ГДД 05

Содержание Глава 1 Современное состояние, проблемы и перспективы развития техники и технологии газодинамического диспергирования материалов …. с. 1 2. Анализ современного состояния проблем процесса диспергирования материалов 3 Газодинамический метод измельчения – основа новых технологий Глава 1 4.ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ – ОСНОВА (движущая СИЛА) интенсификации техологических процессов ……………………………………..с.3

1. Структура твердых тел

1.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ 1.3. Прочность твердых тел. Энергия химической связи 5 2. Диспергирование и активация твердых тел (Аввакумов Изд. 2-е. Скан.Ноутбук. «Энергетика процессов диспергирования. 7 ГЛАВА II Химические реакции в смесях твердых веществ, как основа интенсификации технологических процессов. 1.4. Уроавнение кинетики 10 Кинетика твердофазных реакций ………………………………………………………………………….11 6.1 Кинетическая модель механических реакций между твердыми веществами. 1.5. Диспергирующие аппараты ГЛАВА II Механические метод диспергировани материалов основа интенсификации технологических процессов. См. Нотбук 1.3.Физико-химические явления, сопровождающие диспергирование 1.2. (вар-т) Сущность способа и структура процесса газодинамического диспергирования Основные закономерности взаимодействие частиц в газовом потоке. 14 Основные закономерности гетерогенных потоков. 18

I. Современное состояние, проблемы и перспективы развития техники и технологии газодинамического диспергирования материалов

В настоящей главе представлены результаты исследования параметров дисперсной струи, влияющих на эффективность разрушения частиц материала, а также разработки предварительной модели процесса. Результаты раскрывают механизм разрушения частиц, их структурного преобразования и представляют существенный вклад в развитии способа струйного измельчения. Целью исследований было выяснения применимости известных теоретических разработок, раскрывающих принципы разрушения частиц материала в результате обмена импульсом, энергией и массой в потоке газа, для совершенствования процесса получения материала с требуемым качяеством и механизма струйного измельчения. Далее анализируются полученные экспериментальные данные и даются рекомендации, по их применению для повышения эффективности процесса. На основе полученных данных строится модель процесса диспергирования, делаются выводы и предлагаются рекомендации относительно направлений дальнейших исследований.

Анализ современного состояния проблем процесса диспергирования материалов

Анализ отечественных и зарубежных публикаций по основным аспектам процесса струйного измельчения материалов показал, что несмотря на сравнительно длительный срок с момента появления первого патента в 1898 г вплоть до второй половины ХХ века (1960 годы) развитие струйного изельчения шло по пути совершенствования конструктивных вариантов струйных мельниц, без должного теоретического обоснования происходящих в них процессов. Как следует из обзора литературных источников, измелчению в струях газа подвергались более 1000 разновидностей материалов минерального и органического происхождения, в том числе: железная руда, корунд, графит, чугун, свинец, пигменты, тальк, пробка, древесина, косметическое и фармацевтическое сырье и многое другое. В промышленносчти Советского Союза струйные мельницы находили применение в основном для измельчения угля и цемента и только с 1960 годов начались исследования возможности их использования для измельчения других материалов. adidas superstar Широкий диапазон физико-механических свойств измельчаемых материалов, а также потребность в различных обьемах переработки, способствовали появлению большого количества конструктивных вариантов струйных мельниц: противо-точная, прямоточная ударная, кольцевые, с плоской помольной камерой, аэродинамические, вихревые и т.п. Каждая из указанных конструкций характеризуется присущими ей величинами производительности, а также крупностью частиц получаемого продукта. Широким диапазоном возможных производительноетей реализованных в промышленности образцов характеризуются противоточнье струйные мельницы. используемые для получения продукта крупностью 50 — 60 мкм. Для более тонкого измельчения (до 5 мкм) практическое применение находят кольцевые мельницы, мельницы о плоской помольное камерой и др., отличающиеся низкой единичной производительностью. Общей особенностью струйных мельниц является высокая энергоемкость и низкий КПД процесса, неизбежно присущие, как пологают, самому методу преобразования внутренней энергии газа в работе разрушения. Строгого научного обоснования причин высокой энергоемкости струйных мельниц в литературе нет. Одной из первых теоретических работ в этом направлннии являются работы Румпфа, изучавшего характер взаимодействия частиц с газовым потоком с точки зрения механизма их разрушения. Этому же вопросу посвящены работы Шлауга Г., Мори Й., Акунова В.И., Горобца В. И., Горобец Л.Ж. Однако во всех опубликованных работах измельчение изучалось с позиций чисто механического взаимодействия частиц между собой, при этом механизм движения частиц рассматривается со значительными упрощениями, на примере одиночных сферических частиц с последувщим переносом результатов исследований на гетерогенные (многокомпонентные) среды. Имеющееся большое число опубликованных работ по различным аспектам газодинамики многофазных сред также не решает проблемы газоструйного измельчения в силу сложности механики и физики потоков гетерогенных сред, а также в силу неизученности особенностей этой проблемы применительно условиям струйной мельницы (Ред!). Анализ структуры струйного измельчения юзволил установить взаимосвязь последовательно сменяемых друг цруг х процессов: смешения твер1дой и газовой фаз, ускорения частиц твердого материала и обеспечение условий их разрушения, сепарация частиц по ьрупности и пневмотранспорт их от элемента к элементу мельницы, а также разделение твердой и газовой фаз. Непрерывная смена режимов формирования двухфазных потоков, обеспечивающих: указанные процессы значительно изменяет, газодинамическую структуру течения и приводит |к появлению «двухфазных» потерь удельного импульса. Основными составляющими этих потерь, как следует из специальной литературы могут быть потери обусловленные скоростной неравномерностью процесса расширения и сужения двухфазной смеси в элементах мельншш. Проблема изучения физики процессов в струйной мельнице включает е себя много аспектов: скоростное и тепловое взаимодействие твердой и газовой фаз, измерения коэффициентов сопротивления теплоотдачи твердых частиц в потоке газа, взаимодействие частиц между собой и со стенками транспортных трубопроводов, приводящие к столкновениям, дроблению и коагуляции частиц; взаимодействие двухфазных потоков с различного рода поверхностями и влияние этих поверхностей на возникновение нестационарных режимов течения двухфазных смесей и много других. Объяснение этой совокупности сложных эффектов взаимодействия частиц и нестационарного потока газа в системе конструктивных элементов, подобной струйной мельнице, требует дальнейшего развития не только теоретического описания, но и совершенствования методов экспериментального исследования. Решение проблемы математического описания и получения модели в виде системы гидромеханических уравнений с учетом физико-химических процессов, протокающих в струйной мельнице обеспечит качественный анализ её структуры и последующую oптимизацию конструктивных и режимных параметров. Большое разнообразие условий работы мельниц, а также возможных схемных решений процесса измельчения и конструктивных вариантов используемого оборудования, затруняет варианта, удовлетворяющего наиболее общим требованиям:

• максимальная эффективность в конкретных услоеиях работы;

• высокая надежность при наименьших затратах времени и материа- льных средству на разработку, изготовление и эксплуатацию;
• перспективность разработки, т. е. возможность использования некоторых принципов, закладываемых в конструкцию длясоздания более совершенных схем и систем.

