Определение основных параметров потока цементно-воздушной смеси в разгрузочной трубе
В установках для перекачки цемента пневмокамерными насосами реализуется наиболее экономичный режим транспортирования потоками с высокими концентрациями материала и низкими скоростями [73, 107].
В таких потоках объемная концентрация материала может достигать значений, близких к насыпному состоянию
где β0- концентрация материала в насыпном состоянии (β0 ≈0,6).
Такие высокие концентрации материала возникают на входе в цементопровод [28]. Дальше по мере ускорения движения материала его концентрация снижается до уровня β = (0,15 — 0,25). Массовые расходы воздуха и цемента в цементопроводе определяются соотношениями
где F- площадь поперечного сечения трубопровода,
плотности воздуха и цемента, кг/м3; uв,uм - их скорости, усредненные по площади поперечного сечения трубы, м/с.
48
Загрузка цементопровода материалом характеризуется его действительной или мгновенной массовой концентрацией, равной отношению массы материала к массе воздуха в каком-либо выделенном отрезке трубопровода
Величина μdявляется локальной характеристикой потока цементной аэросмеси, которая меняется вдоль цементопровода. Пневмотранспортную установку в целом характеризует расходная концентрация материала, равная отношению массовых расходов цемента и воздуха
При μ ≥ 10 кг/кг концентрация цемента считается высокой, а при μ ≥ 60 кг/кг в цементопроводе устанавливается плотный слой материала.
Основные параметры потока цементной аэросмеси, скорости фаз, концентрация частиц и другие показатели непрерывно меняются как во времени, так и вдоль цементопровода, поэтому при описании процесса пневмотранспортирования часто используются скорости фаз, приведенные к поперечному сечению камеры насоса или трубопровода 
всегда больше фиктивных, поскольку находящийся в аэросмеси материал приводит к уменьшению живого сечения цементопровода.
Показателями эффективности пневмотранспортного процесса является удельная нагрузка на поперечное сечение цементопровода
а также удельный расход сжатого воздуха на транспортирование
где
объемный расход воздуха, приведенный к нормальным
условиям, м3/с.
Характерной особенностью двухфазных потоков является опережающее движение несущего воздушного потока относительно частиц материала. Отношение скорости транспортирующего воздушного потока к скорости цементных частиц, т.е. коэффициент скольжения можно оценить с помощью следующей эмпирической зависимости [94]
Верхним пределом скорости воздуха в цементопроводе следует считать критическую скорость, при которой частицы не выпадают на дно трубопровода. Ее значение приведенное, а величину можно оценить с помощью соотношения, полученного эмпирическим путем [94]
При использовании пневмокамерных насосов надёжно транспортирующая скорость воздушного потока, исключающая завалы цементопровода, как правило, ниже критической, но ее величина подбирается опытным путем.
Протекание процессов пневмотранспортирования цемента в значительной мере зависит от свойств самого транспортирующего агента - сжатого воздуха.
Параметры сжатого воздуха связаны между собой уравнением состояния идеального газа [1, 3]
где P- давление воздуха, Па; V - объем, занимаемый воздухом, м3; m- масса воздуха, кг; T- абсолютная температура воздуха, К (T=273+t°C); R- удельная газовая постоянная воздуха, R = 287,3Дж/кг-К.
Из уравнения (2.37) следует зависимость плотности воздуха от давления и температуры
При нормальных условиях (Р0= 1 атм = 101325 Па, t =20°C, T = 293 К) плотность воздуха р= 1,2 кг/м3, а в емкости пневмокамерного насоса (Р= 0,6 МПа, t =140°C) достигает р= 5,12 кг/м3.
Вязкость воздуха с увеличением температуры возрастает. Зависимость коэффициента динамической вязкости ηот температуры имеет вид [3]
Коэффициент кинематической вязкости воздуха зависит не только от температуры, но и от давления
Приведение объемного расхода воздуха к нормальным условиям можно выполнить по формуле
где
- давление в камере, температура и объемный расход
воздуха в рабочих условиях.
Рабочее давление Ppвключает в себя и атмосферное (нормальное) давление
51
где Ph- нормальное давление, Па; Риз6 - избыточное давление, Па.
Скорость истечения воздушной струи через ограниченный слой дисперсной среды составляет от 10 до 50% скорости звука в воздухе С, которая определяется соотношением
где к - показатель адиабаты, к =1,405; Р - давление воздушной фазы, Па; р - плотность воздушной фазы, кг/м3. Для струй, истекающих в цемент из сопел аэрационного устройства пневмокамерного насоса, скорость истечения может принимать значения от 40 до 90 м/с.
При таких скоростях в толще цемента вблизи сопел возникают факелы (каверны), заполненные газовзвесью с содержанием воздуха ε = 0,9-0,98. Длину струй в факелах можно оценить с помощью эмпирического соотношения [94]где Q- объемный расход струи, м3/с.
По мере затухания струй их скорость снижается, ее можно определить
где U0- скорость истечения струи, м/с; D0- диаметр сопла, м.
Цементно-воздушная смесь (псевдоожиженный слой), образуемая аэрационным устройством в нижней зоне камеры насоса, нагнетается сжатым воздухом в разгрузочную трубу в виде пульсирующего газодисперсного потока, в котором сгустки (пробки) сильно концентрированной смеси перемещаются воздушными пузырями, в которых материал находится в виде газовзвеси.
При переходе на горизонтальные участки цементопровода цемент частично выпадает на дно и перемещается в виде волн или гребней. Сильно
выраженная неоднородность потоков цементной аэросмеси, создаваемых пневмокамерными насосами, исключает возможность применения для их расчета методов, разработанных для расчета пневмотранспорта во взвешенном (аэрозольном) состоянии.
2.3