2.5. Cơ sở lý thuyết tính tốn hệ thống hút và phun đất vào đám cháy
2.5.1. Xác định vận tốc của dịng khơng khí trong đường ống thẳng đứng
Những hạt đất cát chuyển động được trong đường ống là do áp lực của dịng khơng khí tác động vào, điều kiện để hạt đất chuyển động lên trên là áp lực tác dụng của dịng khơng khí chuyển động từ dưới lên trên gây ra phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt đất. Sơ đồ lực tác dụng của dịng khơng khí trong đường ống tác dụng lên hạt đất được thể hiện trên hình 2.14.
Hình 2.14: Lực tác dụng lên hạt đất, cát trong dịng khí chuyển động
- Lực tác dụng lên tiết diện ngang của hạt (còn gọi là tiết diện trực đối) trực giao với chiều chuyển động của dịng khơng khí:
; kG (2.63)
- Lực tác dụng do ma sát giữa khơng khí và bề mặt xung quanh của hạt:
; kG (2.64)
Nếu gọi P là lực tác dụng lên hạt rắn từ dưới lên trên thì:
(2.65) Trong đó: K0 - hệ số tỷ lệ kể đến ảnh hưởng của sự di chuyển các hạt của dịng khơng khí, đối với hạt có hình thon , đối với hạt hình cầu có hệ số K0 thay đổi theo chuẩn số Re.
F- tiết diện lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m2; V- vận tốc của dịng khơng khí trong ống dẫn, m/s;
- hệ số ma sát;
S – bề mặt xung quanh của hạt, m2;
- trọng lượng đơn vị của khơng khí, kg/m3;
Điều kiện để hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong dịng khơng khí là:
(2.66) Trong đó: G - trọng lượng hạt, kg.
Từ phương trình trên ta rút ra được v là vận tốc cân bằng:
; m/s (2.67)
+ Đối với hạt thon K0 = 1 và khi khơng khí ở điều kiện tiêu chuẩn ta có:
Trong đó: đối với bề mặt nhẵn; đối với bề mặt nhám.
+ Đối với hạt hình cầu có đường kính d, m và trọng lượng đơn vị ,
kg/m (2.68)
Thành phần của lực ma sát trong phương trình trên khơng đáng kể, có thể bỏ qua, vận tốc cân bằng được tính theo cơng thức sau:
(2.69) Đối với hệ thống hút và phun đất sử dụng sử dụng dịng khí có thể lấy Re= (0,5-7).103
5 và ứng với trị số Re trong khoảng ấy ta có K0=0,5 ta có.
, m/s (2.70)
Như vậy để cho đất cát chuyển động được trong đường ống thẳng đứng thì vận tốc khơng khí lớn hơn vận tốc cân bằng tính theo cơng thức ( 2.69) hoặc (2.70).