Ударное взаимодействие частиц с тонкими слоями дисперсных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ярославский государственный технический университет

Ударное взаимодействие частиц с тонкими слоями дисперсных материалов

А.Е. Лебедев

Д.В. Лебедев

А.А. Ватагин

С. Суид

Ударные процессы при переработке дисперсных сред являются достаточно частыми явлениями и осуществляются во многих отраслях промышленности [1]. Столкновения частиц, как между собой, так и со слоями дисперсных материалов, происходят в процессах смешения, измельчения, транспортирования и прочих механических и гидромеханических процессах [2-5].

Ударное взаимодействие частиц, особенно высокоскоростное, может существенно повлиять на параметры процесса, заметно изменить структуру потоков и привести к перераспределению объемной плотности материалов [6-8]. Все это, в конечном итоге, сказывается на качестве получаемого продукта. По этой причине опытное и теоретическое изучение механики столкновения частиц с подложками, образуемыми в аппаратах при переработке дисперсных сред, является важной задачей [9-10].

Опытными исследованиями установлено, что при столкновении набегающего потока твердых частиц со слоем дисперсного материала наблюдается образование различных по форме и структуре всплесков (выброса материала подложки). Несмотря на то, что ударное проникновение твердых частиц в слой сыпучей среды имеет некоторые сходства с аналогичными явлениями, происходящими в жидкостях, существует множество особенностей данного явления, например, сохранение формы образованного кратера.

Для изучения процесса ударного взаимодействия частиц с подложками различной толщины был проведен ряд опытных исследований.

Опыты по проникновению твердых частиц в слой сыпучего материала проводились на установке, фотография и схема которой представлены на рис. 1 и 2 соответственно.

Рис. 1. Фотография опытной установки по изучению проникновения частиц в сыпучий материал

1 - станина, 2 - емкость с сыпучим материалом, 3 - упругий элемент, 4 - захват, 5 - лампа, 6 - натяжное устройство со спусковым механизмом.

Рис. 2. Схема опытной установки по изучению проникновения частиц в сыпучий материал

Эксперимент проводился в следующем порядке. В емкость 2 засыпались частицы подложки после чего поверхность выравнивалась.

В захват 4 засыпались твердые частицы. При помощи натяжного устройства захват перемещался в вертикальном направлении на требуемую величину и фиксировался. При отпускании захвата упругие элементы распрямлялись и разгоняли находящиеся в захвате частицы. После схода с захвата частицы ударялись о поверхность сыпучего материала, находящегося в емкости 2.

В результате проведенных опытов были установлено, что при малых скоростях столкновения частиц с поверхностью тонких подложек (толщина подложки менее 10 диаметров частиц) наблюдается образование кратера с достаточно ровными краями (рис. 3).

Рис. 3. Результат столкновения при скорости 5 м/с

Рис. 4. Результат столкновения при скорости 10 м/с

С увеличением скорости взаимодействия имеет место возникновения разлетания частиц с образованием «короны» (Рис. 5).

Рис. 5. Результат столкновения при скорости 10 м/с

На данном рисунке видна сформировавшаяся из частиц подложки корона. Как и в случае столкновения с жидкими подложками корона расширяется в радиальном направлении при увеличении скорости столкновения.

Результаты опытов по влиянию скорости ударного взаимодействия твердых частиц с тонкими подложками на размер образованного кратера показаны на рис. 6.

Рис. 6. Зависимость диаметра кратера от скорости частицы

Повышение скорости столкновения частицы с тонкой подложкой сыпучего материала приводит к увеличению диаметра и глубины образованного кратера. Так, в случае столкновения частиц размером 1,5 мм с поверхностью подложки сыпучего материала (размеры частиц от 0,2 до 0,8 мм) толщиной 20 мм наиболее резкое возрастание диаметра кратера происходило при скоростях соударения более 20 м/с.

Литература

ударный подложка дисперсный среда

1. Зайцев, А.И. Изменения во фракционном составе взаимодействующих дисперсных потоков / А.И. Зайцев, Д.О. Бытев, И.А. Зайцев, А.Е. Лебедев // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. ? Иваново. 2002, ? Т. 45, вып. 7.? С. 88-90.

2. Лебедев, А.Е. Метод оценки коэффициента неоднородности смесей сыпучих сред / А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев, А.А. Петров // Инженерный вестник Дона, 2014, № 3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2014/2556.

3. Верлока, И.И. Современные гравитационные устройства непрерывного действия для смешивания сыпучих компонентов / И.И. Верлока, А.Б. Капранова, А.Е. Лебедев // Инженерный вестник Дона, 2014, № 4 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2014/2599.

4. Kapranova, A.B. The optimization problem of the curvilinear blades from in the powder densification set-up./ A.B. Kapranova, A.I. Zaitzev., A.V. Bushmelev., A.E. Lebedev// CHISA 2006 : The 17-th Int. Congr. of Chem. Eng., Chem Equip., Desing and Automation. - Praha, Czech. Repablic, 2006. -Р. 1080.

5. Лебедев, А.Е. К расчету процесса ударного взаимодействия потока твердых частиц с преградой / А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев, А.А. Петров, И.С. Шеронина, А. С. Суханов // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2011. - Т. 54, вып. 6. - С. 105-106.

6. Лебедев, А.Е. Новые способы смешения сыпучих сред и аппараты для их осуществления / А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев, И.С. Шеронина, С. Суид // Современные наукоемкие технологии. Москва, 2016. - №6 часть 2, С.264-268.

7. Лебедев, А.Е. Метод определения коэффициента отражения частиц от отбойного элемента/ А. Е. Лебедев, А.И. Зайцев В.А. Бадоев // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 6. URL: science-education.ru/120-17050 (дата обращения: 22.01.2015).

8. Kapranova, A.B. Estimation of the layer thickness of the bulk material by its “falling down” the curvilinear blade of the centrefugal breaker / A.B. Kapranova, A.I. Zaytzev, A.E. Lebedev // Czasopismo techniczne. Mechanika. - Krakov, Poland, 2012.-V6, № 109. pp. 183-188.

9. Лебедев, А.Е Математическое описание процесса образования дисперсных потоков / А.Е. Лебедев, А.И. Зайцев // Фундаментальные исследования. - Москва, 2013. - № 10, С. 3338-3341.

10. Лебедев, А.Е. Исследование процесса смешения сыпучих материалов в центробежном смесителе канального типа / А.Е. Лебедев, А.А. Петров // Изв. ВУЗов. Химия и химическая технология. - Иваново, 2013. - Т. 56, вып. 6. С. 90-91.

Размещено на Allbest.ru