Разработка теоритических основ развития техники, технологии и способов управления процессом газодинамического диспергирования материалов

В. И. ГОРОБЕЦ (Вариант 1) Теоретическое исследование и разработка техники, технологии и способов управления процессом газодинамического диспергирования материалов (Вариант 2) Газодинамитческое диспергирование материалов

Введение ЧАСТЬ ПЕРВАЯ Основы техники и технологии газодинамического диспергирования материалов Глава I Современное состояние проблем и перспективы развития техники и технологии газодинамического диспергирования. (Физическая сущность процесса газодинамического диспергирования материалов) 1.1 Анализ исследуемых процессов и современное состояние проблем диспергирования материалов. (Схемы измельчения). 1.2. Сущность способа и структура процесса газодинамического диспергирования материалов…Особенности исследуемых процессов. (Взаимодействие частиц в процессе газодин. диспергирования) 1.3. Технологические аспекты и эксплуатационные характкристики процесса газодинамического диспергирования. (Измельчаемость минеральных и органических материалов) …… 1.4. Постановка задачи решения проблемы повышения эффективности газодинамического диспергирования материалов 1.5…………………….. Глава II Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов 2.1. Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе газодинамического диспергирования. 2.2. Энергетические аспекты разрушения и классификации материалов 2.3. Структура движущих сил внутримельничных процессов 2.4. Газодинамическая структура потоков в газодинамическом дез интеграторе. Глава III Формирование математической модели функционирования ГДД. 3.1. Задачи и принципы формализации процесса газодинамического диспергирования материалов. 3.2. Структуризация системы газодинамического диспергирования. 3.3. Разработка формального описания подсистем. 3.4. Проверка адекватности модели. ЧАСТЬ ВТОРАЯ НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И КОНСТРУИРОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ДЕЗИНТЕГРАТОРОВ ГЛАВА IV. Методология структурно-параметрической оптимизации ГДД 4.1. Задачи выбора рациональной структуры ГДД. 4.2. Формализация функциональных требований к ГДД. 4.3. Формирование математической модели (обобщенной структуры) функционирования ГДД. 4.4. Разработка показателей качества и критериев оптимизации ГДД. 4.5. Принципы универсализации конструкции и энергетического обеспечения ГДД. Глава V. Экспериментально-статистические модели структурных элементов ГДД 5.1. Задачи расчета и расчетная схема источников рабочего тела. 5.2. Расчетная схема конструктивных вариантов ускоряющих систем. 5.3. Конструктивные варианты и расчетные схемы помольной камеры. 5.4. Математическая модель и расчетная схема процесса классификации измельченного материала. 5.5. Расчетная схема аспирационной системы. Глава VI. Моделирование испытаний ГДД 6.1. Постановка задачи испытаний. 6.2. Формирование адаптивных математических моделей функционирования ГДД. 6.3. Планирование испытаний. 6.4. Имитационная модель оценки надежности функционирования ГДД. Глава VII. Математическое обеспечение процесса управления и технического диагностирования структурных элементов ГДД 7.1. Структура функциональных элементов ГДД, как объектов управления. 7.2. Моделирование процесса отладки выходных параметров структурных элементов. 7.3.Оптимизация управления выходными параметрами элементов ГДД на основе их математических моделей. 7.4. Вероятностно-статистический метод технического диагностирования ГДД. ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ – ОСНОВА НОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И МАТЕРИАЛОВ Глава VIII. Анализ приоритетных направлений применения газодинамического диспергирования материалов 8.1. Анализ структурно-механических свойств дисперсных материалов, как основы интенсификации производственных процессов.. 8.2. Практическая направленность механохимических преобразований материалов в процессе газодинамического диспергирования. 8.3. Разработка новых методов интенсификации технологических процессов промышленного производства. Глава IX. Результаты промышленного освоения газодинамических дезинтеграторов 9.1. Опыт промышленного освоения ГДД в производство цирконового концентрата. 9.2. Опыт промышленного освоения ГДД в производстве строительных материалов. 9.3. Опыт и результаты промышленного освоения ГДД в производстве стекловолокна. 9.4. Опыт и результаты промышленного освоения ГДД в производстве электролитической двуокиси марганца. 