vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2020-22-2-129-144vestniktgasu-783Research ArticleВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВWATER SUPPLY, SEWERAGE, BUILDING SYSTEMS OF WATER RESOURCE PROTECTIONИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ВОДНО-ПЕСЧАНОЙ СУСПЕНЗИИ В ТРУБЕHYDRAULIC PROPERTIES OF SAND SLURRY FLOW IN A PIPEМатвиенкоО. В.MatvienkoO. V.

Матвиенко Олег Викторович, докт. физ.-мат. наук, профессор

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2; 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

Oleg V. Matvienko, DSc, Professor, Department of Theoretical Mechanics ; Department of Physical and Computational Mechanics

2, Solyannaya Sq., 634003, Tomsk; 36, Lenin Ave., 634050, Tomsk

БазуевВ. П.BazuevV. P.

Базуев Виктор Павлович, канд. физ.-мат. наук, ст. научный сотрудник

634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

 

Viktor P. Bazuev, PhD, Senior Scientist

2, Solyannaya Sq., 634003, Tomsk

ЧеркасовИ. С.CherkasovI. S.

Черкасов Илья Сергеевич, магистрант

634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

Ilya S. Cherkasov, Graduate Student

36, Lenin Ave., 634050, Tomsk

АсееваА. Е.LitvinovaA. E.

Литвинова Алёна Евгеньевна, магистрант

634050, г. Томск, пр. Ленина, 36

Alyona E. Litvinova, Graduate Student

36, Lenin Ave., 634050, Tomsk

Томский государственный архитектурно-строительный университет; Национальный исследовательский Томский государственный университетРоссияTomsk State University of Architecture and Building; National Research Tomsk State UniversityRussian FederationТомский государственный архитектурно-строительный университетРоссияTomsk State University of Architecture and BuildingRussian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университетРоссияNational Research Tomsk State UniversityRussian Federation202029042020222129144Copyright © Матвиенко О.В., Базуев В.П., Черкасов И.С., Асеева А.Е., 20202020Матвиенко О.В., Базуев В.П., Черкасов И.С., Асеева А.Е.Matvienko O.V., Bazuev V.P., Cherkasov I.S., Litvinova A.E.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/783

В работе проведено исследование течения водно-песчаной суспензии, описываемой моделью Оствальда – де Вейля, в цилиндрической трубе, определена зависимость расхода жидкости от перепада давления, получены зависимости для радиального распределения скорости и эффективной вязкости течения. Установлено, что распределение эффективной вязкости характеризуется монотонным увеличением по мере приближения к стенкам канала. С увеличением значений параметра консистенции k возрастает диссипация механической энергии потока, что приводит к росту гидравлического сопротивления. При течении дилатантных сред с невысоким значением показателя нелинейности 12 n  происходит уменьшение гидравлического сопротивления с ростом перепада давления. При 2n = коэффициент гидравлического сопротивления перестает зависеть от перепада давления и определяется только свойствами жидкости и размерами канала. При высоких значениях показателя нелинейности 2 n  с ростом перепада давления происходит рост гидравлического сопротивления.

The sand slurry flow in a cylindrical pipe is investigated using the Ostwald de Waele model. The dependence of the fluid flow rate on the pressure drop is determined, dependencies for the radial distribution of velocity and effective viscosity of flow are obtained. It is shown that the distribution of effective viscosity is characterized by a monotonic increase as it approaches the pipe walls. As the consistency increases, the mechanical energy dissipation of the flow also increases leading to an increase in hydraulic resistance. During the flow of dilatant media with the low nonlinearity index, the hydraulic resistance decreases with increasing pressure drop. When this index is 2, the hydraulic resistance does not depend on the pressure drop and is determined only by the liquid properties and the channel size. At highe values of the nonlinearity index, the increased pressure drop leads to an increase in hydraulic resistance. Keywords