Изучение процесса сокращения крупности твердых тел в течение почти целого столетия было направлено на потреблении энергии измельчительным аппаратом. Такой подход был логично обоснован, поскольку с сокращением крупности частиц связана значительная доля материальных и энергетических затрат на технологический передел материала, а наибольшую долю затрат при сокращении крупности составляют именно энергозатраты. Поэтому, в основе исследований процессов измельчения экономические факторы проявлялись в большей мере, чем какие-либо другие. Несколько позже, и, практически до наших дней, подход к проблеме несколько изменился. На первый план стали выдвигаться исследования взаимосвязи параметров, определяющих процесс с учетом его энергоемкости. При этом, как и ранее, механизму преобразования энергии в процессе измельчения и превращения её в работу разрушения частиц, разделения по крупности, а также совершенствованию вспомогательных операций (транспортировке измельченного материала, его улавливанию и т. п.), внимания уделяется мало. Такое положение связано, с одной стороны, с противоречиями в интерпретации выдвинутого положения о соотношении между энергией E, потребляемой измельчительным агрегатом и степенью сокращения крупности x (dE = — K dx/xⁿ)., а с другой — невозможностью точной оценки потерь энергии в сложном механизме её распределения в мельницах с мелющими телами.

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ Газодинамический метод измельчения – основа новых технологий

Глава 1 ДИСПЕРГИРОВАНИЕ ТВЕРДЫХ ТЕЛ – ОСНОВА (движущая СИЛА) интенсификации техологических процессов

Итенсификация производственных процессов в период растущего дефицита энергетических и сырьевых ресурсов становится общепризнанным направлением научно-технического прогресса. Поэтому изысаниее новых способов интенсификации технологических процессов, разработка эффективных технологических аппаратов, создание новых технологий составляют весьма актуальную проблему. Разработка новых методов интенсификации технологических процессов и создание эффективных технологий основывается на соответствующих физическо-химических эффектах, обусловленных соответствующими воздействиями на технологические среды. Обнаружению новых физических эффектов и их применение в технике и техонологиях во многом способствует широкое применение различных методов интенсификации. Общее представление о возможностях и сущности методов интенсификации технологических процессов формируются на основе анализа общих уравнений массо- и теплопередачи [7: Лыков А. В., Михайлов Ю. А. nike air max thea soldes Теория тепло- и массопереноса. – М., Л-д: Госэнергоиздат, 12963. 534 с.; Федоткин И. М. Физико-механические основы интенсификации процессов и аппаратов пищевой и химической технологии. – Кишенев: «Штиница», 1987. 264 с.]: (1) (2) где — скорость процесса массо- и теплообмена, выраженная количеством вещества М и теплоты Q, передаваемым из одной фазы в другую за время τ; k и τ_т— коэффициенты массо- и теплопередачи от одной фазы к другой, представляющие собой по аналогии с кинетическими соотношениями константы скорости процесса; F — поверхность соприкосновения, участвующих в процессе фаз; ΔС и ΔТ — движущие силы процесса, численно определяемые соответственно разностью действительной и равновесной концентрации в одной из фаз и разностью температур. Из уравнений (1) и (2) следует, что ускорения процесса можно достичь увеличением параметров, входящих в правые части уравнений. Для более подробного анализа механизмов переноса каждого процесса целесообразно привлекать термодинамику необратимых процессов и теорию Онзагера, позволяющих выявлять обобщенные тедмоданамические слы и сопротивления переноса и раскрывать механизм—взаимодействующих явлений. Такому анализу способствует и методы широкой аналогии — аналогизация процессов, используемых в дальнейшем. Массопередача может протекать в диффузионной, кинетической области или в области смешанной кинетики. В диффузионной области массоперенос ограничивается процессом диффузии реагирующих веществ, в кинетической — скоростью химической реакции, в области смешанной кинетики наблюдаются оба фактора — как скорость диффузии, так и скорость химической реакции. Увеличения коэффициента массопередачи в диффузионной области можно достичь повышением коэффициента эффективной диффузии, содержащего частные коэффициенты диффузии компонентов (фаз) и зависящего от температуры, давления, молекулярного веса, концентрации, линейной скорости движения взаимодействующих фаз, физических свойств среды, степени турбулентности пограничного слоя и других факторов. Турбулизация фаз и потоков, использование высоких значений параметров (температуры, давления), увеличение скорости движения фаз и другие макроскопические воздействия существенно способствуют росту коэффициента массопередачи. Однако макроскопическим воздействиям не ограничивается возможность изыскания новых эффективных методов интенсификации переноса в рабочих средах. Перенос вещества ускоряется также различными воздействиями на молекулярном и атомарном уровнях. Сущность этих явлений выясняется, например, с помощью феноменологических методов термодинамики необратимых процессов. Внешние воздействия на процесс осуществляются наложением стационарных силовых полей, поля центробежных сил электростатических, магнитных, ультразвуковых импульсов, электрических разрядов, скрещенных электрического и магнитного полей. В некоторых случаях значительной интенсификации можно достичь, пользуясь нестационарными воздействиями полей, напряженность которых изменяется во времени.

1.1. Структура твердых тел [Аввакумов Е. Г. Механические методы активции химических процессов. – Новосибирск: «Наука», 1979. 256 с.]

Все твердые тела в структурном отношении подразделяются на кристаллические и аморфные. Отличие кристаллических твердых тел от аморфных заключается в том, что им присущ дальний порядок — строго правильная трехмерная повторяемость расположения частиц (атомов, ионов, молекул). Физические свойства идеального кристалла определяются его химическим составом, силами связи между частицами и структурой кристалла.

1.2. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛОВ

Если к кристаллу приложить механическое напряжение, то, прежде чем разрушиться, он пройдет стадии упругой, а затем пластической деформации. Связь между деформацией ε и приложенным напряжением р изображена на рис. 6. При малых напряжениях кристалл деформируется вполне упруго, и после разгрузки его начальная форма полностью восстанавливается. В области упругости связь между деформацией и напряжением подчиняется закону Гука: Р = Еε, (1.1) где Р — напряжение; ε — относительное удлинение; Е — коэффициент пропорциональности, называемый модулем Юнга (модуль нормальной упругости). Для кристаллических твердых тел модуль упругости Е Рис. 6. Диаграмма растя жения твердого тела. Сами дислокации, возникшие при деформации, влияют со своей стороны на внутреннее устройство кристаллов, в частности, притягивают примесные атомы и образуют облако примесей вокруг дислокации («облака» Коттрелла [35]). Как показывает опыт, существенное влияние на прочность кристаллов оказывает их размер. С уменьшением размеров кристалла уменьшается вероятность возникновения в нем дефектных участков, в результате чего прочность возрастает [34].

