Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель белашова

Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель белашова

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, перемещения, создания давления, нагревания и может быть использовано для автономных систем теплоснабжения малой и средней мощности в любых отраслях народного хозяйства, а также в военных целях.

Известен способ инициирования кавитирующей струи жидкости, согласно которому возбуждают кавитацию в кольцевой высокоскоростной струе жидкости путем размещения в выходном сопле центрального тела, которое создает каверну с отрицательным числом кавитации, путем подачи нагретого пара, при этом напор струи жидкости подбирают для образования каверны с плавным смыканием струи. Смотрите патент России N 2060344, кл. Е 21 В 7/18 - аналог.

Известен опорно-уплотнительный узел ротора центробежного компрессора, содержащий подшипник скольжения с самоулавливающимися вкладышами и уплотнение с плавающими кольцами, между которыми установлены опорные сегменты. Смотрите патент России N 928079, кл. F 04 D 29/04 - аналог.

Известен кавитационный аппарат, содержащий корпус с устройством подачи исходного материала и устройством отвода отработанного материала, кавитатор, расположенный в отверстии сужающего устройства и выполненный в виде установленной на валу крыльчатки с клиновидной формой сечения лопастей и острой передней кромкой. Смотрите Авторское свидетельство СССР N 1353858, кл. D 21 В 1/36 - прототип.

Цель изобретения - увеличение производительности, повышение к.п.д. и расширение функциональных возможностей гидрофизического кавитационного теплового нагревателя. Предоставить и убедительно доказать сведения, подтверждающие возможность осуществления данного изобретения, путем выведения математических выражений в формулах, чертежах, графиках и рисунках,

- определение полного расстояния пути водного потока,

- определение максимальной силы струи водного потока,

- определение эффективной силы струи водного потока,

- определение минимальной силы струи водного потока,

- определение максимальной работы струи водного потока,

- определение эффективной работы струи водного потока,

- определение кинематической вязкости струи водного потока,

- определение максимальной мощности струи водного потока,

- определение эффективной мощности струи водного потока,

- определение максимального коэффициента кавитации гидрофизического кавитационного теплового нагревателя,

- определение эффективного коэффициента кавитации гидрофизического кавитационного теплового нагревателя,

- определение к.п.д. гидрофизического кавитационного теплового нагревателя.

На фиг.1 изображен гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель с подвижный устройством предварительного прогревания жидких, проводящих электрический ток химических компонентов.

На фиг.2 изображен разрез А-А подвижного устройства предварительного прогревания жидких, проводящих электрический ток химических компонентов.

На фиг.3 изображен разрез цилиндрического торцевого плавающего подпряженного уплотнителя.

На фиг.4 изображен гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель для автономных систем теплоснабжения малой и средней мощности.

На фиг.5 изображен разрез Б-В сужающего устройства гидрофизического кавитационного теплового нагревателя.

На фиг.6 изображен гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель, содержащий четное или нечетное количество корпусов и приводов.

На фиг.7 изображены графики максимальной, эффективной и минимальной силы струи водного потока гидрофизического кавитационного теплового нагревателя.

На фиг.8 изображено четное или нечетное количество секций кавитатора гидрофизического кавитационного теплового нагревателя.