реологиясуспензиивязкостьненьютоновские жидкостимодель Оствальда – де Вейлягидротранспортrheologysuspensionviscositynon-Newtonian fluidsOstwald de Waele modelhydrotransportReferencesПокровская В.Н. Трубопроводный транспорт в горной промышленности. Москва : Недра, 1985. 192 с.Pokrovskaya V.N. Truboprovodniy transport v gornoy promyshlennosti [Pipelines in mining]. Moscow: Nedra, 1985. (rus)Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. Москва : Машиностроение, 1989. 256 с.Smoldyrev A.Ye., Safronov Yu.K. Truboprovodniy transport kontsentrirovannykh gidrosmesey [Pipeline transportation of concentrated slurries]. Moscow: Mashinostroenie, 1989. (rus)Карпеев В.А. Производство высококачественных строительных песков и утилизация золошлаковых отходов // Строительные материалы. 1998. № 10. С. 22−23.Karpeyev V.A. Proizvodstvo vysokokachestvennykh stroitel'nykh peskov i utilizatsiya zoloshlakovykh otkhodov [Pipeline transport of concentrated hydromixtures]. Stroitel'nyye materialy. 1998. No. 10. Pp. 22−23. (rus)Баранов Ю.Д., Блюсс Б.А., Семененко Е.В., Шурыгин В.Д. Обоснование параметров и режимов работы систем гидротранспорта горных предприятий. Днепропетровск : Новая идеология, 2006. 416 с.Baranov Yu.D., Bljuss B.A., Semenenko E.V., Shurigin V.D. Obosnovanie parametrov i rezhimov raboty system hidrotransporta gornykh predpriyatiy [Justification of parameters and hydrotransport system operation at mining enterprises]. Dnepropetrovsk: Novaya ideologiya, 2006. (rus)Васильева М.А. Экспериментальное определение расходно-напорных характеристик грунтовых насосов в системе гидротранспорта хвостов обогащения железной руды // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Геология. Нефтегазовое и горное дело. 2013. № 6. С. 111−119.Vasil’eva M.A. Eksperimental’noe opredelenie raskhodno-napornykh kharakteristik gruntovykh nasosov v sisteme gidrotransporta khvostov obogashcheniya zheleznoy rudy [Experimental determination of flow-pressure characteristics of groundwater pumps in hydraulic system of iron ore tailing]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Geologiya. Neftegazovoe i gornoe delo. 2013. No. 6. Pp. 111−119. (rus)Криль С.И. Напорные взвесенесущие потоки. Киев : Наукова думка, 1990. 170 с.Kril S.I. Napornie vzvesenesushchie potoki [Pressure slurry flows]. Kiev: Naukova dumka, 1990. (rus)Криль С.И., Семененко Е.В. Методика расчета параметров трубопроводного гидротранспорта разноплотностных полидисперсных материалов // Прикладная гидромеханика. 2010. Т. 12 (84). № 1. С. 48−54.Kril S.I., Semenenko E.V. Metodika rascheta parametrov truboprovodnogo gidrotransporta raznoplotnostnykh polidispersnykh materialov [Parameter calculation of pipeline hydrotransport of disperse materials of different density]. Prikladnaya gidromekhanika. 2010. V. 12. No. 1. Pp. 48−54. (rus)Кутепов A. M., Полянин Л.Д., Запрянов З.Д., Вязьмин А.В., Казенин Д.А. Химическая гидродинамика : справочное пособие. Москва : Бюро Квантум, 1996.Kutepov A.M., Polyanin L.D. Zapryanov Z.D. Vyaz'min A.V., Kazenin D.A. Khimicheskaya gidrodinamnka: spravochnoye posobiye [Chemical hydrodynamics: manual]. Moscow: Byuro Kvantum, 1996. (rus)Островский Г.М. Прикладная механика неоднородных сред. Санкт-Петербург : Наука, 2000. 359 с.Ostrovskiy G.M. Prikladnaya mekhanika neodnorodnykh sred [Applied mechanics of heterogeneous media]. St.-Petersburg: Nauka, 2000. (rus)Prosvetov V.I., Sumets P.P., Verveyko N.D. Modeling of Flow of Medium with Homogeneous Microstructure. International Journal of Mathematical Models and Methods in Applied Sciences. 2011. V. 5. No. 1. P. 508−516.Prosvetov V.I., Sumets P.P., Verveyko N.D. Modeling of medium flow with homogeneous microstructure. International Journal of Mathematical Models and Methods in Applied Sciences. 2011. V. 5. No. 1. Pp. 508−516.Малкин А.Я., Исаев А.И. Реология: концепции, методы, приложения. Санкт-Петербург : Профессия, 2007. 560 с.Malkin A.Ya., Isayev A.I. Reologiya: kontseptsii, metody, prilozheniyav [Rheology: concepts, methods, applications]. St.-Petersburg: Professiya, 2007. 560 p. (rus)Матвиенко О.В., Унгер Ф.Г., Базуев В.