движение вовлекается вся газообразная среда коллектора и зависит от конструктивных особенностей участка коллектора и всей сети в целом, а также от температуры поверхности и других факторов.
(1.1)
Силы, действующие на поток сточной жидкости и поток газообразной среды
(1.2)
Расчетная схема 2-фазного движения сточной жидкости и газообразной среды
1 — эпюра распределения скоростей газообразной среды, движущейся под действием увлекающей способности жидкости ; 2 — эпюра распределения скоростей газообразной среды, движущейся под действием разности удельного веса газа между 2 порталами участка коллектора; 3 — эпюра распределения скоростей газообразной среды, движущейся под действием увлекающей способности жидкости и разности удельного веса газа между порталами участка коллектора; 4 — эпюра распределения скоростей сточной жидкости, движущейся под действием гравитационной силы
При одновременном воздействии поверхностных и массовых сил на газообразную среду влияние сил на друг друга зависит от направления их действия: они взаимодействуют положительно при совпадении направления и отрицательно при противоположных направлениях. Обычно соотношения потоков газообразной среды, вызванных поверхностной и массовой силами, колеблются в диапазоне от 1:1 до 1:20. Исходя из малозначительности поверхностных сил и их полной зависимости от гидравлических условий и объема сточной жидкости, их можно рассматривать как фактор, влияющий на организацию движения газа, но не оказывающий существенного воздействия на характер потока и его регулирование.
Массовые силы отличаются от поверхностных по своей природе: они могут иметь большие значения и поддаются регулированию как в отношении их объема, так и направления действия. В отличие от поверхностных сил, они не зависят от объема сточной жидкости, что делает их более простыми в управлении. Из-за их более сложной "природы" массовые силы представляют объект более глубокого исследования.
Список литературы
- Малков А. В. Предотвращение коррозии конструкционных материалов в системах водоотведения на основе организации газообмена [Текст]: дис…канд. техн. наук / А. В. Малков. – Санкт-Петербург.: СПбГАСУ, 2017. 179 с.