Сущность технического решения достигается тем, что гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель для автономных систем теплоснабжения малой и средней мощности содержит четное или нечетное количество корпусов с устройствами уплотнительного соединения, которые связаны с боковыми крышками элементами крепления, устройств ввода рабочей смеси, имеющих емкость с устройством защиты, систем подачи жидких, газообразных или твердых измельченных химических компонентов, имеющих трубопровод и емкость, механизмов прогревания или охлаждения жидких газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов, которые связаны с механизмом распределения. Дозированная подача жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов может осуществляться на любой стадии технологического процесса из емкости через механизмы дозированной подачи жидких газообразных или твердых измельченных химических компонентов выполненных в виде форсунки или центробежного распылителя, устройств вывода рабочей смеси и отверстий сужающих устройств, приводов, которые через элементы качения или скольжения взаимодействуют с валами, на которых размещены кавитаторы, выполненные в виде крыльчаток или шнека и состоят из секций, где одна секция имеет смещение относительно других секций. Лопасти кавитатора имеют отверстия разного диаметра и каналы перфорации. Диамагнитных вставок с отверстиями сужающих устройств, имеющих входную и выходную часть сопла с тугоплавкими вставками и ребрами жесткости. Установленных на валах подвижных устройств предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов, выполненных из диамагнитного проводящего электрический ток материала и содержащих каналы для прохода рабочей смеси. Внутри каналов для прохода рабочей смеси размещены внешние магнитные системы с магнитами и магнитопроводами, установленные внутри корпуса и внутренними магнитными системами, которые установлены на валах. Неподвижных устройств предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов содержащих каналы для прохода рабочей смеси. Внутри каналов и корпуса размещены магнитные системы, которые выполнены из постоянных магнитов и электромагнитов, механизмов торцевых уплотнителей, защищенных диамагнитными вставками и установленных между отражателями системы тепловой защиты и боковых крышек корпуса, выполненных из термостойких вставок. Внутри термостойких вставок расположены цилиндрические термостойкие уплотнители и цилиндрические торцевые плавающие подпряженные уплотнители, выполненные из внешнего корпуса, имеющего скользящую прокладку, которая взаимодействует с внутренним корпусом. Внутри внешнего и внутреннего корпуса цилиндрических торцевых плавающих подпряженных уплотнителей установлена жесткость, одно основание которой содержит стакан с элементами качения, где вкладыши и пружины взаимодействуют с внутренним и внешним корпусом. Между цилиндрическими термостойкими уплотнителями и цилиндрическими торцевыми плавающими подпряженными уплотнителями расположено устройство разделительного уплотнения, выполненное в виде камеры, заполненной разделительной жидкостью, которая через капиллярные трубки связана с устройством регулирования давления, имеющим механизм регенерации разделительной жидкости и механизм утилизации вредных соединений. Промежуточных камер, внутри которых расположено устройство передачи тепловой энергии, выполненное в виде бойлера с входным и выходным трубопроводом. Устройств защиты, выполненных в виде термопредохранительных клапанов. Теплозащитных устройств, выполненных в виде муфт и шумозащитных кожухов. Боковых крышек с устройствами уплотнительного соединения, выполненных в виде термостойкого кольца и манжеты, причем гидрофизический кавитационный тепловой нагревать может быть выполнен в виде отдельного модуля.

Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель, фиг.1, содержит корпус 1, который через устройство уплотнительного соединения 2 связан с боковой крышкой 3 элементами крепления 4. Внешняя часть корпуса гидрофизического кавитационного теплового нагревателя 1 содержит устройство ввода рабочей смеси 5 и устройство вывода рабочей смеси 6. Внутренняя часть гидрофизического кавитационного теплового нагревателя 1 содержит, по меньшей мере, отверстие сужающего устройства 7, вал 8, кавитатор 9 и привод 10. Вал гидрофизического кавитационного теплового нагревателя 8 взаимодействует с боковой крышкой 3 через элементы скольжения, которые снабжены уплотнительным соединением 11. В зависимости от предназначения и использования, а также для увеличения производительности, расширения функциональных возможностей и повышения к.п.д. гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель дополнительно содержит четное или нечетное количество диамагнитных вставок 12, имеющих отверстие сужающего устройства 7. Каждое отверстие сужающего устройства 7 выполнено в виде входной части сопла 13 и выходной части сопла 14. Входная часть сопла 13 содержит ребра жесткости 15. Выходная часть сопла 14 содержит ребра жесткости 16 и тугоплавкую вставку 17. Внутри отверстия сужающего устройства 7 размещено подвижное устройство предварительного прогревания жидких, проводящих электрический ток, химических компонентов 18, которое установлено на валу 8 и выполнено из диамагнитного материала с внутренней магнитной системой 19 и внешней магнитной системой 20, которое расположено в отверстии сужающего устройства 7. Кавитатор 9 установлен на валу 8 и расположен внутри корпуса 1, между входной частью сопла 13 и отражателем системы тепловой защиты 21. Механизм торцевого уплотнения выполнен из термостойких вставок 22 и термостойких вставок 23 и установлен между отражателем системы тепловой защиты 21 и боковой крышкой 3. Внутри термостойких вставок расположено четное или нечетное количество цилиндрических торцевых термостойких уплотнителей 24 и четное или нечетное количество цилиндрических торцевых плавающих подпряженных уплотнителей 25. Между цилиндрическими торцевыми термостойкими уплотнителями 24 и цилиндрическими торцевыми плавающими подпряженными уплотнителями 25 расположено устройство разделительного уплотнения 26, которое выполнено в виде камеры, заполненной разделительной жидкостью. Разделительная жидкость устройства разделительного уплотнения 26 через капиллярные трубки 27 связана с устройством регулирования давления 28. Устройство регулирования давления 28 содержит механизм регенерации разделительной жидкости и механизм утилизации вредных соединений. Боковая крышка 3 имеет устройство уплотнительного соединения, которое выполнено в виде термостойкого кольца 29 и манжеты 30. Устройство подачи исходного материала 5 имеет систему подачи жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов, которая содержит емкость 31, механизм дозированной подачи жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов 32, трубопровод 33, устройство подогревания или охлаждения жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов 34, которое связано с механизмом распределения 35. Механизм распределения 35 выполнен в виде форсунки или центробежного распылителя. Дозированная подача жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов может осуществляться на любой стадии технологического процесса из емкости 36 через механизм дозированной подачи жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов 37, трубопровод 38 в механизм распределения 39. Механизм распределения 39 выполнен в виде форсунки или центробежного распылителя. Для поддержания заданного температурного технологического процесса распределительное устройство 35 дополнительно содержит устройство подогревания или охлаждения жидких, газообразных или твердых мелкоизмельченных химических компонентов 34. Для увеличения к.п.д. гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель дополнительно содержит четное или нечетное количество подвижных или неподвижных устройств предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов 18, которые для своей работы используют растворы солей и кислот в воде или в каком-либо другом растворителе, которые проводят электрический ток. Называются такие растворы электролитами или проводниками второго рода. При растворении солей и кислот в воде или в каком-либо другом растворителе часть молекул распадается на две части, называемые ионами, причем одна часть имеет положительный заряд, другая часть имеет отрицательный заряд. Таким образом, в отличие от металлических проводников, где переносчиками электричества являются электроны, в электролитах ими служат ионы. Ионы могут быть простыми и сложными, в электролитах ион образован одним атомом вещества. Ионы, состоящие из нескольких атомов, называются сложными. Распад химических соединений на ионы под действием растворителя называется электрической диссоциацией и выражается обычными химическими уравнениями, в левой части которых помещаются химические символы распадающихся веществ, а в правой части - образующиеся из этих веществ ионы. Например, уравнение диссоциации поваренной соли (хлористого натрия) записывается следующим образом:

Для более сложных соединений процесс диссоциации может протекать в несколько стадий. Прохождение тока через электролит сопровождается химическим процессом, называемым электролизом. Проводники второго рода - электролиты, проходя через магнитные системы подвижного или неподвижного устройства предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов 18 будут индуктировать э.д.с., где направление индуктированной э.д.с. соответствует правилу правой руки. Индуктированная э.д.с. подвижного или неподвижного устройства предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов 18 будет электрически замыкаться на проводящую электрический ток диамагнитную вставку 12, которая выполнена из алюминиевого сплава. После электрического замыкания полученная э.д.с. будет превращаться в тепловую энергию. Помимо этого, прохождение тока через электролит будет сопровождаться химическим процессом, называемым электролизом. Находящиеся в электролите ионы, притягиваясь к электродам, двигаются в противоположных направлениях, положительные ионы - к катоду, а отрицательные ионы - к аноду. В данном случае катодом и анодом являются магнитные системы 19 и 20. Например, при электролизе раствора поваренной соли на катоде отлагаются положительные ионы натрия, а на аноде - отрицательные ионы хлора. При прохождении электрического тока через электролит на электродах выделяется определенное количество веществ, содержащихся в виде химического соединения в электролите, где зависимость выделенного вещества зависит от силы тока и подчиняется законам Фарадея. При увеличении степени кавитации к.п.д. подвижного и неподвижного устройств предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов 18 будет уменьшаться, так как будет увеличиваться количество воздушных каверн, которые являются диэлектриками. Подвижным или неподвижным устройством предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов можно поддерживать температуру смеси воды и воздуха в заданном режиме. В подвижном или неподвижном устройстве предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов можно использовать постоянные магниты или электрические магниты с магнитопроводами. Постоянные магниты марки Нм30Ди5к8рт имеют остаточную магнитную индукцию Br - 1,2 Тл, которая не меняется при температуре 120°С. На валу 8 можно разместить четное или нечетное количество кавитаторов 40, расположенных в отверстиях сужающего устройства 41 диамагнитной вставки 42. Каждое отверстие сужающего устройства 41 выполнено в виде входной части сопла 43 и выходной части сопла 44. Входная часть сопла 43 содержит ребра жесткости 45. Выходная часть сопла 44 содержит ребра жесткости 46 и тугоплавкую вставку 47. На фиг.2 изображен разрез А-А подвижного устройства предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов 18, которое выполнено из диамагнитного проводящего электрический ток материала и содержащего четное или нечетное количество каналов 48 для прохода рабочей смеси. Внутри каналов для прохода рабочей смеси 48 размещены внутренние магнитные системы 19, которые содержат магниты 49 и магнитопроводы 50. Внешние магнитные системы 20 расположены внутри отверстия сужающего устройства 7 диамагнитной вставки 12 и содержат магниты 51 и магнитопроводы 52. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель может дополнительно содержать неподвижное устройство предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов, имеющих четное или нечетное количество каналов для прохода рабочей смеси 48, внешнюю и внутреннюю магнитную систему с магнитами и магнитопроводами, которые жестко установлены внутри корпуса 1. Магнитные системы подвижного и неподвижного устройств предварительного прогревания жидких проводящих электрический ток химических компонентов могут быть выполнены из постоянных магнитов или электромагнитов. На фиг.3 изображен разрез цилиндрического торцевого плавающего подпряженного уплотнителя 25, который содержит внешний корпус 53, имеющий скользящую прокладку 54. Скользящая прокладка 55 связана с внутренним корпусом 56, который взаимодействует с внешним корпусом 53. Внутри цилиндрического плавающего подпряженного уплотнителя 25 установлена жесткость 57. Одно основание жесткости 57 содержит стакан 58 с элементами качения 59, которые через вкладыш 60 и пружину 61 взаимодействуют с внутренним корпусом 56. Второе основание жесткости 57 содержит стакан 62 с элементами качения 63, которые через вкладыш 64 и пружину 65 взаимодействуют с внутренней частью корпуса 53. Вал 8 опирается на элементы скольжения 66 боковой крышки 3 и упорные элементы скольжения 67 корпуса 1. На фиг.4 изображен гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель для автономных систем теплоснабжения малой и средней мощности, содержащий корпус 1, диамагнитную вставку 12, которая имеет отверстие сужающего устройства 7. Отверстие сужающего устройства 7 выполнено в виде входной части сопла 13 и выходной части сопла 14. Входная часть сопла 13 содержит ребра жесткости 15. Выходная часть сопла 14 содержит ребра жесткости 16 и тугоплавкую вставку 17. Внутри ребер жесткости 16 установлены промежуточные элементы скольжения 68. Вал 8 опирается на элементы скольжения 66 и промежуточные элементы скольжения 68. Кавитатор 9 установлен на валу 8 и расположен внутри отверстия сужающего устройства 7. Механизм торцевого уплотнения выполнен из термостойких вставок 22 и термостойких вставок 23, защищен диамагнитной вставкой 69 и установлен между отражателем системы тепловой защиты 21 и боковой крышкой 3. Внутри термостойких вставок расположено четное или нечетное количество цилиндрических торцевых термостойких уплотнителей 24 и четное или нечетное количество цилиндрических торцевых плавающих подпряженных уплотнителей 25. Между цилиндрическими торцевыми термостойкими уплотнителями 24 и цилиндрическими торцевыми плавающими подпряженными уплотнителями 25 расположено устройство разделительного уплотнения 26, которое выполнено в виде камеры, заполненной разделительной