Научные основы проектирования и конструирования газодинамических дезинтеграторов

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ДЕЗИНТЕГРАТОРОВ

ГЛАВА IV. Методология структурно-параметрической оптимизации ГДД

Глава V Экспериментально-статистческие модели структурных элементов ГДД

Общие проблемы. Задачи расчета и расчетные схемы элементов ГДД.

В основе науки газодинамического диспергирования материалов лежат законы механики разрушения, классификации и транспортирования материалов в газовой среде. Современная техника газодинамического диспергирования обладает большим арсеналом дезинтеграторов, работа которых основана на использовании энергии газовых энергоносителей – рабочих тел, в роли которых могут выступать сжатый воздух, инертные газы, продукты сгорания различных топлив, пар. Потенциальная и тепловая энергия рабочих тел в процессе дросселирования (расширения) в соплах преобразуется в кинетическую энергию, создавая тягу, необходимую для ускорения частиц измельчаемого материала. Таким образом, для совершения работы по измельчению материалов необходима тяговая система, обеспечивающая сообщение измельчаемому материалу определенных кинетических параметров. Тяговая система характеризуется наличием управляемого генератора энергии и движетеля – устройства, создающего тяговое усилие. Реальное тело (совокупность измельчаемых частиц) массой m находится в гравитационном поле требует для своего подъема конечной тяги R минмальное значение которого однозначно определяется весом тела или силой F Интуитивно ясно, что сила тяги тем больше, чем больше масса рабочего тела выбрасывается из сопла в единицу времени и чем больше скорость, которую удается сообщить выбрасываемой массе, а именно: F = wq, [Н] (1) w – скорость истечения массы рабочего тела, м/с; q — секундный расход массы (но не веса !) рабочего тела, кг/сек. Преобразовав формулу (1), разделив и умножив её правую часть на g = 9.8 м/сек², получим: Или F = I_удqg, qg – весовой секундный расход рабочего тела, кГ/сек; I_уд = w/g – удельный импульс, . Величина удельного импульса показывает, какой импульс тяги (измеряемой в кГ*сек) приходится на каждый килограмм (кГ) веса (qg) расходуемого рабочего тела. Поэтому часто величину удельного импульса указывают в , что равносильно его измерению в секундах (сек). Удельный импульс – это количество (весовых) килограммов (кГ) тяги, возникающей при расходе одного килограмма (кГ) веса рабочего тела в секунду, . Возможна следующая трактовка удельного импульса, характеризующая экономичность расхода рабочего тела, а именно: удельный импульс – это время, в течении которого расходуется 1 кг массы (q) рабочего тела, если при этом непрерывно создается тяга в1 кГ. Удельный импульс пропорционален скорости истечения w рабочего тела и отличается от неё только постоянным размерным коэффициентом (к-том пропорциональности) g = 9.8 м/сек² (w=gI_уд). Приведенные выше формулы справедливы лишь для рабочего жидкого рабочего тела. Для газового рабочего тела пользуются уточненной формулой для силы тяги: F = wq + S (p_v – p_a). p_v, p_a – давление, cоответственно, истекающего газа на срезе сопла и среды, в которую происходит истечение; S – площадь выходного среза сопла. Из формулы видно, что по мере снижения давления среды, в которую происходит истечение рабочего тела или повышения его давления на срезе сопла (случай недорасширенного истечения) тяга будет возрастать (что сомнительно, поскольку скорость, в случае истечения в режиме недорасширения должна быть меньше. ПРОВЕРИТЬ !). Мощность потока выводится из уравнения кинетической энергии механики твердых тел: W_к = Р_к= Развиваемая рабочим телом сила расходуется на реализацию внутримельничных процессов – ускорение частиц измельчаемого материала, до величины достаточной для их разрушения, разделение по фракциям и транспортировку. Поэтому, другим ограничением, в процессе газодинамического диспергирования является предельная величина ускорения частицы рабочим телом, которая должна быть достаточной для её разрушения в процессе столкновения с другими частицами, со стенками, ограничивающими их движение в потоке газа или со специально установленной преградой.

Расчет энергии разрушения частиц.

