Особливості гідродинаміки та розрахунок дренажних систем конструкції “ЕКОТОН”

УДК 628.543.563:681

Зубко О.Л. (Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, науково – виробнича фірма “ЕКОТОН”)

Для розрахунку дренажно-розподільної системи (ДРС) необхідно знати закономірності зміни п’єзометричного тиску та коефіцієнта витрати отворів за довжиною розподільника води. Зміна п’єзометричного тиску в дірчастому розподільнику води звичайної конструкції показано на рис.1.

повний напір води (Н_повно) перед прямолінійним дірчастим розподільником Н_повно складається з наступних елементів:

Н_повний = Н₀ + Н_д; (1)

Н_повний – Н₀ = Н_д;

де: Н0 – висота стовпа води у фільтрі при його промиванні, м; Нд – напір води, що втрачається в дарчастому розподільнику, м

Іноді Нд – називають наявним натиском.

Натиск Нд витрачається наступним чином:

Н_д = h_вх + h₁ + < lang=”EN-US”>h_пр.н. + h_L1,   (2)

де h_вх  – втрати напору при вході в трубу, м;- втрати напору при виході струменів з першого і останнього отворів, м;h_пр.н.– збільшення напору по довжині труби, м;h_L1 – втрати напору по довжині труби, м;

При розподілі потоків коефіцієнт опору описується формулою:

e_вх = 0,35(Q_б / Q_з)²  (4)

де Q_б – витрата води у відгалуженні, м³/с;Q_з – сумарна витрата води, м³/с.

Втрати напору при вході в трубу слід розраховувати за формулами для трійників [1]:

(3)

де : e_вх – коефіцієнт опору, v_max– середня швидкість сумарної витрати води при вході в дірчасту трубу, м/с.

При розподілі потоків коефіцієнт опору описується формулою:

e_вх = 0,35(Q_б / Q_з)²   (4)

де Q_б – витрата води у відгалуженні, м³/с;Q_з – сумарна витрата води, м³/с.

Істотними є втрати напору при виході струменів із першого отвору

(5)

де v_c– швидкість струменя, що виходить з отвору, м/с; m – коефіцієнт витрати; r – густина води, кг/м³.

З іншого боку, втрати напору при виході струменя з першого отвору можна визначити за формулою:

(6)

де a – коефіцієнт витрати;v_max– швидкість руху транзитної витрати води в перерізі першого отвору, м/с.

Оскільки коефіцієнти витрати та, зокрема, для будь-яких елементів отримують експериментальним шляхом, скористаємося залежністю Єгорова А.І., отриманої в умовах випробувань дренажів великого опору [2,3]:

(7)

де : Re* = v* d*;v* = v/v_c;d₁* = d / d₀;d* = d / d₀;v – середня швидкість руху основного потоку на ділянці розташування отвору, м/с;d – діаметр труби, м;d₀ – діаметр отвору, м;d – товщина стінки труби, м.м.

Слід зазначити, що формула (7) потримана для випадку закінчення струменя в необмежений простір. У трубчастому елементі “ЕКОТОН” струмінь, що виходить з отвору, обмежена нормально розташованою пористою стінкою, що є причиною зменшення величини (рис.2).

Проведено дослідження, спрямовані на визначення гідравлічних параметрів роботи трубофільтрів конструкції “Екотон”. Дослідження проведені на стенді для гідравлічних випробувань елементів ДРС різних конструкцій: перфорованих (дірчастих) поліетиленових труб (каркасів), трубофільтрів з диспергувальним шаром, нанесеним на перфоровану трубу без повітряного прошарку, трубофільтрів з повітряним прошарком та ін.

Здійснено кілька серій експериментів. Для першої серії виготовлені зразки трубофільтрів, розміри яких представлені у табл.

Таблиця 1. – Розміри каркасів трубофільтрів із різною перфорацією.

У процесі випробувань визначали швидкості руху води в колекторі, трубофільтрах та отворах, витрати води, втрати напору та ін. При цьому кожен зразок трубофільтра відчували як з напиленням диспергуючого шару, так і без нього. Результати випробувань представлені у табл.2.,3.

Таблиця 2.-Параметри роботи трубофільтрів з напиленням і без нього (за результатами вимірів).

При цьому втрати напору в перфорованій трубі (каркасі) визначали відповідно до показань манометра і за допомогою розрахунку відповідно до СНиП за формулою (8)

(8)

де    a= SSотв / Sколл; SSотв – сума площ отворів у зразку, м²; Sколл – площа поперечного перерізу труби, м²;Vколл – швидкість води в колекторі, м/с;Vвідповідь – швидкість води у відгалуженні (зразку), м/с;

Отримані дані свідчать про таке:

1. Напилення диспергуючого шару, нанесеного безпосередньо на трубу, істотно (приблизно в 2 рази) збільшує гідравлічний опір трубофільтра;
2. Для зменшення опору трубофільтра, що має напилення диспергуючого шару, необхідно перфорацію каркаса виконувати отворами діаметром 8 мм і кількістю 60 шт на 1 погонний метр (у разі знижених промивних напорів (з вежі)), і кількістю 50 шт при промиванні

Таблиця 3 -Параметри роботи трубофільтрів з напиленням і без нього (з урахуванням розрахунку втрат напору).