жидкостью. Разделительная жидкость устройства разделительного уплотнения 26 через капиллярные трубки 27 связана с устройством регулирования давления 28. Боковая крышка 3 имеет устройство уплотнительного соединения, которое выполнено в виде термостойкого кольца 29 и манжеты 30. Диамагнитная вставка 42 имеет отверстие сужающего устройства 41. Отверстие сужающего устройства 41 выполнено в виде входной части сопла 43 и выходной части сопла 44. Входная часть сопла 43 содержит ребра жесткости 45. Выходная часть сопла 44 содержит ребра жесткости 46 и тугоплавкую вставку 47. Внутри ребер жесткости 46 на промежуточных элементах скольжения 70 установлен вал 71. Вал 71 опирается на элементы скольжения 72 и промежуточные элементы скольжения 70. Кавитатор 40 установлен на валу 71 и расположен внутри отверстия сужающего устройства 41. Механизм торцевого уплотнения защищен диамагнитной вставкой 73 и установлен между отражателем системы тепловой защиты 74 и боковой крышкой 75. Механизм торцевого уплотнения выполнен из термостойких вставок 76 и термостойких вставок 77. Внутри термостойких вставок расположено четное или нечетное количество цилиндрических торцевых термостойких уплотнителей 78 и четное или нечетное количество цилиндрических торцевых плавающих подпряженных уплотнителей 79. Между цилиндрическими торцевыми термостойкими уплотнителями 78 и цилиндрическими торцевыми плавающими подпряженными уплотнителями 79 расположено устройство разделительного уплотнения 80, которое выполнено в виде камеры, заполненной разделительной жидкостью. Разделительная жидкость устройства разделительного уплотнения 80 через капиллярные трубки 81 связана с устройством регулирования давления 28. Боковая крышка 75 имеет устройство уплотнительного соединения, которое выполнено в виде термостойкого кольца 83 и манжеты 84. Устройство ввода рабочей смеси 5 связано с камерой 85, а устройство ввода рабочей смеси 86 связано с камерой 87. Между выходной частью сопла 14 и выходной частью сопла 44 размещена промежуточная камера 89, которая связана с устройством вывода рабочей смеси 90. Внутри промежуточной камеры 89 расположено устройство передачи тепловой энергии 91, которое выполнено в виде бойлера, имеющего входной трубопровод 92 и выходной трубопровод 93. Устройство ввода рабочей смеси 5, устройство ввода рабочей смеси 86 и устройство вывода рабочей смеси 90 связаны с емкостью 94. Емкость 94 имеет устройство защиты 95, которое выполнено в виде термопредохранительного клапана. Электрический двигатель 10 связан с валом 8 через теплозащитное устройство 96, а электрический двигатель 97 связан с валом 71 через теплозащитное устройство 98. Теплозащитные устройства 91 и 98 выполнены в виде теплозащитных муфт. Для уменьшения шума гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель содержит шумозащитный кожух 99. Корпус 1 через уплотнительное соединение 100 связан с боковой крышкой 75 элементами крепления 101. Ребра жесткости 16 и 46, на которых установлены промежуточные элементы скольжения 68 и 70, фиг.5, содержат обтекающий профиль, а диамагнитные вставки 12 и 42 выполнены из проводящих электрический ток материалов. На фиг.6 изображен гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель, содержащий четное или нечетное количество корпусов 102, 103, 104, 105, которые через валы 106, 107, 108, 109 связаны с приводами 110, 111, 112, 113. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель может работать с четным или нечетным количеством корпусов последовательно, где рабочая смесь химических компонентов из устройства вывода рабочей смеси одного корпуса поступает в устройство ввода рабочей смеси другого корпуса. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель 102 содержит устройство ввода рабочей смеси 114 и устройство вывода рабочей смеси 115. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель 103 содержит устройство ввода рабочей смеси 116 и устройство вывода рабочей смеси 117. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель 104 содержит устройство ввода рабочей смеси 118 и устройство вывода рабочей смеси 119. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель 105 содержит устройство ввода рабочей смеси 120 и устройство вывода рабочей смеси 121. Устройство ввода рабочей смеси 114 содержит входной трубопровод 122. Устройство вывода рабочей смеси 115 через связующий трубопровод 123 связано с устройством ввода рабочей смеси 116. Устройство вывода рабочей смеси 117 через связующий трубопровод 124 связано с устройством ввода рабочей смеси 118. Устройство вывода рабочей смеси 119 через связующий трубопровод 125 связано с устройством ввода рабочей смеси 120. Устройство вывода рабочей смеси 121 содержит выходной трубопровод 126. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель может работать с четным или нечетным количеством корпусов параллельно, где рабочая смесь химических компонентов из устройств ввода рабочей смеси 114, 116, 118, 120, которые могут работать независимо друг от друга, поступает через устройства вывода рабочей смеси 115, 117, 119, 121 в промежуточную камеру 127, которая имеет устройство вывода рабочей смеси 128 и выходной трубопровод 129. Гидрофизический кавитационный тепловой нагреватель может быть выполнен в виде отдельного модуля 130 и применяться для автономных систем теплоснабжения малой и средней мощности, центробежного насоса, компрессора, вентилятора, смесителя, устройства для получения тонкодисперсных смесей, датчика измерительного устройства. В экологии для утилизации отходов нефтепродуктов и получения из них топочного топлива. В целлюлозно-бумажной, химической, пищевой и других отраслях промышленности для размола, прогревания, перемешивания, гомогенизации многокомпонентных систем. В здравоохранении для получения лекарственных веществ в виде аэрозолей, т.е. мельчайших твердых и жидких частиц, диспергированных в воздухе, для лечения и профилактики больных в стационарных условиях, а также в военных целях и т.д.