Для того чтобы частица разрушилась, ей необходимо при соударении затратить энергию ∆Е, превышающую, на определенной её площади, энергию связей ионов (в ионных кристаллах NaCl, KCl и т. nike air max 90 д.), валентных электронов соседних атомов (в кристаллах с ковалентной связью) и т. п. (см. ФЭ с.735, 400, 402). Ионное межатомное взаимодействие обусловлено переносом валентных эл-нов с одного атома на другой и электростатическим взаимодействием образовавшихся в результате этого переноса ионов. Оно характерно для соединений металлов с наиболее типичными металлоидами (NаСl, CaCl₂, Al₂O₃), а также для ионных кристаллов (NaCl, CsCl и пр. Межатомное взаимодействие в ионных молекулах и кристаллах чаще всего носит частично ковалентный характер. Так, согласно квантово-механическим расчетам, в молекуле Na⁺Cl^— заряды на атомах Na и Cl равны не заряду электрона e, а составляют 0,8 e, и определенный вклад в стабилизацию этой молекулы и обменное взаимодействие. Потенциальную энергию ионного молекулярного взаимодействия обычно записывают в виде: U(r) = (2) где и — дипольные моменты электронов, и — их поляризуемости, b — эмпирич. константа. Первый член в уравнении(2) (с. 401, ФЭ) учитывает энергию кулоновского притяжения разноимённо заряженных ионов, второй — энергию обменного отталкивания электронных оболочек, третий и четвёртый члены рактеризуют энергию вз-ствия сводных зарядов ионов с диполями рд рв, образовавшимися в результате ляризацпи каждого иона в электрич. ле др. иона, пятый — вз-ствие этих полей друг с другом, шестой и седьмой — энергию деформации диполей (в квазиупругом приближении). Глубина потенциальной ямы равна: (3) а равновесное расстояние определяется ур-нием: 1+ (4) и равно сумме ионных радиусов атомов. Ионное молекулярное взаимодействие. определяет структуру и энергетику ионных кристаллов. Для детального описания их структуры используют ф-лу (4), однако для нки межатомных расстояний с умеренной точностью применяют аддитивную схему, основанную на системе ионных радиусов. .еталлич. М. в. иногда описывают вфициров. кулоновским потенциа-(наз. псевдопотенциалом), эффекте учитывающим вз-ствне эл-иов с ючкой ионов, с обрезапггем на ма-расстояниях: U(r) = (-J*e*lr(r>r«\ (5) 1 е0 (/•</-«), 1 ‘ v — заряд иона, равный числу он проводимости, приходящихся |дин ион металла, еп и /-0 — пара->ы обрезания. 1Я водородных связей вводят спец. нциалы, гл. параметрами к-рых г0 и е, напр, используют ф-лу Угловая же зависимость энергии родной связи управляется ван-заальсовьши М. в., ошгсываемыми -атомнылги потенцнальны.ми ф-ци-(см. ния»е). Так, угол О — Н…О, ., не может быть острым, но-ьку в этом случае энергия ван-!аальсова М- в. была бы слитком На организацию процессов разделения частиц по крупности (классификацию), их транспортировки по технологическому тракту также требуются определенные затраты, величина которых определяется рациональной формой их организации. Кроме силы тяги на частицы ускоряемые рабочим телом действуют ещё другие силы: силы притяжения земли, сопротивление окружающей среды и т. д. Результатом действия всех сил является ускорение, которое получают частицы: , где ∑F_i – результирующая величина силы тяги, действующей на ускоряемые частицы; m – масса частиц ускоряемого материала. Величина ускорения частиц не остается постоянной в силу изменения (уменьшения) результирующей величины силы, действующей на частицы в направлении их ускорения. Поэтому удобной величиной является начальное ускорение частиц, обусловленного тягой, без учета сил сопротивления движению частиц: , F₀ — начальная сила тяги, обусловленная истекающим из сопла рабочего тела m₀ – ускоряемая масса частиц материала на начальном участке струи.

Проектирование газодинамического измельчительного комплекса.

Требования к энергетике тяговой системы.

В дальнейшем под тяговой системой будем понимать устройство, предназначенное для перемещения определенной массы материала в заданную точку пространства (помольной камеры) или для сообщения ей (массе) заданных кинетических параметров. Под массой перемещаемого материала будем понимать объект, который предназначен непосредственно для реализации производственной программы – получение заданного количества материала с требуемыми показателями качества – измельчаемый материал. Таким образом, газодинамический дезинтегратор можно разделить на два, по возлагаемым на них функциям, элемента: тяговую систему и измельчаемый материал. bottes ugg bailey button pas cher Понятие «тяговая система» предпочтительнее по сравнению с разрозненными определениями её составных частей (устройств), обеспечивающих ускорение, перемещение (левитацию) измельчаемого материала. Все силы, реализующие указанные функции принято делить на активные (тяга) и пассивные (силы аэродинамических и других видов сопротивлений). Однако было бы целесообразно для обобщенного анализа привести эти силы к одной равнодействующей. Аэродинамическое сопротивление, даже пассивное, можно считать частным случаем получения внешней силы, действующей на измельчаемый материал. (с.45) Один килограмм массы, как отмечается в работе Бурдакова В. П. и Данилова Ю. И. adidas superstar (с.54), в соответствии с известным соотношением специальной теории относительности, эквивалентен Е = mc² =9х10¹³ кДж/кг, определяющим потенциальную энергию любой массы. Это, по существу, предельная энергоемкость топлива. Такое количество энергии вещество способно выделить только в процессе полной аннигиляции (полного превращения материи из однорй формы – в другую).Реально любая масса рабочего тела имеет несколько большую энергию, т. к. в ней заключены тепловая энергия, энергия химических связей, магнитная энергия и т. д. Такое разделение на массу и энергию проводится только из удобства инженерных рассуждений.