9.5. Исследование перспектив получения тонкомолотых плодоовощных порошков. ГЛАВА X. Перспективы газодинамической технологии в переработке и использования отходов производства Вариант Перспективы развития безотходных технологий на базе газодинамических дезинтеграторов 10.1. Анализ современного состояния образования и перспектив использования отходов промышленного производства и потребления. 10.2. Прогнозная оценка объемов образования отходов топливоэнергетического производства и принципов их переработки газодинамическим способом. 10.3. nike air max homme Оценка эколого-экономических и социальных последствий расширения области применения ГДД.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современное состояние развития общества характеризуется углублением интенсификации производств на основе научно обоснованного развития техники и всемерного режима экономии материальных и энергетических ресурсов. Увеличение темпов развития промышленности, сельского хозяйства, медицины предполагает техническое перевооружение предприятий путем внедрения высокоэффективных техники и технологий. Противоречия между уменьшением сырьевых, а также энергетических ресурсов и растущими требованиями к количеству и качеству выпускаемой продукции решается путем интенсификации процессов технологического передела сырья. Одним из направлений решения этой задачи в технологических схемах переработки твердых материалов является увеличение поверхностной энергии их частиц, достигаемое путем механо-химической активации в процессе измельчения. Несмотря на все возрастающее значение этих процессов для технического прогресса, теория их разработана крайне недостаточно, а отсутствие обобщений многочисленных эмпирических исследований отечественных и зарубежных ученых, затрудняет их практическое использование. Одним из негативных последствий, обусловленных отсутствием обобщенной теории механохимической активации в процессе измельчения материалов, является сложность обоснования применимости того или иного способов измельчения, типов и размеров измельчительного оборудования при осуществлении той или иной технологической операции. Не менее острую проблему представляет имеющая место тенденция повышения удельной и единичной производительности измельчительного оборудования, сопровождающееся увеличением его износа, особенно присущим мельницам с твердыми мелющими телами (шаровые, стержневые, вибрационные, Аэрофол и т. п.). Удельный износ оборудования и мелющих тел для них измеряется килограммами на тонну измельченного продукта. Высокий удельный износ оборудования является ограничительным фактором увеличения удельной производительности мельниц, составляющей до 0,1 т на 1т веса мельницы, т. е. при максимальном весе мельницы 1000т максимальная производительность ограничивается 80 – 100 т/ч. Не менее ощутимой проблемой эксплуатации таких мельниц является проблема экологического характера, связанная с необходимостью надежной их звукоизоляции, усложняющей их эксплуатацию На фоне высвеченных проблем становится очевидной необходимость разработки более совершенных технологий получения тонкомолотых материалов. Одним из направлений решения этой задачи является поиск способов, основанных на физико-механических эффектах, обеспечивающих концентрацию потоков энергии, воздействующих на измельчаемый материал, с одновременным ограничением их воздействия на ограничивающие поверхности аппарата. Наибольший интерес для совершенствования процессов механохимической и термической обработки дисперсных материалов представляют гетерогенные струйные течения, составляющие основу газодинамического диспергирования. За почти вековой период, прошедший со времен появления первых струйных мельниц (конец XIX века), накоплено большое количество экспериментальных данных и определен ряд закономерностей взаимодействия газового потока с частицами различных материалов. В настоящее время исследования двухфазных потоков достигли качественно нового уровня, дающих возможность не только накопления и обобщения экспериментальных данных, но и переход к теоретическому представлению их механической модели. Однако достижения в области механики двухфазных сред еще не оказали определяющего влияния на развитие техники и технологии струйного измельчения. Со времени регистрации в США первого патента на струйную мельницу (1882 г) появилось много других патентов и публикаций по результатам исследования, а также и попыток промышленного внедрения струйных мельниц, однако, сведений, за редким исключением, о широкомасштабном использовании, стабильной и долговременной их работе, нет. В зарубежной практике разработкой струйных мельниц занимаются: отделение химической техники Токийского университета (Япония), факультет технологии химических процессов Хоккайского университета, г.