Необходимо помнить, что вода обладает аномальной высокой теплоемкостью [4,18 Дж/(г·K)], то есть вода медленно нагревается и медленно остывает, является таким образом регулятором температуры. При нагревании воды в гидрофизическом кавитационном аппарате часть теплоты затрачивается на разрыв водородных связей (энергия разрыва водородной связи в воде составляет примерно 25 кДж/моль). Этим объясняется высокая теплоемкость воды, где водородные связи между молекулами воды полностью разрываются только при переходе воды в пар.

Для подтверждения возможности осуществления данного изобретения наглядно определим максимальную работу струи водного потока, который перемещается по трубопроводу при 20°С:

D - 0,025 м = 2,5 см

L1 - 1,000 м = 100,000 см

L2 - 204,3108285 м = 20431,08285 см

где:

D - внутренний диаметр трубопровода, см,

L1 - длина трубопровода,

см L2 - длина трубопровода, см.

Определим внутреннюю площадь отверстия трубопровода:

где:

S - площадь отверстия внутреннего диаметра трубопровода, см^2,

П - 3,141592653 (отношение длины окружности к его диаметру),

D - внутренний диаметр трубопровода - 2,5 см².

Переведем внутреннюю площадь отверстия внутреннего диаметра трубопровода в м²:

1 м² - 10000 см²

Х м² - 4,908738521234051935 см²

Определим объем воды, который находится в трубопроводе:

L1 - 1,000 м = 100,000 см,

L2 - 204,3108285 м = 20431,08285 см,

V1=S·L1=4,908738521234051935 см²·100,000 см = 490,873852123405193509788028 см³,

V2=S·L2=4,908738521234051935 см²·20431,08285 см = 100290,84341631939927187614990293 см³,

где:

S - площадь отверстия внутреннего диаметра трубопровода, см²,

V1 - объем воды трубопровода, см³,

V2 - объем воды трубопровода, см³,

L1 - длина трубопровода, см,

L2 - длина трубопровода, см.

Из физики мы знаем, что плотность воды при 20°С, рв=0,99823 г/см³.