Помольная камера

Поведение материалов в результате соударения частиц сложным образом зависит от их физических свойств. Последствия соударения или ударное разрушение проявляется в виде развития трещин, образования и слияния трещин, образования и слияния пор, появления областей больших касательных напряжений (адиабатических, т. е. при медленно меняющихся условиях, время изменения которых значительно превышает характерные времена движения системы (см. напр. Майт М., Месси Г. Теория атомных столкновений. Пер. с англ. 3-е изд. – М.: 1969) Адиабатические флуктуации – один из возможных типов малых нарушений однородности, привлекаемых для объяснения происходящих в её наблюдаемой структуры. Описанное поведение материала при ударном воздействии требует глубокого понимания упругих явлений при больших скоростях деформации, а также неупругих явлений таких, как пластические течения и рост трещин. Обзор современных состояний по этому вопросу приведены в работе [Эрозия. Под ред Прис]. Эти сведения о явлениях, происходящих при больших деформациях могут быть использованы для получения физической картины явлений при соударении твердых частиц в процессе газодинамического диспергирования. Методика расчета злектронагревателя рабочего тела (газового энергоносителя) Мощность Р электронагревателя (спираль, труба и т. п.) приравниваем тепловой мощности рабочего тела (энергоносителя): Р = , [ кВт],   где Q₀ — расход рабочего тела, м³/ч; g₀ — плотность рабочего тела при нормальных условиях; С_р — удельная теплоемкость рабочего тела (воздуха), кг/м³, Т₂, Т₁ — температура, соответственно после и до нагрева. Методика расчета параметров электронагревателя, в общем виде сводится к следующему. Количество теплоты, выделяемое электрическим током I, протекающим по электронагревателю с омическим сопротивлением R за время t [с] определяется по формуле: Q_л = 0,24 ²Rdt = ²r^.l^.t, [кал] (1) где I — сила тока [А]; R — сопротивление электронагревателя [Ом]; l — длина активного элемента электронагревателя [м]; d — сечение активной части электронагревателя (проволоки, например) [мм]; r — удельное сопротивление материала электронагревателя [ом_*м]. В случае значительной величины скорости рабочего тела в нагревателе, можно полагать, что образующееся тепло идет только на его нагрев и уносится его потоком, т.е потерями тепла на излучение, трение и т. louboutin paris П, можно пренебречь. В случае стационарного режима истечения рабочего тела расход тепла q₂ на выходе из трубы за время t, определяется величиной его расхода. При заданной величине расхода необходимо вычислить теплосодержание q₂ массы воздуха m, проходящей через выходное сечение трубы нагревателя за время t, воспользовавшись уравнением теплового баланса: Q₁ = Q₂ (2) Поскольку теплосодержание указанной массы воздуха зависит от распределения температуры воздуха вдоль трубы, то для упрощения расчета промежуток времени t следует брать как можно меньше. Действительно, при установившемся режиме протекания воздуха по трубе можно считать, что температура линейно возрастает от величины Т₁ на входе в обогреватель до Т₂ — на его выходе (рис.1). D x l x Длина элементарного объема воздуха, соответствующего его массе m, переместившегося в элементе с диаметром d за промежуток времени t, равна D x. Christian Louboutin Pas Cher При условии, что D x. £ d, можно полагать температуру массы воздуха m равной Т₂. В случае больших расходов, порядка нескольких сотен м³/ч и d » 5 — 20 мм, можно полагать t = 0,001 с (хотя это безразмерно). Величина уносимого потоком воздуха тепла равна теплосодержанию массы m: Q₂ = C_pr_гQ_г (Т₂ — Т₁) t , где С_р — теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении, кал/г_*град, r_г — плотность газа при нормальных условиях, г/литр ??? Q_г — расход рабочего тела, Подставляя в уравнение и решая относительно l, получим искомое выражения для определения длины нагревательного элемента.