книги из ГПНТБ / Рыбаков, К. В. Фильтрация авиационных топлив

где Кф — коэффициент фильтрации, характеризующий фильтраци­ онную перегородку F на участке Д L ; Д h — потеря напора.

Коэффициент фильтрации зависит от свойств фильтрационной перегородки и жидкости и определяется экспериментально. Одна­ ко на него оказывает влияние вязкость жидкости, и поэтому расход правильнее определять по формуле

|іДІ '

где К— коэффициент проницаемости; А Р —перепад давления; fx — вязкость жидкости.

Здесь коэффициент К зависит только от способности фильтра­ ционной перегородки пропускать топливо. Коэффициенты Кф и К связаны следующей зависимостью:

К- К

Для фильтрационной перегородки, состоящей из частиц грунта или искусственных шаров, сложенных под углом 60°, может быть применена формула Слихтера [85]:

96(110'

где d— диаметр частиц грунта или шаров; Ь = -—— — коэффи-

п2

циент, зависящий от пористости и просветности (здесь m — коэф­ фициент пористости; п — коэффициент просветности).

Зная коэффициенты m и п, характеризующие фильтрационную перегородку, можно определить расход топлива.

Для фильтрационной перегородки, состоящей из параллельного пучка капилляров, может быть применена формула Гагена-Пуа- зейля [86]:

0 _ Fd4pN

32ц/. г '

где d — диаметр капилляра; /V — число капилляров.

Фильтрационные перегородки (бумага, ткани, нетканый Р/іатериал, фетр и др.) имеют поры неправильной формы, поэтому для

..них необходимо экспериментальное определение коэффициентов

Кф и к.

Для фильтрационной перегородки, спеченной из металлических шаров (металлокерамика) или стеклянных (стеклокерамика), це­ лесообразно применение формулы Слихтера, а для щелевых фильт­ ров насос-форсунок и форсунок, состоящих из пучка спеченных проволочек, — формула Гагена-Пуазейля.

. 102

Топливо не является чистой жидкостью, в нем содержатся поли­ дисперсные частицы загрязнений, микрокапли воды, микропузырь­ ки газов и различные микроорганизмы. Поэтому в процессе фильт­ рации топлива поры фильтрационной перегородки забиваются ча­

304

ем фильтрата, отнесенный к единице поверхности фильтрационной перегородки; т — продолжительность фильтрации; ѵ — скорость фильтрации.

В условиях аэропортов топливо перекачивают, как правило, центробежными насосами, имеющими довольно пологую характе­

3)с образованием сводов .над входами в пору (по промежуточ­ ному виду);

4)с образованием осадка над порой.

Если в топливе содержатся частицы загрязнений размером большим, чем диаметр пор, забивка пор может происходить с пол­ ным закупориванием поры или с образованием осадка, а также одновременно или последовательно.

Для случая, когда в топливе содержатся частицы загрязнений размером меньшим, чем диаметр пор, закупоривание пор может быть постепенным, промежуточным или с образованием осадка, а также одновременно или последовательно по одному, двум или трем этим видам.

При нахождении в топливе частиц загрязнений полидисперсно­ го характера поры могут забиваться одним из четырех способов, а также одновременно или последовательно по одному, двум, трем или четырем видам.

Если загрязнения имеют смолистый характер, то, как правило, поры полностью закупориваются, а если загрязнения имеют неор­ ганический характер, то могут иметь место все виды закупорива­ ния пор, которые после длительной фильтрации приведут к обра­ зованию осадка.

При малых концентрациях загрязнений забивка пор может на­ чинаться с постепенного, промежуточного или полного закупорива­ ния пор и после продолжительной фильтрации перейти к забивке с образованием осадка. При больших концентрациях загрязнений забивка пор начинается аналогично, но она очень быстро переходит к забивке с образованием осадка, поэтому в ряде случаев началь­ ных видов закупоривания пор можно не заметить. В этих случаях считают, что забивка пор происходит с образованием осадка.

Таким образом, при фильтрации топлива могут иметь место различные виды забивки пор, которые описываются общим диффе­ ренциальным уравнением:

dq

где К — постоянная, характеризующая фильтруемость суспензии;

.Ь — показатель, зависящий от вида забивки пор.

105

При фильтрации топлива может иметь место забивка пор одно­ временно или последовательно по указанным выше видам. В этих случаях показатель Ь будет отличаться от 0, 1,2 /з и 2, но находить­ ся в интервале 0—2.

Для каждого вида забивки пор фильтрационной перегородки в табл. 59 даны математические зависимости, позволяющие произ­

—q. Эти прямые на осях координат отсекают отрезки, равные

пытуемом фильтрационном материале и топливе известной загряз­ ненности определяется удельная пропускная способность, т. е.

Экспериментальное определение закономерностей фильтрации проводилось с топливом, содержащим от 0,005 до 0,03% загрязне­ ний, на серийных и перспективных фильтрационных материалах (табл. 60). Исследовалось влияние степени загрязненности топли­ ва, размера пор и структуры фильтрационных материалов на за­ кономерности фильтрации.

106

риалы с размерами пор от 5 до 40 мк происходит в начальный пе­

жания загрязнений в топливе и размера пор фильтрационного ма­

108

Обычно постоянные К и ѵ0 определяют графическим методом и. при необходимости, проверяют аналитически. Для проверки в основное уравнение данного вида забивки пор у = Кх-\-Ь под­ ставляется значение К, полученное графически, и для нескольких значений у и х определяется ѵ0 = b. Затем ѵ0 расчетное сравни­ вается с ѵ0 графическим.

Для топлива, содержащего загрязнения полидисперсного харак­

так как закономерности забивки пор в чистом виде не наблюда­ ются.

Большую точность дает применение метода графического кор­ ригирования [94], при котором наиболее близкая к прямой зависи­ мость заменяется ломаной, прямой линией (обычно с двумя, тремя участками). Для каждого прямого участка ломаной линии раз­ дельно определяются постоянные К и ѵ0, затем для каждого участка раздельно по формулам вычисляются значения q и ѵ, ко­ торые суммируются для всего участка т или q.

данных зависимостей устанавливаются границы прямых отрезков. Процесс фильтрации рассматривается как последовательный пе­ реход от фильтрации с одним видом забивки пор к фильтрации с другим. Для нашего случая это последовательный переход от фильтрации с постепенным закупориванием пор к фильтрации с образованием осадка.

Для каждого участка отрезков прямых этих зависимостей опре­ деляются постоянные К и ѵ0, затем вычисляются значения q и ѵ, которые далее суммируются для всего участка т или q.

Преимущества этого метода видны на примерах расчета тремя методами процесса фильтрации топлива, содержащего 0,03; 0,01 и 0,005% загрязнений, через хлопчатобумажную ткань — фильтродиагональ.

Экспериментальные зависимости q = f(x), полученные на без­ насосной лабораторной установке и рассчитанные по ним парамет-'

полным закупориванием пор, постоянная величина К' определяется

109

Собразованием

По этим формулам были рассчитаны величины q к моменту фильтрации т = 300 сек по трем методам. Значения q были срав­ нены с экспериментально определенными значениями q и вычисле­ ны соответствующие ошибки.

В табл. 64 и 65 представлены результаты определения значений q и соответствующих ошибок.