Определим вес воды, который находится в трубопроводе L1 и L2 при 20°С:

L1 - 1,000 м = 100,000 см,

L2 - 204,3108285 м = 20431,08285 см.

G1=V·рв=490,873852123405193509788028 см³·0,99823 г/см³ = 490,00500540514676631727570319044 г,

G2=V·рв=100290,8434163193992718761499 см³·0,99823 г/см³ = 10272,6286234725139351649291166735 г,

где:

G1 - вес воды, находящейся в трубопроводе L1, г,

G2 - вес воды, находящейся в трубопроводе L2, г,

V1 - объем воды в трубопроводе L1, см³,

V2 - объем воды в трубопроводе L2, см³,

рв - плотность воды при 20°С, г/см³.

Переведем вес воды, которая находится в трубопроводе L1 и L2 при 20°С в кг:

где: L1 - 1 метр

L2 - 204,3108285 м

1 кг = 1000 г

Х кг = 490,00500540514676631727570319044 г

Переведем объем воды в м³, которая находится в трубопроводе L1 и L2:

L1 - 1 метр

L2 - 204,3108285 м

где: 1 м³ = 1000000 см³

Х м³ = 490,873852123405193509788028 см³

Переведем плотность воды в кг/м³:

где:

G1 - вес воды, которая находится в трубопроводе L1, кг,

V1 - объем воды, которая находится в трубопроводе L1, м³,

рв - плотность воды при 20°С, кг/м³.

Переведем вес воды, которая находится в трубопроводе L1, в Ньютоны, где:

L1 = 1 метр

9,80665 Н = 1 кг

Х Н = 0,489450317952247318448609643354352 кг.

Из физики мы знаем, что сила - величина векторная, ее обозначают буквой . За направление вектора силы принимается направление вектора ускорения тела, на которое действует сила.

В Международной системе единиц принимается сила, которая телу массой 1 кг сообщает ускорение 1 м/с². Эта единица называется ньютоном (Н):

Зная максимальную силу струи водного потока и длину пути его перемещения, можно определить максимальную работу струи водного потока, который перемещается по трубопроводу:

А=F·L,

где:

F - сила, Н,

L - путь, м.

Максимальная работа струи водного потока трубопровода при 20°С, которая прошла расстояние 1 м.

A max = F·L,

A max = 4,80530758625638253590531177468821 Н·1 м = 4,80530758625638253590531177468821 Н·м

где:

F - сила струи водного потока трубопровода, Н,

L - расстояние пройденного пути, м,

A max - максимальная работа струи водного потока трубопровода, Н·м.

Наглядно определим максимальную работу струи водного потока, который дискретно перемещается на расстояние 8 м по трубопроводу:

F - сила струи водного потока трубопровода, Н,

L1 - расстояние пройденного пути - 8 м,

L2 - расстояние пройденного пути - 204,3108285 м.

Максимальная работа струи водного потока, который перемещается на расстояние 8 метров = 172,991073105229771292 Н·м. Внутренняя площадь отверстия трубопровода = 4,90873852123405 см².

На рисунке 1 множество натуральных чисел n,........., которые выражают полное расстояние всего пути водного потока - L 1

L1=n+n+n...=1+2+3+4+5+6+7+8=36 м,

где:

L1 - расстояние отрезка пути струи водного потока, м,

n - множество натуральных чисел, которые выражают расстояние отдельных отрезков пути водяного потока и входят в общее расстояние отрезка пути, м.

Определим максимальную работу струи водного потока с внутренним диаметром 0,025 метра, которая проходит полное расстояние пути - 36 метров:

A max = F·L = 4,80530758625638253590531177468821 Н·36 м = 172,991073105 Н·м,

где:

L1 - расстояние отрезка пути струи водного потока, м,

F - сила струи водяного потока, Н,

A max - максимальная работа струи водного потока, Н·м.

По формуле Белашова (1) можно определить расстояние отрезка пути струи водного потока L1, рис 1:

где:

L1 - расстояние отрезка пути струи водного потока, м.

По формуле Белашова (1) определим расстояние отрезка пути струи водного потока L2:

где:

L2 - расстояние отрезка пути струи водного потока, м.

