[Ушаков С.Г., Зверев Н. И. Инерционная сепарация пыли. – М.: Энергия, 1974 ]
Сепаратор (см. Авдеев Н. Е. Центробежные сепараторы для зерна. –М.: Колос, 1975)
Классификация воздушных сепараторов может быть проведена по самым различным признакам: виду разделяемого материала, назначению (промышленный или лабораторный), производительности, конструктивным особенностям и т. д. Классификация по принципу действия сил, как меры механического воздействия на данное материальное тело (на разделяемый продукт) другого материального тела (газа) позволяет наиболее правильно оценить преимущества и недостатки отдельных типов аппаратов, выявить их возможности и дает основу для создания конкретных конструкций сепараторов, отвечающих поставленным требованиям. На рис. 1-2 рассматривается классификация воздушных, сепараторов в соответствии с [Л. 5]. Показаны принципиальные схемы процесса сепарации или эскизы конкретных сепараторов различных классов. Строгому и аргументированному выбору способов и средств сепарации (разделения) зерновой смеси будет способствовать, в первую очередь изучение физико-механических свойств компонентов смеси, а также выявление благоприятного сочетания параметров, определяющих процесс сепарации. Одним из распространенных процессов многих технологий является разделение многокомпонентных сыпучих систем на фракции по форме и свойствам поверхности составляющих их частиц (выделение специфических примесей из зерна перед его переработкой, сортирование продуктов шелушения зерна крупяных и масляничных культур и т. п. – в сельскохозяйственном производстве; … — в горнодобывающей промышленности и т.д.) Ясное физическое истолкование стохастической природы сепарирования материалов способствует анализ уравнений движения частиц. Доминирующим фактором, благоприятствующим успешному разделению частиц является правильная оценка результирующих составляющих действующих на них сил. Существуют способы разделения сыпучих материалов по форме и свойствам поверхности путем воздействия сил трения, центробежных и гравитационных сил. Величина сил трения, используемых для разделения частиц сепарируемой смеси по фрикционным свойствам, в поле центробежных сил определяется гравитационными и кориолисовыми силами, а в гравитационном поле – только силами гравитации. adidas zx pas cher Реализуется в лопастных центрифугах и в сепараторах с фрикционной цилиндрической поверхностью, вращающейся относительно горизонтальной или вертикальной оси. Кориолисова сила – одна из сил инерции, вводится для учета влияния вращения подвижной системы отсчета на относительное движение материальной точки. soldes timberland Эффект, учитываемый кориолиолисовой силой, состоит в том, что во вращающейся системе отсчета материальная точка, движущаяся не параллельно оси этого вращения, отклоняется по направлению, перпендикулярному к её относительной скорости или оказывает давление на тело, препятствующему такому отклонению Ограничения на возможность разделения смесей в конических сепараторах с различными коэффициентами трения: tg θ ³ f , где θ – угол при вершине конуса центрифуги; f – коэффициент трения частиц материала. Коэффициент трения материала в значительной степени определяется его структурой. В случае материалов со слоистой структурой они легко расслаиваются (графит, тальк, слюда, десульфиды, Мо, Wa, Ti, сульфиды, Рb, Cd, PbO, Pb, Cu, Zn, кремниевые минералы со слоистой структурой, пример, листовые силикаты SiO4 ) и могут использоваться в качестве смазки. Процесс обогащения охры, предполагающий выделение из неё песка путем воздействия сил трения, основан на разности коэффициентов трения песка (f = tgθr = tg 37= 0,753 и компонентов охры (Fe2O3: f= tgθrFe =tg ? = ?; Al2O3 : f= tgθrAl2O3 = tg26 = 0,487, где θr – угол естественного откоса исследуемого материала,). Массовые силы делятся на четыре группы. К первой группе относится сила тяжести, фиксированная по величине и направлению. Определяемая ею кинетическая энергия mvz/2, используемая в процессе сепарации, может быть увеличена удлинением пути пробега частиц. Но это справедливо только для весьма крупных частиц, подчиняющихся квадратичному закону сопротивления. Большая часть частиц уже на коротком участке приобретает практически постоянную конечную скорость, так что их кинетическая энергия mv2/2 становится постоянной. Ко второй группе, относятся те инерционные силы, которые действуют неограниченно прямолинейно. Они являются следствием последействия (или в процессе действия) механических сил. Мерой инерции тела является его масса. Сила инерции, векторная величина, численно равная произведению массы m материальной точки на её ускорение а и направлена противоположно