П. Математические модели производственных процессов для приготовления битумных дисперсных систем. Томск : Изд-во ТГАСУ, 2015.Matviyenko O.V., Unger F.G., Bazuyev V.P. Matematicheskiye modeli proizvodstvennykh protsessov dlya prigotovleniya bitumnykh dispersnykh system [Mathematical models of production processes for preparation of bituminous dispersion systems]. Tomsk: TSUAB, 2015. (rus)Климов Д.М., Петров А.Г., Георгиевский Д.В. Вязкопластические течения: динамический хаос, устойчивость и перемешивание. Москва : Наука, 2005.Klimov D.M., Petrov A.G., Georgiyevskiy D.V. Vyazkoplasticheskiye techeniya: dinamicheskiy khaos, ustoychivost' i peremeshivaniye [Viscoplastic currents: dynamic chaos, stability and mixing]. Moscow: Nauka, 2005. (rus)Уилкинсон У.Л. Неньютоновские жидкости. Москва : Мир, 1964.Wilkinson U.L. Nen'yutonovskiye zhidkosti [Non−Newtonian fluids]. Moscow: Mir, 1964. (rus)Barnes, H.A. A handbook of elementary rheology. Institute of Non−Newtonian Fluid Mechanics, University of Wales. 2000.Barnes, H.A. A handbook of elementary rheology. Institute of Non−Newtonian Fluid Mechanics, University of Wales. 2000.Jiao D., Sharma M.M. Investigation of Dynamic Mud Cake Formation: The Concept of Minimum Overbalance Pressure // SPE 26323, Proceedings of the SPE 68th Annual Technical Conference & Exhibition, Houston, TX, October 3−6, 1993.Jiao D., Sharma M.M. Investigation of dynamic mud cake formation: The concept of minimum overbalance pressure. SPE 26323, Proc. SPE 68th Annual Tech. Conf. and Exhibition, Houston, TX, 1993.Ferraris C. Measurement of the Rheological Properties of High Performance Concrete // Journal Research of the National Institute of Standards and Technology. 1999. V. 104. P. 461–466.Ferraris C. Measurement of the rheological properties of high-performance concrete. Journal Research of the National Institute of Standards and Technology. 1999. V. 104. Pp. 461–466.Erdem T.K., Khayat K.H., Yahia A. Correlating Rheology of Self-Consolidating Concrete to Corresponding Concrete-Equivalent Mortar // Journal ACI Materials. 2009. V. 106. № 2. P. 154−160.Erdem T.K., Khayat K.H., Yahia A. Correlating rheology of self-consolidating concrete to corresponding concrete-equivalent mortar. Journal ACI Materials. 2009. V. 106. No. 2. Pp. 154−160.Tattersall G.H., Banfill P.F.G. The rheology of fresh concrete. Pitman. 1983.Tattersall G.H., Banfill P.F.G. The rheology of fresh concrete. Pitman. 1983.Matvienko O.V., Bazuev V.P., Venik V.N., Smirnova N.G. Numerical investigation of Herschel - Bulkley fluids mixing // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering Advanced Materials in Construction and Engineering. Сер. «International Scientific Conference of Young Scientists: Advanced Materials in Construction and Engineering, TSUAB 2014» 2015. P. 012034.Matvienko O.V., Bazuev V.P., Venik V.N., Smirnova N.G. Numerical investigation of Herschel - Bulkley fluids mixing. In: IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering Advanced Materials in Construction and Engineering. Ser. ‘International Scientific Conference of Young Scientists: Advanced Materials in Construction and Engineering, TSUAB 2014’. 2015. P. 012034.Матвиенко О.В., Базуев В.П., Сабылина Н.Р., Асеева А.Е., Суртаева А.А. Исследование установившегося течения вязкопластического битумного вяжущего, описываемого моделью Шведова − Бингама, в цилиндрической трубе // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. Т. 21. № 3. С. 158−177.Matvienko O.V., Bazuev V.P., Sabylina N.R., Aseeva A.E., Surtaeva A.A. Issledovanie ustanovivshegosya techeniya vyazkoplasticheskogo bitumnogo vyazhushchego, opisyvaemogo model''yu Shvedova – Bingama, v tsilindricheskoi trube [Shvedov-Bingham model of steady flow of visco-plastic bitumen binder in cylindrical tube]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturnostroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2019. V. 20. No. 3. Pp. 158–177. DOI: 10.31675/1607-1859-2019-21-3-158-177. (rus)Матвиенко О.В., Базуев В.П., Дульзон Н.К. Математическое моделирование течения закрученного потока вязкопластической жидкости в цилиндрическом канале // Инженернофизический журнал. 