Саппоро (Япония), Институт исследований технологии при Рейнско-Вестфальской высшей школе, г. Аахен (Германия), фирма «Джет О^*Майзер» (США) и другие. В Советском Союзе работы по освоению струйных мельниц проводились во Всесоюзном теплотехническом институте (ВТИ) под руководством М.Л. Кисельгофа, позже во Всесоюзном НИИ цемента – под руководством В.И. Акунова и параллельно Б.К. Тельновым, а с1963 года в Днепропетровском горном институте конструкции струйных мельниц разрабатывались под руководством автора настоящей работы. Подтвержденный указанными работами целый ряд преимуществ, струйных мельниц обусловил в последнее время усиленный к ним интерес со стороны производственников различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины. Возникла необходимость в разработке мельниц различных типоразмеров для измельчения сырья резко различающегося по своим физико-механическим, химическим, реологическим и другим свойствам. Одной из основных тенденций развития и совершенствования техники и технологии струйного измельчения является усиление взаимосвязей между их отдельными подсистемами и элементами, неизбежно сопровождающееся увеличением числа режимных параметров функционирования комплекса. Выбор рациональной структуры, конструктивных и режимных параметров элементов системы конкретного целевого назначения, представляет собой сложную научно-техническую проблему. Актуальность научной разработки указанной проблемы, как аспект содержания настоящей работы, подтверждается органической связью её решения с необходимостью дальнейшего совершенствования технологий переработки различных материалов в целом ряде ведущих отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, повышения эффективности этих производств, снижения энергоемкости процессов, обеспечения рационального использования природных ресурсов, а также охраны окружающей среды. В работе обобщены результаты многолетних (1963 – 2006 г.г.) исследований, выполненных автором при его непосредственном участии и научном руководстве разработками автоматизированной техники и технологии газоструйного измельчения материалов минерального и органического происхождения. Основные разделы работы отражают результаты научно-исследовательских работ, выполненных в соответствии с координационными планами ГК НТ СССР, МХП СССР, МПСМ СССР, а также календарными планами хозяйственных договоров с промышленными предприятиями различных отраслей промышленности и сельского хозяйства. Цель и основная идея работы заключается в теоретическом обобщении основных закономерностей энергетического взаимодействия измельчаемых материалов в газовых потоках, а также в разработке общей концепции моделирования, разработки техники и технологии, а также принципов оптимизации автоматической диагностики и управления процессом газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения. В настоящее время опубликовано всего несколько работ, посвященных моделированию гетерогенных газовых струй с характерной для ГДД структурой. Оптимизации режимов работы комплекса газоструйного измельчения посвящена единственная работа – кандидатская диссертация автора настоящей работы. Другие публикации, относящиеся к области струйного измельчения, затрагивают, в основном, вопросы рационального выбора структуры и параметров лишь отдельных подсистем мельницы (инжекторов, ускоряющей системы и т. п.) и, практически, не освещают проблему ее комплексной оптимизации. Вопросы технической диагностики (количественной оценки характеристик процесса локализации неисправностей), имеющих архиважное значение для технологической линии газодинамического диспергирования материалов, практически не рассматриваются вовсе . Существующие математические модели процесса газодинамического диспергирования материалов в подавляющем большинстве случаев не учитывают таких характерных особенностей, присущих реальным течениям высокоэнтропийных потоков газодинамических дезинтеграторов, как турбулентность, полидисперсность, многокомпонентность, а также возможное изменение физико-механических свойств измельчаемого материала, инициирующих взрывные процессы, исключая тем самым возможность тестирования и машинного моделирования процессов. Указанные недостатки частично устраняются прямым физическим моделированием процесса на разномасштабных установках. Обеспечивая возможность получения принципиально новых фактов и закономерностей, экспериментальные методы не могут обеспечить исчерпывающую информацию о внутримельничных процессах. Таким образом, ближайшие исследования газодинамического диспергирования материалов должны быть сосредоточены на рациональном сочетании возможностей вычислительного и физического экспериментов, что, в свою очередь, позволит более обоснованно подойти к построению физико-математических моделей, их замыканию, опытной апробации и установлению области