ускорению. При криволинейном движении силу инерции можно разложить на касательную (тангенциальную) составляющую Јτ, направленную противоположно касательному ускорению ωτ, и на нормальную составляющую Јn, направленную вдоль нормали к траектории от центра кривизны; численно Јτ=mωτ, Јn=mν2/ρ, где υ – скорость точки, ρ – радиус кривизны траектории. Понятие о инерционной силе вводится при изучении относительного движения. В этом случае присоединение к действующим на материальную точку силам взаимодействия с другими телами переносной инерционной силы Јпер и Кориолисовой силы Јкор (одной из разновидностей инерциальных сил)– позволяет составлять уравнения движения этой точки как в подвижной (инерциальной)системе, так и в инерциальной. В качестве примера инерционных сил, может служить массовая сила, действующую в веялке (класс 2.2). К третьей группе массовых сил относятся генерируемые механически центробежные силы. Они выделяются в особую группу потому, что скорости и центробежные силы по виду, величине и направлению в зоне сепарации принципиально отличаются от таковых при пневматическом генерировании. Если центробежная сила создана механически, то на оси вращения она равна нулю и линейно увеличивается к периферии. В качестве примера устройств, в которых реализуется эта сила, можно привести сепараторы с разбрасывающими тарелками (класс центрифуги с направляющими каналами (классы 3.1 и 3.3). Четвертую группу представляют центробежные силы, генерируемые пневматически. Они реализуются в так называемых вихревых аппаратах, поток в которых подобен смерчу (торнадо) в природе. У таких вихревых сепараторов скорость воздуха и обусловленная ею центробежная cила имеют наибольшую величину на оси вращения, уменьшаясь к периферии, причём, изменение скорости υ по радиусу зоны сепарации r часто аппроксимируется уравнением υrк = сonst при к >0. Такой профиль скоростей не зависит от того, подводятся ли воздух и разделяемый материал извне (вихрь со стоком) или изнутри (вихрь с источником), хотя по абсолютной величине скорости могут отличаться весьма существенно. Действительно, при одинаковых тангенциальных (окружных) скоростях воздуха на входе в зону сепарации скорости и центробежные силы в любой точке зоны сепарации будут существенно больше при вихре со стоком (класс 4.4), чем при вихре с источником (класс 4.5). 
Другие виды массовых сил, несмотря на то, что они тоже могут оказывать влияние на сепарацию, в данную (б) (а) классификацию не входят, так как не определяют процесс в целом. . — Силы сопротивления, реализуемые в газовой среде, разделены на пять групп, в которых они отличаются как по величине, так и по направлению. К первым трем группам относятся силы сопротивления, вызванные поступательным движением воздушного потока и отличающиеся друг от друга только давлением движения воздуха по отношению к массовой силе. К четвертой и пятой группам_относятся силы сопротивления, обусловленные вращением потока. К первой группе отнесена сила сопротивления, направленная против массовой силы. Такой принцип реализуется в первую очередь в противоточных («подъемных») гравитационных сепараторах с восходящим потоком — класс 1.1. Сюда относятся, например, кипящий насадок, известный классификатор Гонеля, шахтный сепатор молотковых мельниц. К этому классу сепараторов относятся и аппараты, в которых происходит оседание (седиментация) пыли в неподвижной жидкой среде. Центрифуги с гладкими каналами, в которых сила сопротивления направлена навстречу массовой (центробежной) силе, также относятся к противоточным сепараторам и образуют класс 3.1. Ко второй группе отнесена сила сопротивления, направленная, перпендикулярно к массовой силе и обусловленная наличием поперечного потока, вследствие чего сепараторы этой группы называются поперечно-поточными (θ= 90°). В сочетании с силой тяжести получается так называемый плоский сепаратор [Л. 6] — класс. 1.2, в сочетании с силой инерции — так называемый метательный сепаратор [Л.. 6] (например, веялка) — класс 2.2, в сочетании с центробежной силой — так называемый сепаратор с разбрасывающими тарелками — класс 3.2. К классу 3.2 может быть отнесен, например, широко известный сепаратор Пфайфера. К третьей группе принадлежат силы сопротивления, вызваемые поступательным воздушным потоком, направленным под углом 9О°< θ< 18О° к направлению массовой силы. Сюда относятся например, противоточно-поворотный сепаратор (Л. 8] —класс 1.3, который правильнее было бы назвать поворотным сепаратором с наклонным потоком. Из аппаратов этого класса наиболее, известен зигзагообразный сепаратор [Л. 9], представляющий собой каскадный сепаратор, состоящий из ряда последовательно включенных ступеней. В