По этой методике можно определить максимальную работу струи водного потока L2 с внутренним диаметром 0,025 метра, которая проходит расстояние отрезка пути = 20973,612735428206125 м:

A max = F·L2 = 4,80530758625638253590531177468 Н·20973,612735428206125 м = 100784,66038875663787103919061364 Н·м,

где:

L2 - расстояние отрезка пути струи водного потока, м,

F - сила струи водного потока, Н,

A max - максимальная работа струи водного потока, Н·м.

Зная силу струи водного потока, внутренний диаметр струи водного потока и плотность воды при 20°С при нормальной жесткости, определим кинематическую вязкость водного потока - Бв.

При этом необходимо учитывать, что водный поток из трубопровода поступает дискретными импульсами через определенный интервал времени - Δt, имеющий дискретное количество интервалов - n и

где:

F - сила струи водного потока, Н,

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С - 462.127493944895187929545225419 м²/с,

D - внутренний диаметр трубопровода - 0,025 м²,

рв - плотность воды при 20°С - 998,23 кг/м³,

Δt - дискретный интервал времени - 7,5 с,

n и - количество дискретных интервалов - 8.

По формуле Белашова (2) можно определить максимальную силу струи водного потока L1:

где:

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С - 462,127493944895187929545225419 м²/с,

D - внутренний диаметр трубопровода - 0,025 м²,

рв - плотность воды при 20°С - 998,23 кг/м³,

Δt- дискретный интервал времени - 7,5 с,

n и - количество дискретных интервалов - 8,

F max - максимальная сила струи водного потока, Н.

По формуле Белашова (3) можно определить максимальную работу струи водного потока, которая проходит расстояние L2:

где:

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С - 462,127493944895187929545225419 м²/с,

L2 - расстояние отрезка пути струи водного потока - 204,3108285 м,

D - внутренний диаметр трубопровода - 0,025 м²,

рв - плотность воды при 20°С - 998,23 кг/м³,

Δt - дискретный интервал времени - 0, 29367019085 с,

n и - количество дискретных интервалов - 204,3108285,

A max - максимальная работа струи водного потока, Н·м.

Формула Белашова (3) точно определяет максимальную работу струи водного потока, который перемещается по трубопроводу.

Кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С, при нормальной жесткости воды выведена А.Н.Белашовым и соответствует размерным единицам физических величин:

По формуле Белашова (5) можно определить эффективную работу струи водного потока, который перемещается по трубопроводу:

где:

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С - 462,127493944895187929545225419 м²/с,

L - расстояние отрезка пути струи водного потока, м,

D - внутренний диаметр трубопровода, м²,

рв - плотность воды при °С, кг/м³,

k к max - максимальный коэффициент кавитации,

Δt - дискретный интервал времени, с,

n и - количество дискретных интервалов

A eff - эффективная работа струи водного потока, Н·м.

Из физики мы знаем, что мощностью называется работа, производимая ( или потребляемая ) в одну секунду:

где:

А - работа, Н·м,

Р - мощность, Вт,

t - время, с.

По формуле Белашова (6) можно определить максимальную мощность струи водного потока:

где:

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С - 462,127493944895187929545225419 м²/с,

L - расстояние отрезка пути струи водного потока, м,

D - внутренний диаметр трубопровода, м²,

рв - плотность воды при °С, кг/м³,

Δt - дискретный интервал времени, с,

t - время, с,

n и - количество дискретных интервалов,

Р max - максимальная мощность струи водного потока, Вт.

По формуле Белашова (6) определим максимальную мощность струи водного потока L1:

где:

Бв - кинематическая вязкость водного потока за единицу времени при 20°С - 462,127493944895187929545225419 м²/c,

L - расстояние отрезка пути струи водного потока - 8 м,

D - внутренний диаметр трубопровода - 0,025 м²,

рв - плотность воды при 20°С - 998,23 кг/м³,

Δt - дискретный интервал времени - 7,5,

n и - количество дискретных интервалов - 8,

t - время - 1 с,

Р max - максимальная мощность струи водного потока, Вт.

По формуле Белашова (7) м