1.3. ПРОЧНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ЭНЕРГИЯ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Выше указывалось, что твердые тела следует рассматривать как высокосимметричные построения из атомов и ионов, находящихся в коллективном колебательном движении. Такое рассмотрение твердых тел как своеобразных «конструкций» из частиц, связанных между собой силами сцепления, привело первоначально к созданию чисто механических теорий разрушения твердого тела, согласно которым разрушение наступает при достижении действующим напряжением предельного «критического» значения. Задача теорий разрушения сводилась к задаче нахождения энергетического критерия для предельного значения, исходя из расчетов на основе теории упругости локальных напряжений вблизи полостей и трещин. Рассматривая разрушение материала как одновременный разрыв связей между всеми атомами, расположенными по обе стороны площадки в 1 см², выбранной перпендикулярно растягивающей силе, Орован [36 Orowan E. Frarture and strength of solids. – «Rept. Progr.Phys.», 1949, vol. 12, p. 185 — 230 ] предложил для расчета напряжения отрыва одной части от другой уравнение (1.3) где а — постоянная решетки; σ— поверхностиое натяжение. При выводе этого уравнения Орован считал, что накопленная упругая энергия твердого тела в момент разрушения равна 1/2Pε, поверхностная энергия каждой из двух вновь образованных поверхностей на единицу площади равна σ, откуда ¹/₂Рε=2σ. Далее, согласно закону Гука, для упругого материала Р= где а — межатомное расстояние. Исключив ε из этих уравнений, Орован получил уравнение (1.3). При расчете напряжений разрушения твердых тел по уравнению (1.3) необходимо знать их удельную поверхностную энергию. Для ионных кристаллов Маделунгом, Борном, Френкелем, Ямада разработаны методы теоретического расчета посерхностной энергии (см. Ормонт Б. Ф Введение в физическю химию и кристаллохимию пролупроводников. – М.: Вышая школа, 1068. – 485 с.] В частности, для соединений со структурой типа NaCl Френкелем [Френкель Я. И. Электрическая теория твердых тел. – М.: Наука, 1924. – 299 с.] получены следующие уравнения: В частности, для соединений со структурой типа NaCl Френкелем [44: Френкель Я. И. Электрическая теория твердых тел. bottes ugg pas cher –М.: 1924. 299 с.] получены следующие уравнения (в Н/м): σ₁₀₀=l,28.10 (1-8) σ₁₁₀ = 2,5.10; (1.9) σ₁₁₁ = 5,8.10, (1.10) где е — заряд электрона. Согласно Ормонту [45: Ормонт Б. Ф. О связи между химической и механической прочностью очень твердых тел. – «Докл. АН СССР», 1956, т. 106, № 4, с. 686 – 690.], удельная поверхностная энергия для широкого круга неорганических соединений, в том числе и ковалентных, связана с энергией атомизации кристалла уравнением: = M (1.11) где _AB — энергия атомизации, равная энергии образования кристалла из атомов: _АВ = Q_АВ + для ионных соединений; (1.12) для ковалентных соединений; (1.13) М—структурная постоянная, зависящая от структурного типа и символа грани, равная М = 0,624 (1.14) В уравнениях (1.12) — (1.14) — энергия атомиза-ции вещества i; — тепловой эффект образования из простых веществ 1 моля соединения; Di — энергия диссоциации вещества на атомы; n — количество атомов в формуле; с — координационное число; δ — кратность элементарного параллелограмма на плоскости; т — множитель (равен 1 для грани (100), в других случаях отличен от 1); х — число разрываемых связей. Пользуясь указанными уравнениями, можно рассчитать ряды твердостей, как это сделано, например, для карбидов и нитридов в работе [47: Ребиндер П. А., Шрейнер Л. Ф., Жигач К. Ф. Показатели твердости в бурении. – М.: Изд-во АН СССР, 1944. 276 с.]. soldes asics . Р _теор 0¹⁰ Н/м², что выше экспериментальных значений на 2—3 порядка. Гриффитс [37] объяснил это несоответствие, предположив, что в хрупком теле имеются микротрещины, которые вызывают концентрацию напряжений, достаточную для локального превышения теоретической прочности. Трещина в твердом теле развивается, если упругая энергия в трещине, равная (где l — длина трещины), превышает энергию, необходимую для образования поверхности 2al, т. е. при заданном значении длины трещины I напряжение разрыва Из сравнения (1.3) и (1.4 ? 1.11) видно, что Поскольку а м, достаточно иметь в твердом теле трещину длиной l = 10м, чтобы прочность тела понизилась в 100 раз по сравнению с теоретическим значением. Совершенствуя энергетический подход, некоторые авторы использовали функцию Морзе для потенциальной энергии ионов в кристалле для теоретического расчета напряжения разрушения. Согласно Гилману [38 Gilman I.I. Physics and Chemistri of Ceramics. N. Y., Gordon and Breach, 1963. 240 p], теоретическая прочность равна P_теор = где k — постоянная Больцмана; V₀ — средний атомный объем; α — коэффициент линейного расширения. Согласно Келли [39 Келли А. Высокопрочные материалы. – М.: «Мир», 1976. 261 с.]: Р_теор = где S₀ — средняя площадь иона; g — жесткость межатомной связи (определяется из молекулярного спектра); Q — энергия связи. Для расчета напряжений разрушения твердых тел по уравнению (1.3) необходимо знать их удельную поверхностную энергию. Для ионных кристаллов Маделунгом, Борном, Френкелем, Ямада разработаны методы теоретического расчета поверхностной энергии (см., например, [43 Ормонт Б. Ф. Введение в физическую химию и крисаллохимию полупроводников. – М.: «Высшая школа», 1968. 485 с.]). Систематический и детальный анализ характера временных зависимостей прочности, а также прямое изучение элементарных процессов, происходящих в нагруженных твердых телах, показал, что «критические» значения прочности, рассчитанные на основе энергетической теории, не являются стабильными, и привел к необходимости учета теплового движения атомов в твердом теле. Этот подход составляет основу нового, кинетического подхода к проблеме прочности твердых тел, разработанного Журковым с сотрудниками [40: Журков С. Н. Проблема прочности твердых тел. – «Вестник АН СССР», 1957, № 11, с. 78 – 82.; 41: Регель В. В., Слуцкер А. И., Томашевский Э. Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. – М.: «Наука№, 1974.]. Согласно кинетической теории прочности, рассоединение атомов осуществляется при нагрузках, меньших прочности межатомных связей, причем «дорывание» напряженных межатомных связей осуществляют тепловые флуктуации. Константа скорости разрыва связей увеличивается по экспоненциальному закону: k=k ₀ eхр(- (1.15) где U — энергия активации разрушения; Р — приложенное напряжение; — коэффициент пропорциональности. Результаты исследования долговечности различных веществ под нагрузкой показали, что энергия активации разрушения Q совпадает с энергией испарения веществ (табл. 1). Близость этих величин свидетельствует об общности первичных стадий процессов. При испарении атомов с поверхности веществ в каждом акте отрыва атома от кристаллической решетки, как это показано Френкелем [42], разрывается такое число связей, которое соответствует примерно половине координационного числа. Для осуществления элементарного разрыва в решетке число разорванных единичных связей также должно быть близко к половине координационного числа. Энергия активации разрушения так же, как энергия испарения, не зависит от ориентации образца, предварительной обработки, примесей и т. д., т. е. является структурно-нечувстельной величиной. Таблица 1 Сравнение энергий активации разрушения с теплотами испарения для некоторых веществ [41: Регель В. В. …] Q, Еисп, Q, Еисп, Вещество кДж/моль кДж/моль Вещество кДж/моль кДж/моль Si 473 465 Сu 340 336 Ge 382 382 Ag 260 277 Li F 310 268 Zn 126 130 NaCl 276 243 Al 220 230 KC1 232 222 Fe 419 407 Pt 503 532 Коэффициент γ в уравнении (1.15) называется коэффициентом перенапряжения и показывает неравномерность загрузки межатомных связей в различных участках твердого тела; в отличие от Q является структурно-чувствительной величиной, т. е. зависит от ориентации, наличия примесей и т. д. Таким образом, согласно энергетической теории, прочность твердых тел можно оценить, если известна удельная поверхностная энергия твердого тела, а согласно кинетической теории — энергия испарения вещества. 1.2. Диспергирование и активация твердых тел (Аввакумов Изд. 2-е. Скан.Ноутбук. …………..Энергетика процессов диспергирования.