сочетании с центробежной силой наклонный поток реализуется, в сепараторах класса 3.3, например, в центрифуге с зигзатообразными каналами [Л. 9], эскиз рабочего колеса которой изображен на рис. 1-2. К четвертой группе относятся силы сопротивления, создаваемые стоком, т. е. течением воздуха снаружи внутрь. Радиальная скорость увеличивается к центру вращения потока. По этому принципу работают в основном высоконагруженные сепараторы для получения тонкой пыли — класс 4.4. Ранее широко применялись cепaраторы с трёхмерным потоком (типа циклонов), в последнее время большое распространение в этих сепараторах получил двухмерный поток. Эти два вида можно было бы выделить в соответствующие подклассы, особенно если отнести сюда и сепараторы с вращающимися стенками, применяющиеся для уменьшения влияния трения и пограничного слоя. В принципе возможно и дальнейшее подразделение, например по виду подвода воздуха и т. п. Пятую группу образуют силы сопротивления, обусловленные источником, т. е. движением воздуха изнутри наружу. Радиальная скорость здесь так же, как и при стоке, увеличивается к центру вращения потока. Однако в вихревом источнике не может быть никакой сепарации, если рассматривать двухмерный (плоский) поток. Действительно, при вводе воздуха и исходного материала из источника по оси вращения массовая (центробежная) сила и сила сопротивления имеют одинаковое направление—от центра к периферии, мелкие и крупные частицы не могут отделяться друг от друга, так как все они направляются наружу. Таким образом, имеет место не сепарация, а улавливание пыли. В сепараторе, работающем по этой схеме (класс 4.5), воздух и разделяемый материал движутся снизу вверх в третьем измерении. При этом сепарация возможна, так как крупная пыль вследствие уменьшения скорости воздуха под действием силы тяжести падает вниз, против воздушного потока. Аппараты, в которых осуществляется такой процесс, можно рассматривать как последовательное соединение гравитационного сепаратора (класс Г 1.1) и трехмерного вихревого сепаратора со стоком (класс 4.4). Как уже отмечалось, в многочисленных конструкциях сепараторов действуют самые различные силы. asics chaussures В применении к массовым силам, об этом уже говорилось, на силы сопротивления также могут накладываться влияние многих побочных факторов, например, на направленное движение воздуха накладывается поток от таких, вращающихся частей, как разбрасывающий диск, или вращающиеся стенки ротора. Но если рассматривать только главные силы, обеспечивающие сепарацию, то каждый сепаратор можно поместить в определенный класс приведенной классификации. adidas pas cher Все остальные влияния, такие, как образование вихрей на гранях, подача дополнительного воздуха для улучшения провеивания грубого продукта, влияние вращающихся частей и др., могут быть вынесены в подклассы. Это, в равной степени, относится к сепараторам с рециркуляцией воздуха, снабженными, например, встроенным вентилятором, и к сепараторам замкнутого типа, имеющим встроенные или вынесенные пылеуловители для тонкого или грубого продуктов и т. д Влияние температурного градиента [Медников Е. П. Турбулентный перенос и осаждение аэрозолей]. При наличии температурного градиента, имеющего место в охлаждаемых или обогреваемых трубах и подобных устройствах, взвешенные частицы испытывают некоторое дополнительное силовое воздействие со стороны несущего газа, вынуждающее их перемещаться, если нет противодействия, в направлении более холодной части газового потока. Это явление называемое термофорезом, физически обусловлено более высоким значением скорости, а значит и импульса молекул газа, «бомбардирующих» частицу с более горячей стороны, в соответствии с известным определением температуры: Т ~m
Для определения величины термофоретической силы предложен ряд теоретических формул; их сводка, заимствованная из работы [428], приведена в табл. VIII.42. Связанное с наличием градиента температуры некоторое изменение картины течения газа в трубах и каналах [435] в формулах не учитывается. Таблица VIII.4
| Исследователь, источник | Формулы для определения термофоретической силы | Пределы применения и оценка | |
| Кейвуд [250] | FT= -1/2 (πr2)(pλ/T)dT/dy (VIII.5) — градиент температур [град./см ] |
λ/r >>1(cвободномолекулярный режим); Недооценка силы в 8/π раз | |
| Вальдман [451], Дерягин и Баканов [7,61] | FT = — [(32r2k)/(15vg)] dT/dy= -4r2(pλ/T)dT/dy (VIII.6) | λ/r>>1; хорошее согласие с экспериментом | |
| Эпштейн [285] | FT=(-9π) r (η 2/ρT) (VIII.7) |
λ/r<<1(непрерыввный режим); непригодна для частиц с высокой теплопроводностью | |
| Брок [245] | FT= (VIII.8) |
λ/r<1(режим скользящеготечения); хорошее согласие с экспериментом | |
