Сивак Игорь

к.т.н., доцент кафедры организации и технологийстроительства

Човнюк Юрий

к.т.н., доцент кафедрыконструирования машин

Кравчук Владимир

к.т.н., доцент

Национальный университет биоресурсови природоиспользованияУкраины

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ СТРОЙИНДУСТРИИ АПК УКРАИНЫ: МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕЧЕНИЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ ПО РАСТВОРОБЕТОНОНАСОСАМ

При транспортировании бетонных смесей  по трубопроводам на большие расстояния (в условиях строительной площадки) с помощью растворобетонона-сосов, возникают существенные трудности, связанные с изменением самой вязкости смеси. В результате за счёт энергопотребления установки, транспортирующей указанную смесь, падает эффективность производственного процесса и надёжность эксплуатации самого растворобетононасоса. Для установления физических механизмов и причин роста коэффициента вязкости транспортируемых смесей, в данной работе предложена модель течения жидкости с конгломератной структурой. В рамках этой модели, строительной / бетонной смеси, изучена эффективная вязкость такой жидкости.  

В конгломератной модели считается, что жидкость содержит кластеры – твёрдотельные частицы, погружённые в неё. Конгломератной структурой также обладают и коллоидные растворы .

Если – коэффициент диффузии жидкой фазы, то её коэффициент вязкости определяется уравнением Стокса – Эйнштейна:

 ,   ,,                            (1)

где а – размер частицы кластера,  – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура (в) жидкости.

Однако, эффективная вязкость жидкости из-за наличия кластеров не равна . Кластеры, загораживая течение, искривляют и удлиняют траектории течения квазижидких элементов. Кроме того, поперечный градиент скорости при сдвиговом течении в жидкой фазе оказывается больше, чем в среднем по поперечному сечению, из-за того, что в обтекаемых кластерах скорость сдвиговой деформации равна нулю. Оба эти механизма влияния кластеров на течение, приводят к увеличению эффективной вязкости по сравнению с .

Эффективная вязкость жидкости со взвешенными в ней шарами впервые была вычислена А. Эйнштейном. В предположении о малости относительного объёма, занимаемого шарами (обозначим эту величину q), им получено следующее выражение для эффективной вязкости  в первом приближении по q:

,                                    (2)

Шар искажает картину течения в сравнительно малой окрестности на расстоянии, сравнимым с радиусом шара. Формула (2) удовлетворительно описывает вязкость при q<0,2, и можно не учитывать взаимное влияние шаров и наложение искажений потока, вносимых разными шарами. Представляет интерес найти выражения для в другом предельном случае, . В этом случае кластеры / коллоидные частицы уже нельзя рассматривать как изолированные шары, они могут сближаясь, соприкасаться между собой, что существенно меняет картину течения. Коэффициент вязкости в этом случае можно найти с помощью теории диффузионно-вязкого течения, контролируемого граничной диффузией .

Если структура близка к поликластерной, со средней толщиной межкластерных прослоек d, то для случая консервативного течения без образования разрывов сплошности можно найти, что:

,      (3)

где  – радиус кластера,  – размер 1-ой частицы кластера,  – диффузионная вязкость, ,  – вязкость, вызванная сопротивлением скольжения кластеров слой по слою.

При, относительный объём, занятый кластерами, равен:

.                                         (4)

 Пренебрегая в (3) вкладом сопротивления скольжения в вязкость, (3) можно представить: .                                         (5)

Коэффициент диффузии  зависит от толщины слоя, и эта зависимость становится существенной при . С учётом этого представим выражение для в виде:  ,                                                     (6)

Формула (6) представляет собой искомое выражение для вязкости жидкости с плотной конгломератной структурой.

Полученные в работе результаты могут быть в дальнейшем использованы для уточнения и совершенствования существующих инженерных методов расчёта режимов течения бетонных смесей.

Литература

1. Бакай А.С.Поликластерные аморфные тела / А.С. Бакай. – Харьков: Синтекс, 2013. – 352 с.
2. Einstein A. // Annalen der Physics. – 1906. – V. 19. – P. 289.