1.4. УРАВНЕНИЕ КИНЕТИКИ ДИСПЕРГИРОВАНИЯ

Измельчение твердых тел – процесс разделения частиц материала под действием внешних сил на более мелкие частицы. По размерам образующихся частиц различают грубое (0,1—1 мм), среднее (0,01—0,1 мм) и тонкое (меньше 0,01 мм) измельчение. Процесс получения тончайших порошков и высоко-дисперсных суспензий определяют порошка и гранулометрический более узким понятием — диспергирование. Параметрами, характеризующими степень диспергирования, являются удельная поверхность состав, который задается обычно в виде функций распределения частиц по фракциям. Степень диспергирования (дисперсности порошков) наиболее удобно характеризовать величиной удельной поверхности продукта, так как она сравнительно легко поддается измерению различными методами адсорбции газов. (?)Функции гранулометрического состава являются сложными. Экспериментально установлено, что в большинстве случаев функции распределения порошков по фракциям не укладываются в закон нормального распределения случайных величин (распределение Гаусса). Попытки нахождения законов распределения порошков по фракциям предпринимались многими авторами; были получены формулы, пригодные, однако, только в частных случаях. Обсуждение этого вопроса можно найти в работе Р. Гийо [46: Гийо Р. Проблема измельчения материалов и её развитие. – М.: Стройиздат, 1964, 111 с.]. Из сказанного выше следует, что в качестве характеристики дисперсности удобнее применять удельную поверхность; к гранулометрическому составу следует прибегать только в особых случаях. Иногда для характеристики используется средний диаметр частиц порошка d_cp, который связан с удельной поверхностью соотношением (1-16) где s — удельная поверхность; ρ — плотность материала; с — константа, зависящая от формы частиц. Процесс диспергирования материала, как правило, сопровождается аморфизацией его поверхностных слоев и необратимым пластическим деформированием мелких частиц. Кроме этого, имеют место такие процессы, как агрегирование частиц, увеличивающееся с ростом степени измельчения, упрочнение частиц как результат деформирования, а также снижение энергии мелющего тела ввиду появления у тонкоизмельченных веществ вязкости и т. д. В результате изменения условий диспергирования по ходу процесса возможность описания его каким-либо «законом измельчения» и выражение этого закона в виде аналитических функций являются проблематичными. Тем не менее определенные эмпирические зависимости, связывающие затраты энергии на измельчение с параметрами измельчаемого материала, установлены. Наиболее известны две из них. Одна носит название закона измельчения Риттингера и выражается следующим образом: А = k_Ps, (1.17) где А — удельная работа измельчения; k_р — коэффициент, определяющий работу, затрачиваемую на создание единицы поверхности. Риттингер исходил из предположения, что работа измельчения затрачивается на образование новой поверхности, т. е. в эквивалентных количествах переходит в свободную поверхностную энергию. Линейная зависимость величины образованной поверхности от энергозатрат для процесса, обладающего явно нелинейными характеристиками, обусловлена, по-видимому, тем, что она является огибающей семейство характеристик, описывающих различные стадии процесса. Другой закон, известный под названием закона измельчения Кика, выражается уравнением: А = k_KV, (1.18) где V — объем измельчаемого тела; к _к — коэффициент пропорциональности. Согласно Кику, работа измельчения затрачивается на упругопластическую деформацию, которую необходимо произвести, чтобы разрушить твердое тело. nike mercurial РЕД. Имеются также другие модели процессов разрушения, например теория Бонда [46: Гийо Р. Проблема измельчения материалов и её развитие. – М.: Стройиздат, 1964. 111 с.], которая может рассматриваться как промежуточная между законами Риттингера и Кика. В ней предполагается, что энергия, передаваемая телу при сжатии, распределяется сначала по его массе и, следовательно, пропорциональна Й³,но с момента начала образования па поверхности трещины эта энергия концентрируется на поверхности у краев трещины и становится пропорциональной d³.Ha этом основании принимается, что работа разрушения тела пропорциональна d^2,5. Эксперимент показывает, что при дроблении (грубом измельчении) опытным данным лучше отвечает закон Кика, а при тонком и сверхтонком опытные данные лучше соответствуют закону Риттингера. Рассматривая совокупность процессов при измельчении, Ребиндер [47: см. выше] показал, что в принципе работа измельчения складывается из работы упругой деформации А _{упр ,} работы пластической деформации А _{пл ,} работы разделения на более мелкие части А₃ (работа образования новой поверхности) и работы на придание разделяющимся частям кинетической энергии А_к. Причем работа пластической деформации может быть больше работы образования поверхности в 10—10³ раз. Общая работа разрушения частицы равна А = А_Упр + А_пл + A_s + А_к. (1.19) Полезной является только работа на образование новой поверхности A_s. Поскольку стадии деформирования и разрушения нельзя отделить друг от друга, то Ребиндер предложил считать работой диспергирования работу, затраченную на упругопластическую деформацию и на образование новой поверхности: А = (А_упр + А_пл) + A_s = k _kV + k_ps, (1.20) а коэффициент полезного действия процесса диспергирования выразить уравнением (1/21) Развивая представления Ребиндера, Ходаков [20, 48] теоретически рассмотрел процесс диспергирования с учетом деформации поверхностных слоев. Им получено следующее уравнение: (1/22) где — энергия, затраченная на диспергирование; s₀ и s _m — исходная и максимально достигаемая в заданных условиях поверхности; с — коэффициент формы частицы; a— постоянная; e — плотность энергии предельных упругих деформаций; β — средняя по толщине плотность энергии предельных пластических деформаций; J — толщина деформируемого слоя. Ввиду того, что первый член в уравнении (1.22) значительно меньше, чем второй (для кварца, например, е =2*10 ⁵ Дж/м³, а β = 4,4*10⁸ Дж/м³), автор им пренебрегает. Тогда из (1.22) для случая s₀<<s_m следует где (1.23) При условии постоянства режима диспергирования (W — мощность аппарата, V — объем обрабатываемого материала, τ— время диспергирования) из (1.23) следует уравнение кинетики диспергирования: или (1.24) где имеет смысл константы скорости диспергирования» Для обработки экспериментальных данных в координатах уравнения (1.24) необходимо знать s_m. Ввиду того, что при больших временах измельчения возможна агрегация частиц и значения s_m могут быть заниженными, для нахождения s_m можно использовать начальную часть кривой, когда вклад агрегации еще незначителен. При условии 2τ₁ = τ₂ из уравнения (1.24) величина s_m равна; где s_t и s₂ — поверхности, соответствующие временам τ₁и τ₂. Затем можно определить k₂, обработав экспериментальные данные в координатах lgτlge/ . Экспериментальные данные, полученные разными авторами, достаточно хорошо соответствуют уравнению (1.24) [20: Ходаков Г. С. Физика измельчения. – М.: «Наука», 1972. 307 с.]. Августинником, Вигдергаузом и др. [49: О кинетике измельчения некоторых итугоплавких металлов. Августинник, Вигдергауз В. Ш., Гропянов В. М., Дроздецкая Г. В. «Порошковая металлургия», 1963, №»2. с. 3 – 7.] было показано наличие связи константы диспергирования k₂ с такими механическими свойствами веществ, как ударная вязкость, модуль сдвига, амплитуда тепловых колебании, микротвердость и др.