2014. Т. 87. № 5. С. 1129−1137.Matvienko O.V., Bazuyev V.P., Dul'zon N.K. Matematicheskoye modelirovaniye techeniya zakruchennogo potoka vyazkoplasticheskoy zhidkosti v tsilindricheskom kanale [Mathematical simulation of twisted flow of viscoplastic liquid in cylindrical channel]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2014. V. 87. No. 5. Pp. 1129−1137. (rus)Матвиенко О.В., Базуев В.П., Асеева А.Е. Математическое моделирование течения закрученного потока псевдопластической жидкости Балкли – Гершеля в цилиндрическом канале // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92. № 1. С. 215–226.Matvienko O.V., Bazuyev V.P., Aseeva A.E. Matematicheskoye modelirovaniye techeniya zakruchennogo potoka psevdoplasticheskoy zhidkosti Balkli–Gershelya v tsilindricheskom kanale. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2019. V. 92. No. 1. Pp. 215–226. (rus)Матвиенко О.В., Базуев В.П., Асеева А.Е. Математическое моделирование течения закрученного потока дилатантной жидкости Балкли – Гершеля в цилиндрическом канале // Инженерно-физический журнал. 2019. Т. 92. № 6. С. 2641–2651.Matvienko O.V., Bazuyev V.P., Aseeva A.E. Matematicheskoye modelirovaniye techeniya zakruchennogo potoka dilatantnoy zhidkosti Balkli–Gershelya v tsilindricheskom kanale [Mathematical simulation of Herschel–Bulkley fluid in a cylindrical channel]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2019. V. 92. No. 6. Pp. 2641–2651. (rus)Матвиенко О.В., Базуев В.П., Южанова Н.К. Математическое моделирование течения закрученного потока дилатантной жидкости в цилиндрическом канале // Инженерно-физический журнал. 2014. T. 87. № 1. С. 192–199.Matvienko O.V., Bazuyev V.P., Yuzhanova N.K. Matematicheskoye modelirovaniye techeniya zakruchennogo potoka dilatantnoy zhidkosti v tsilindricheskom kanale [Mathematical simulation of twisted dilatant fluid in cylindrical channel]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2014. V. 87. No. 1. Pp. 192–199. (rus)Матвиенко О.В., Базуев В.П., Южанова Н.К. Математическое моделирование течения закрученного потока псевдопластической жидкости в цилиндрическом канале // Инженерно-физический журнал. 2011. Т. 84. № 3. С. 544–547.Matvienko O.V., Bazuyev V.P., Yuzhanova N.K. Matematicheskoye modelirovaniye techeniya zakruchennogo potoka psevdoplasticheskoy zhidkosti v tsilindricheskom kanale [Mathematical simulation of swirling flow of pseudoplastic fluid in a cylindrical channel]. Inzhenerno-fizicheskiy zhurnal. 2011. V. 84. No. 3. Pp. 544–547. (rus)Матвиенко О.В. Исследование установившегося течения псевдопластической жидкости, описываемой моделью Cиско, в цилиндрической трубе // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 55. С. 99−112.Matvienko O.V. Issledovaniye ustanovivshegosya techeniya psevdoplasticheskoy zhidkosti, opisyvayemoy model'yu Sisko, v tsilindricheskoy trube [Stable flow of a pseudoplastic liquid described by the Sisko model in cylindrical tube]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika. 2018. No. 55. Pp. 99−112.Матвиенко О.В. Численное исследование течения неньютоновских жидкостей в цилиндрическом канале // Известия высших учебных заведений. Физика. 2014. Т. 57. № 8-2. С. 183−189.Matvienko O.V. Chislennoye issledovaniye techeniya nen'yutonovskikh zhidkostey v tsilindricheskom kanale [Numerical study of non-Newtonian fluids in cylindrical channel]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Fizika. 2014. V. 57. No. 8-2. Pp. 183−189. (rus)Матвиенко О.В., Базуев В.П., Черкасов И.C., Асеева А.Е., Веник В.Н. Течение битумного вяжущего, описываемого моделью Оствальда – де Вейля, в цилиндрической трубе // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2020. Т. 22. № 1. С. 171−192.Matvienko O.V., Bazuev V.P., Cherkasov I.S., Litvinova A.E. Techenie bitumnogo vyazhushchego, opisyvaemogo model''yu Ostval''da – de Veilya, v tsilindricheskoi trube [Liquid asphalt binders in cylindrical tube in terms of the Ostwald-de Waele model]. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturnostroitel'nogo universiteta – Journal of Construction and Architecture. 2020. V. 22. No. 1. Pp. 171–192. DOI: 10.31675/1607-1859-2020-22-1-171-192 (rus)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.