| Дерягин и Яламов [277ї | FT =(-) (VIII.9) |
λ/r<<1;переоценка силы на 20%; нет зависимости от размера частицы.(?) | |
* Обозначения: р — давление; Т — абсолютная температура, К; ρ— плотность газа; η — динамическая вязкость газа; vg — скорость газовых молекул; λ— длина свободного пробега газовых молекул; 
— коэффициент теплопроводности газа; k- трансляционная часть теплопроводности газа; Ct — коэффициент температурного скачка; Сt — коэффициент вязкого скольжения (= 1, 2): Ctm — коэффициент тепловой скорости скольжения; r — радиус частицы; 
— коэффициент теплопроводности частицы; у — расстояние. Из приведенных в таблице формул видно, что величина термофоретической силы во всех случаях пропорциональна градиенту температуры газа и обратно пропорциональна ее абсолютному значению. На численное значение термофоретической силы оказывают влияние, кроме того, размер частицы, коэффициенты теплопроводности газа и частицы, а также отношение средней длины свободного пробега молекул газа λ к радиусу частицы r, т. е. число Кнудсена Кn (см. разд. II. 1), величина которого, в свою очередь, зависит от давления газа. ; Как видно из табл. VIII.4, хорошее согласование с экспериментом для значений Kn>1 дает формула Дерягина — Баканова и Вальдмана (VIII.6), а для значений Кn < 1 — формула Брока (VIII.8) или в случае невысокой теплопроводности частиц — формула Эпштейна (VIII.7). В соответствии с указанными формулами скорость термофореза мелких частиц с r << λ определяется формулой: VT = —
(VIII.10) где
— доля диффузно рассеянных частицей молекул газа. Для более крупных частиц с r>>λ скорость термофореза определяется формулой: VT = — 
(VIII.11) или в случае невысокой теплопроводности частиц 
(VIII.12) Порядок величины скорости термофореза аэрозольных частиц и характер ее зависимости от их размера в различных газах или, что то же, при различных давлениях и, следовательно, различных числах Кнудсена иллюстрирует график на рис. VIII.18, полученный в экспериментах Шмитта [209] при значении градиента температуры dTldy = 50 град/см. Видно, что скорость термофореза аэрозольных частиц сравнительно невелика, причем с увеличением их диаметра имеет тенденцию к быстрому снижению до малозначительных при d>2 мкм размеров. Это означает, что в противоположность турбулентной миграции аэрозольных частиц термофорез является уделом лишь высокодисперсных и отчасти тонкодисперсных аэрозолей с диаметром частиц до 2-3 мкм, не более. 
В неизотермическом турбулентном потоке градиент температуры газа, как и градиент скорости его течения, является функцией его координаты у; наиболее высок он в вязком подслое и наименее – в ядре потока. В силу этого скорость термофореза и частиц, как и скорость их турбулентной миграции, также является функцией координаты с наиболее высоким значением её в пристеночной области потока и наименьшим – в его центральной части. Уравнение движения стоксовой частицы в неизотермическом турбулентном потоке со сдвигом скорости сходно с уравнением движения частицы в горизонтальном канале с учетом ее силы тяжести. В общем случае 
(VIII. 13) а при моногармоническом изменении пульсационной скорости 
(VIII.14) t = 0, yp = у0, dyp/dt = 0. bottes timberland Отличие от уравнений (IV.24) и (IV.26) заключается в том, что скорость термофореза VT не постоянна, а является функцией координаты. Аналитическое решение уравнения (VIII.14), как уравнения (VI.26), возможно лишь при условии (IV.27), т. е. | y-y0|max<<y0,
весьма далеком от реальности. Поэтому корректным является лишь численное решение (VIII.14) с помощью ЭВМ. В обоих случаях решение содержит поправку на интерферференцию явлений термофореза и турбулентной миграции частиц, свидетельствующую о том, что оба явления не аддитивны 3. В силу отмеченной неаддитивности дифференциальное уравнение турбулентного переноса частиц в неизотермическом потоке имеет вид 
(VIII.15) 3 В работах [49, 215, 435] этот важный момент не учтен, поэтому полученные в них решения некорректны. где VmT (у) — результирующая скорость движения частицы при совместном действии явлений термофореза и турбулентной миграции частиц, определяемая решением уравнения движения частицы (VIII.13) или (VIII.14). Численные решения уравнения турбулентного переноса аэрозольных частиц в неизотермическом потоке газа пока что отсутствуют, и это затрудняет исчерпывающую оценку влияния термофореза на скорость осаждения частиц на стенках труб и каналов. Тем не менее некоторые проведенные ранее сравнительные расчеты и эксперименты [121,248] позволяют сделать по меньшей мере два вывода в отношении роли термофореза в процессе осаждения аэрозолей из неизотермического турбулентного потока.