ГЛАВА II Химические реакции в смесях твердых веществ, как основа интенсификации технологических процессов.

2.1. Термодинамическая характеристика твердофазных реакций.

Основу создания новых технологий, а также их интенсификация составляет ускорение многих гетерогенных химических реакций. timberland soldes hommes В соответствии с основными положениями термодинамики направление химических реакций и степень химического превращения вещества определяются величиной изобарно-изотермического потенциала реакции Реакция между твердыми веществами возможна, если: (2.1) Для реакции А_тв + В_тв С_тв + D_тв (или АВ_тв) (2.2) где a_C, a_D, a_A, a_B — активности конечных и начальных продуктов. Поскольку твердые вещества находятся при нормальном давлении и имеют значения активности, равные или близкие к единице, то (2.3) Таким образом, для определения направления реакции достаточно знать значение в стандартном состоянии (Т = 298К, Р — 0,1 МПа). Если реакция термодинамически возможна (< 0), то теоретически в смеси твердых веществ она должна идти до конца. Если реакция сопровождается появлением жидкостей, газов или образованием твердых растворов, то вклад величины TS в изменение изобарно-изотермического потенциала G = ΔН — TΔS (2.4) становится весьма существенным, и тогда трудно говорить о связи между направлением реакции и значением величины ΔGp, так как изменение энтропии при этих процессах может быть как положительным, так и отрицательным. ugg bailey bow Следует также отметить, что под влиянием механической активации в твердых телах происходит накопление энергии за счет образования дефектов, смещений атомов со своих равновесных положений и т. д., что приводит к возрастанию энтальпии и энтропии твердых тел. В ряде случаев изменения этих величин значительны, и тогда общее изменение свободной энергии таково, что реакция может изменить свое направление. Недоучет этих факторов может привести к кажущемуся «противоречию» с термодинамическими расчетами.

1. Кинетика твердофазных реакций.

Механическое состояние твердых тел в связи с физическими причинами его определяющими – кинетика твердых тел, определяющая реакцию в смесях твердых веществ, весьма разнообразно. Поэтому предпринимались неоднократные попытки создать их классификацию, которая позволяла бы, зная тип реакции, судить о ее механизме и кинетических закономерностях, управляющих реакцией. Основные положения кинетики твердофазных реакций описаны в работах Будникова П. П.и Гастлинга А. М. [111 Будников П. П., Гастлинг А. М. Реакция в смесях твердых веществ. – М.: Стройиздат, 1965. 473 с.], Александрова В. В. [112 Александрова В. В. Система элементарных моделей механизма реакций в смесях твердых веществ. – «Изв. Сиб. Отд. Ан СССР», 1977, №7. Сер. хим. наук, вывп. 3, с. 59 — 65] и Аввакумова Е. Г. [Аввакумов Е. Г. Механические методы активации химичсеский процессов. – Новосибирск: «Наука», (?) 1979. 256 с.] Большинство теоретических и экспериментальных исследований реакций в смесях твердых веществ, выполненных к настоящему времени, относится к реакциям, протекающим в диффузионном режиме (см. гл. 2). Механохимический метод проведения твердофазных реакций рассматривается как перспективный, однако исследований по механизму и кинетике механохимических реакций в смесях твердых веществ имеется сравнительно мало. Выполненные нами в этом направлении исследования привели к созданию кинетической модели механохимических реакций в смесях твердых веществ. Ниже излагается ее содержание и результаты сопоставления с экспериментом.

