Abstrakt
Cel: Badanie zachodzącego w powietrzu ruchu pochyłych strumieni hydraulicznych piany za pomocą modelu matematycznego oddziaływania wzajemnego strumieni powietrzno-mechanicznej piany o różnej liczbie spienienia.
Metodologia: Obliczenia będą oparte na rozwiązaniu równań różniczkowych ruchu punktów materialnych z uwzględnieniem oporu środowiska. W tym celu opisano ruch skierowanych pod kątem strumieni piany przy pomocy równań kinematycznych dla wyrzuconych w górę dwóch lub więcej ciał połączonych ze sobą siłami Przy czym położenie ciał w przestrzeni w odstępie czasowym t opisywane jest dwoma współrzędnymi x = x (t) oraz y = y (t). Na podstawie analizy danych literaturowych ustalono, że do opisu matematycznego adekwatna jest funkcja kwadratowa siły oporu strumienia do jego tarcia z powietrzem. Przyjęto również, że zależność wzajemnej siły między strumieniami od różnicy ich prędkości opisana będzie funkcją kwadratową.
Wyniki: Na początku przedstawiono model procesu transportu strumienia o średniej liczbie spienienia poprzez dwa strumienie o niskiej liczbie spienienia. Określono również optymalny model układu strumieni. Opisano wpływ wiatru na trajektorię połączonego strumienia. Najdokładniejszy okazał się model, w którym strumień o niskiej liczbie spienienia znajduje się w dolnej pozycji. Jednak przy czterech takich strumieniach spada całkowita liczba spienienia powstałego strumienia oraz zwiększa się zużycie środka pianotwórczego. Dlatego autorzy przeprowadzili obliczenia porównawcze dla wariantów z dolnym rozlokowaniem trzech i dwóch strumieni piany o niskiej liczbie spienienia. Stwierdzono, że połączenie trzech strumieni piany o niskiej liczbie spienienia zamiast czterech prowadzi do zmniejszenia zasięgu strumienia tylko o 3% (0,7 m), ale za to znacznie poprawia całkowitą liczbę spienienia połączonego strumienia. Dalsze zmniejszenie liczby strumieni (do dwóch) skutkuje zauważalnym zmniejszeniem zasięgu skuteczności (5,3%; 1,1 m) i dodatkowo nie prowadzi do polepszenia spienienia piany w połączonym strumieniu. W ten sposób, biorąc pod uwagę wpływ strumieni piany o niskiej liczbie spienienia na całkowite spienienie piany połączonego strumienia, najbardziej rozsądne jest zastosowanie trzeciego schematu układu z trzema strumieniami – trzy strumienie powietrzno-mechanicznej piany o niskiej liczbie spieniania podtrzymują od dołu wokół jeden strumień piany o średniej liczbie spienienia.
Wnioski: W niniejszej pracy wykonano badania wzajemnego wpływu strumieni powietrzno-mechanicznych piany o różnych liczbach spienienia. Na podstawie badań teoretycznych i eksperymentalnych określono optymalne rozlokowanie strumieni piany, które pozwalają osiągnąć maksymalny wynik (zasięg) rzutu piany przy minimalnych stratach spienienia. Wyniki przeprowadzonych prac mogą zostać użyte w przyszłości do opracowania eksperymentalnego modelu wytwornicy piany.
Słowa kluczowe: pochyłe strumienie hydrauliczne, model matematyczny, powietrzno-mechaniczna piana, równania, optymalny schemat konstrukcyjny, liczba spienienia, zasięg rzutu piany
Typ artykułu: doniesienie wstępne