6.1. КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ МЕЖДУ ТВЕРДЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Согласно этой модели [346,347], считается,что реагирование между порошками твердых веществ осуществляется только в момент удара шаров и в тех контактирующих зернах, которые находятся в зоне механического воздействия (удара или трения). Основные допущения модели: 1) скорость реагирования пропорциональна площади контакта s_koht; 2) толщина слоя и эффективная площадь, где протекает реакция при единичном механическом воздействии, постоянны во времени; 3) поверхность реагентов обновляется в процессе механической обработки. Несоответствии с указанными допущениями скорость реакции определяется скоростью образования контактов между частицами реагирующих компонентов, числом единичных механических воздействий в единицу времени и их энергией: v = k _мx s_ko,_it , (6.1) где k_M — константа, характе ризующая вероятность протекания реакции при данной ве личине механического воздействия на единицу контактной поверхности; х — число механических воздействий в единицу времени; s_koht — площадь контактирующих участков веществ А и В в смеси в момент механического воздействия. (6.1) Рис. 8.1. Схема воздойствия мелющего тела на смесь веществ А и В. Для определения поверхности контактирующих участков рассмотрим следующую картину (рис. 8.1). Пусть вещества А и В находятся в слое толщиной δ, размещенном на какой-либо поверхности, и в эту смесь ударяет мелющее тело. Площадь, приходящуюся на один удар, обозначим s _эфф.. Величина поверхности контакта за одно механическое воздействие будет равна s_конт = s (6.2) где s— поверхность контакта между частицами А и В в двух соседних слоях; п — число слоев. С точки зрения вероятности встречи частиц А и В в соседних слоях , (6.2) где s_A и s_B — площади реагирующих компонентов А и В в одном слое. Эти величины можно выразить через s _эфф и долю

1.5. ДИСПЕРГИРУЮЩИЕ АППАРАТЫ

Для измельчения твердых веществ находят применение аппараты различных конструкций, различающиеся видом механического воздействия на вещество: в одном случае ото может быть раздавливание, в других — удар, раскалывание, истирание и т. д. В современных измельчителях обычно сочетаются два и более видов таких воздействий. Для хрупких материалов, как правило, используют машины, в которых преобладают раздавливающие и ударные воздействия, для мягких — истирание, для волокнистых материалов эффективны разрывающие усилия и т. д. С техническими характеристиками и принципом действия применя- Большинство теоретических и экспериментальных исследований реакций в смесях твердых веществ, выполненных к настоящему времени, относится к реакциям, протекающим в диффузионном режиме (см. гл. 2). Механохимический метод проведения твердофазных реакций рассматривается как перспективный, однако исследований по механизму и кинетике механохимических реакций в смесях твердых веществ имеется сравнительно мало. Выполненные нами в этом направлении исследования привели к созданию кинетической модели механохимических реакций в смесях твердых веществ. Ниже излагается ее содержание и результаты сопоставления с экспериментом.

6.1. КИНЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МЕХАНОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ МЕЖДУ ТВЕРДЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

Согласно этой модели [346,347], считается,что реагирование между порошками твердых веществ осуществляется только в момент удара шаров и в тех контактирующих зернах, которые находятся в зоне механического воздействия (удара или трения). Основные допущения модели: 1) скорость реагирования пропорциональна площади контакта s_koht; 2) толщина слоя и эффективная площадь, где протекает реакция при единичном механическом воздействии, постоянны во времени; 3) поверхность реагентов обновляется в процессе механической обработки.

ГЛАВА II Механические метод диспергировани материалов основа интенсификации технологических процессов.

См. Нотбук

1.3.Физико-химические явления, сопровождающие диспергирование

1.2. air jordan future (вар-т) Сущность способа и структура процесса газодинамического диспергирования

В процессе газодинамического диспергирования материалов, рабочим телом и технологической зоной обработки измельчаемых материалов является струя газа, поэтому научную основу этого процесса определяет совокупность знаний о процессах и методах переработки материалов, использующих взаимодействие высокоскоростных потоков и переносимых этими потоками диспергируемого материала, с целью придания последним определенных физико-химических свойств и упорядоченного движения в заданном направлении, необходимом для осуществления той или иной технологической задачи. Силовое проявление газовых струй не является в какой–то мере новым, до сих пор неизвестным принципом. Наоборот, именно этот принцип знаменовал собой первое знакомство человека с атмосферными явлениями, ветряными мельницами, струйно-абразивной обработкой деталей машин, плазменным нанесением покрытий, пневмотранспортом и т. п. Тем не менее, о газодинамическом диспергировании можно говорить, как о новом направлении технологического использования энергии струи. UGG Bottes Это связано с тем, что вплоть до самого последнего времени принцип силового и физико-химического воздействия струи на обрабатываемый материал при реализации различных технологических процессов, в том числе и газодинамического диспергирования, не имел еще достаточного, соответствующего потенциальным его возможностям, раскрытия. Однако эти возможности и целесообразность их реализации осознаются с каждым днем все больше и больше, что приводит к расширению этого метода в практике различных производств. ugg classic cardy Поскольку при газодинамическом диспергировании струя является рабочим телом и основной технологической зоной обработки измельчаемого материала, оптимизацию процесса измельчения с целью, например, получения продукта с заданными свойствами, можно эффективно проводить, располагая численными значениями таких важных параметров, характеризующих её структуру, как скорость, температура, концентрационный состав газовых и твердых компонентов и т. п. Механизм газодинамического диспергирования существенно отличается от всех других их видов в двух отношениях. Источником энергии, обеспечивающим реализацию внутримельничных процессов (разрушение частиц измельчаемого материала, их транспортировку, разделение по крупности) является, взаимодействующая с частицами газовая струя, организующая их движение и обусловливающая не только своеобразный (оригинальный), отличный от других, механизм разрушения, но и изменение структуры измельчаемого материала. Технологические параметры струйной мельницы, также как и любой другой мельницы самоизмельчения, а может быть даже в большей мере, зависят от степени заполнения мельницы, определяемой величиной концентрации твердой фазы в потоке газа. Причиной этого является то, что промышленные струйные мельницы всегда работают в замкнутом цикле с классифицирующим аппаратом, так, что условия питания мельницы определяются режимом работы классификатора и не могут задаваться независимо. В процессе газодинамического диспергирования концентрация материала является критической технологической переменной, поскольку любое изменение свойств измельчаемого материала или режимов работы дезинтегратора отражается на её величине, а последняя, в свою очередь – на эффективности процесса в целом. Эти две особенности процесса газодинамического диспергирования должны быть отражены в структуре (модели) газодинамического дезинтегратора и, поэтому, должны быть предварительно аргументированы.

1.3. Технологические аспекты и эксплуатационные характеристики газодинамических дезинтеграторов.

1.4. Основные закономерности механики газодинамического диспергирования.

1.5. Постановка задачи решения проблемы повышения эффективности газодинамического диспергирования материалов.

Основные закономерности взаимодействие частиц в газовом потоке.

Взаимодействие частиц с рабочим телом (газовой средой) может протекать самым разным образом. Это может быть бинарное взаимодействие быстрых частиц с отдельными, более медленными или встречно движущимися частицами среды. При описании таких взаимодействий достаточно ограничится учетом парных столкновений, не принимая во внимание столкновения трех и более частиц. Во многих случаях необходимо учитывать коллективные эффекты, когда налетающие частицы либо торомозящую среду (газ) рассматривают как единое целое. Последнее имеет место, например, в процессе разрушения метеорита, входящего в земную атмосферу, при вводе измельчаемого материала в высокоскоростную струю при плазменном напылении, при струйном измельчении и т. д. Список примеров можно было бы продолжить. И все же наиболее продуктивный подход к физическому описанию взаимодействия частиц с внешней средой основан на рассмотрении бинарных соударений ускоренных частиц с другими частицами, со стенками ограничивающими движение потока, а также с несущей средой, приводящих, в каждом конкретном случае, к существенному изменению их состояния, например, к изменению поступательной энергии и импульса, внутренней энергии и даже структуры материала частицы. Естественно, что в процессе столкновения ансамбля взаимодействующих частиц выполняется закон сохранения импульса (количества движения): p =∑p_i(t) = const (импульс системы может изменяться под действием только внешних сил). При этом интерес представляют неупругие столкновения, при которых суммарная поступательная энергия частиц не сохраняется, преобразуясь в энергию превращения структуры частиц, их разрушения, вплоть до изменения их внутреннего состояния. Энергетические характеристики соударяющихся частиц для произвольного характера их взаимодействия определяются из формул, полученных В.А. Никеровым [ Никеров В. Adidas Ultra Boost Femme А. Применение частиц и излучений высокой энергии: Учебное пособие для втузов.- М.: Высш. шк,1988. – 152 с.:ил.-]: (1.1.) где E = m₁v²/2 – начальная, до соударения, энергия частицы. E₁, E_2, m_1, m₂ – cоответственно энергии и массы, соударяющихся (первой и второй) частиц. Эти же формулы удобны и для расчета неупругого соударения, включая изменение внутренней энергии ξ в процессе соударения в качестве составляющих энергии E₂. Прямо из приведенных соотношений (1.1.) для произвольного характера взаимодействия частиц при лобовом столкновении [sin (c/2)] можно оценить относительную потерю энергии ξ в процессе соударения кинетической энергии налетающей частицы. Christian Louboutin Pas Cher По определению ξ есть отношение потерянной энергии налетающей частицы к её начальной энергии: ξ = E₂/E = 4m₁m₂/(m₁+m₂)². (1.2.) Результат математических исследований свидетельствует о том, что наиболее эффективный обмен энергией при упругих соударениях возможен между частицами со сравнимой массой. В частности, при лобовом соударении частиц с одинаковой массой (m₁=m₂) ξ = 1, что означает полную передачу энергии от налетающей частицы к неподвижной и полную остановку первой частицы в результате удара. Если же массы соударяющихся частиц существенно различны (m<M), то в знаменателе последней формулы можно пренебречь легкой массой по сравнению с тяжелой. Результат показывает, что в этом случае доля теряемой энергии при лобовом столкновении невелика и составляет: ξ ≈ 4m/M, т.е. ξ < 1. Это справедливо независимо от того, какая частица тяжелее – быстрая или медленная (неподвижная). Знание относительной потери энергии позволяет оценить число упругих лобовых столкновений Q, требуемых для практически полного торможения быстрой частицы: Q ~ 1/ ξ ~ M/m > 1. Однако число необходимых для торможения соударений может значительно превышать даже эту величину. Далеко не все соударения частиц лобовые. Обычно частицы при столкновении могут лишь слегка задевать одна другую, так что передача энергии при этом меньше, чем при лобовом ударе. Такие боковые удары, при которых Sin (χ/2) < 1, играют большую роль в теории столкновений, способствующей раскрытию механизма разрушения частиц в процессе газодинамического диспергирования материалов. При этом представляют интерес скорости процессов рассеяния большого количества одинаковых частиц, определяемых различными видами соударений (лобового, касательного), а также их соотношение. В качестве количественной меры вероятности столкновения принимают полное эффективное сечение рассеяния [Никеров В. А.], имеющее размерность площади: σ =ν/(Nv), (1.4.) где σ – полное эффективное сечение рассеяния; ν – число частиц, претерпевающих столкновение с неподвижным рассеивающим центром (с более крупной частицей, с газовой средой); Ν – концентрация пробных (налетающих) частиц; V — скорость налетающих частиц. Энергетической характеристикой эффективности рассеяния, по определению того же Никерова В.А., является средняя потеря энергии налетающей частицы в процессе соударения: В наибольшем приближении к газодинамическому диспергированию материалов, по физической сущности явлений, относятся физические аспекты дробления метеоритов, а также теплфизические и газодинамические проблемы плазмоструйного нанесения покрытий, включающего многие (но не все) характерные особенности процессов обработки дисперсных материалов. Результаты анализа исследований в указанных областях могут послужить основой развития теории и практики газодинамического диспергирования, конечной целью которого является получение тонкодисперсных материалов с заданными физико-механическими и химическими свойствами. Исследованию механизма разрушения твердых тел в процессе скоростного их взаимодействия с газовой средой посвящены работы в области метеоритики, установивших характер дробления метеоритов, внедряющихся на больших скоростях в атмосферу. Из двух основных механизмов дробления метеоритов: за счет аэродинамических и термических напряжений, — несомненно, действует первый, поскольку прогрев крупных частиц, как показано в работе [ ], происходит на глубину не более 0,5 – 1,0 мм и не может играть существенной роли в их дроблении. Роль же аэродинамических нагрузок особенно возрастает в связи с неправильной формой разрушаемых тел. Установлено также, как видно из таблицы 1[ ], влияние размера дробимых тел и механизма дробления на размер получаемых частиц. Сущность способа газодинамического диспергирования материалов заключается в разрушении частиц в процессе их взаимодействия в потоке газа с последующим разделением их по фракциям и выделением из потока частиц измельченных до заданной крупности. Таблица 1. Классификация форм дробления метеоритов [ ]

*) Для обозначения типов дробления выбраны, как и в оригинале, начальные буквы английских слов breaking, crumbling, husking, spraying, pulverization, powdering, тождественных русским названиям, приведенным во втором столбце таблицы. Исследованиями механизма разрушения метеоритов в атмосферной среде определены также величины, необходимых для этого динамических нагрузок (разрушающих напряжений). В частности установлено [В.А.Бронштэн], что разрушенный при входе в атмосферу типичный каменный метеорит Пршибрам, летевший со скоростью @ 20 км/с, на высоте 44 км (r @ 2,3 * 10 ^{– 6} г/см³) должен был испытывать динамическую нагрузку q = rv ² =10 ⁷дин/см ² = 10 ⁷* (1,02*10^{— 6}) = 1,02 * 10 ¹ =10,2 кг/см². Разрушающее напряжение для гранита, по данным [Справочник физических констант горных пород/ Под ред. С. Кларка, мл. –М.: Мир, 1969.], на порядок выше: (0,5 –3) * 10 ⁸ дин/см² = (0,5 – 3) * (1,02*10 ²) = (0,51 – 3,06) *10² кг/см². Однако прочность каменных метеоритов бывает меньше, чем у гранита, и составляет, по данным Медведева Р. В [Медведев Р. В.- Метеоритика, 1974, в. 33, с. 100 – 104.], от 2*10⁷ до 5*10⁸ дин/см² (от 2,04*10¹ до 5,1*10 ² кг/см²). Из этого делается вывод, что именно аэродинамические нагрузки ответственны за дробление каменных метеоритов. Аналогичные расчеты механизма взаимодействия материальных частиц с газом в струйных мельницах позволяют получить ориентировочную оценку величины возможных напряжений, получаемых частицами от аэродинамических сил. Поскольку скорость истечения газа из сопел исследованных струйных мельниц составляет, в среднем, порядка 300 м/с (0,3 км/с) то при плотности струи, изменяющейся в пределах r @ = (0,8 — 1,293) кг/м³ = (800 – 1293) г/см³, измельчаемый материал при встрече со струей будет испытывать динамическую нагрузку, составляющую: q = rv ² =[(0,8 — 1,293)*10³]*(3*10²)² = (0,8*10³ – 1.293*10³)*(9*10⁴) = (7,2 *10⁷ – 11,6*10⁷) дин/см², или, соответственно, от 73,4 кг/см² до120 кг/см². Отмеченные пределы возможных напряжений могут обеспечить разрушения целого ряда материалов, прочность которых меньше возможных аэродинамических нагрузок. Однако, сравнение значений q, соответствующих началу дробления метеоритов, с разрывающим напряжением для каменных пород и железа показывает, что первые меньше вторых в несколько раз, порой на порядок. Из этого следует, что действуют какие-то факторы, понижающие значение s_с. Одной из таких причин, как утверждают авторы этих исследовний [ ], является неоднородность метеоритов, особенно каменных. Другая причина – понижение прочности метеоритов при их нагревании – вряд ли играет существенную роль, так как у крупных метеоритов нагревается только поверхностный слой. Для струйных мельниц, перерабатывающих мелкие материалы этот фактор сбрасывать со счетов нельзя, о чем свидетельствуют более ранние исследования автора с коллегами [….]. Немаловажную роль при этом играют и динамические процессы

1.3. Основные закономерности гетерогенных потоков.

Анализ состояния и перспектив использования энергии газовой струи для обработки дисперсных материалов в ряде промышленных технологий показывает [Жуков М. Ф., Солоненко О. П. Некоторые газодинамические проблемы плазменного нанесения покрытий // 7-я Всесоюзная конф. по генераторам низкотемпературной плазмы: Тез. докл. Новосибирск, 1980. Т. 3, с. 184 – 187; Жуков М. Ф., Солоненко О. П. Высокотемпературные запыленные струи в процессах обработки порошковых материалов / Отв. ред. В. Е. Накоряков, Новосибирск. ИТ СО СССР. 1990. 516 с.], что основными классами гетерогенных струйных течений, представляющих наибольший интерес для совершенствования процессов обработки дисперсных материалов являются свободные и коаксиальные струи. Известно также, что каждый исследуемый объект, несмотря на некоторую аналогию по физическим явлениям с другими объектами, накладывает свои специфические требования к его исследованию, математическому описанию и моделированию. Поскольку при газодинамическом диспергировании газовая струя является рабочим телом и основной технологической зоной обработки измельчаемого материала, оптимизацию процесса измельчения с целью, получения продукта с заданными свойствами, можно эффективно проводить, располагая численными значениями таких важных параметров, характеризующих её структуру, как скорость, температура, концентрационный состав газовых и твердых компонентов. Следовательно, самостоятельный интерес как объект исследования в первую очередь составляют (высокоскоростные) однофазные струи, используемые для переработки дисперсных материалов. Характерными особенностями этих струй являются: -многокомпонентность, при работе мельниц на продуктах сгорания различных топлив в среде воздуха; -наличие значительных градиентов скорости и температуры в поперечных сечениях струи, что обусловливает различные скоростную и температурную предысторию частиц подлежащего измельчению материала (последним объясняется необходимость жесткого контроля условий ввода частиц в ускоряющую струю); -высокая степень турбулентности из-за … При исследовании двухфазных неизотермических потоков типа газ -частицы значительную сложность представляет корректный учет теплового и динамического взаимодействия фаз в осредненном и пульсационном движении, столкновения и коагуляции частиц, их вращения, измельчения, поскольку закономерности таких систем находятся в тесной связи с концентрацией дисперсного материала в газовом потоке [77, Горбис З.Р. Bottes UGG Soldes Теплообмен и гидродинамика дисперсных сквозных потоков. –М.: Энергия, 1970. 420 с.]. Поэтому, представляет интерес Ф Внутреннее же состояние частицы, включая возможные фазовые, структурные и химические превращения в её объеме, можно предсказать лишь с помощью вычислительного эксперимента, опирающегося поля скоростей, температур и химического состава исследуемой струи. При этом расчет межфазного тепло- и массопереноса требует знания также температуры поверхности частицы, которая может быть корректно определена лишь в результате решения внутренней задачи нестационарной теплопроводности, т.е. с учетом реального градиента температуры. Эффективность обработки порошковых материалов во многом определяется характером течения в струе конкретной установки, способом и стабильностью ввода частиц в рабочий скоростной поток, гранулометрическим составом дисперсной фазы, мощностью, вкладываемой в струю и т. д. В конечном итоге суммарная эффективность процесса находитсяв в прямой зависимости от характера движения и нагрева частиц, вводимых в рабочий поток. Из газодинамики многофазных систем хорошо известно [90 –92, Стернин Л. Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. – М.: Машиностроение, 1974. 212 с.; Нигматулин Р. и. Основы механики гетерогенных сред. –М.: Наука, 1978. 336 с.; Дейч М.Е., Филиппов Г. А. Газодинамика двухфазных сред. – М.: Энергоиздат, 1981, 471 с.; Моссэ А. Л., Буров И. С. Обработка дисперсных материалов в плазменных реакторах. –Минск: Наука и техника, 1980. 207 с.], что в общем случае на характер потока, его турбулентность и возможный градиент давления, градиенты скорости и температуры движение частицы оказывают влияние многие движения несущего потока, степень разреженности и сжимаемость факторы: инерционность среды, ускорение частицы, степень шероховатости её поверхности и несферичность, концентрация частиц в газе. Большинство из перечисленных факторов может оказать влияние на эффективность механического и теплового разрушения частиц, тепло- и массообмен в высокотемпературном потоке. Анализ зависимостей, используемых при аппроксимации вклада того или иного фактора в коэффициенты сопротивления и теплоотдачи частиц, приводится в [8, 23, 68, 71, 93 Цветков Ю. В., Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. – М.: Наука, 1977. 184 с.; Донской А. В., Клубникин В. С. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. –Л.: Машиностроение, 1979. 222 с….см.Жуков ], из которых следует, что данные вопросы применительно к условиям газодинамического диспергирования, требует проведения дальнейших специальных исследований. Особого рассмотрения, по нашему мнению, заслуживают процессы межфазного турбулентного обмена импульсом, энергией и массой двухфазном потоке.