применимости при описании наиболее важных в практическом отношении внутримельничных процессов, а также интерпретировать результаты опытных данных с целью проверки их адекватности. На основе изложенного сформулирована основная цель работы – создание научных основ и установление закономерностей целенаправленного комплексного использования энергии газового потока на совершение внутримельничных процессов, развития современных методов диагностики, хорошо зарекомендовавших себя при исследовании изотермических двухфазных потоков, а также разработки технического, методического, алгоритмического и программного обеспечений, способствующих лучшей интерпретации опытных данных, а на их основе подойти к созданию физических основ проектирования и конструирования струйных мельниц и систем управления процессом газодинамического диспергирования материалов. Достижение поставленной цели обеспечивается комплексным решением следующих задач: — развитие физико-математических основ теории двухфазных струй и механизма взаимодействия частиц с окружающей средой в процессе газодинамического диспергирования, классификации и пылеулавливания; — анализ физико-механических эффектов в процессе газодинамического диспергирования; создание техники и технологии, высокоэффективного автоматизированного оборудования газодинамического диспергирования материалов; — разработка методов и аппаратурного оформления процесса оперативной диагностики основных технологических параметров газодинамического диспергирования материалов, состояния дисперсной и газовой фаз в процессе их взаимодействия, а также характера изменения свойств частиц в процессе измельчения материала; — разработка методов и средств обеспечивающих контроль, поддержание на заданном уровне и регистрацию параметров процесса газодинамического диспергирования материалов различной природы; — создание технических, методических, алгоритмических и программных средств для проведения вычислительного эксперимента в области газодинамического диспергирования материалов, осуществляемого параллельно с натурным экспериментом; — создание банка данных, математического и программного обеспечения для серийного и перспективного оборудования, позволяющих предварительно подбирать конструктивные и режимные параметры техники и технологии газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения; — разработка математической модели и принципов структурной оптимизации комплекса газодинамического диспергирования на начальном этапе проектирования (на этапе аванпроектирования) – на этапе формирования структуры процесса газодинамического диспергирования материалов. — синтез квазиоптимальной программы неисправностей в технологической линии газодинамической газодинамического диспергирования материалов. Решение указанных задач обеспечивает возможность конкретизации принципов функционирования элементов системы, формулировки требований к ее выходным характеристикам и показателям, обеспечивающим достижение поставленных целей, а также увязку разработанных требований с технологическими требованиями и конструктивными возможностями системы. Работа содержит: 1) Обобщение, систематизацию и критический анализ отечественных и зарубежных материалов по способам и технологическим схемам газоструйного измельчения материалов, а также управлению внутримельничными процессами. 2) Данные широко поставленного исследования: физики взаимодействия частиц измельчаемого материала в потоке рабочего тела – газового энергоносителя, работы комплекса элементов, составляющих технологическую схему газодинамического диспергирования материалов с различными физико-механическими свойствами. 3) Результаты разработок на уровне изобретений, создания, исследования и широкого промышленного внедрения на отечественных и зарубежных предприятиях технологических схем с оптимальным распределением процессов размола и сушки позволившего решить проблему оптимального использования энергии рабочего тела, а также решить проблему измельчения взрывоопасных материалов, повысить (в сравнении с существующими системами измельчения ) эффективность работы оборудования при одновременном снижении его габаритов и металлоемкости, начальных капитальных затрат и затрат на ремонт. 4) Методики и рекомендации по физическому и математическому моделированию, проектированию, расчету, выбору и компоновке оборудования вновь создаваемых технологических схем и систем автоматического управления и диагностики. 5) Обоснование дальнейших перспектив использования процесса газодинамического диспергирования для широкой гаммы материала, используемого в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины. Комплексная оптимизация процесса газодинамического диспергирования материалов предусматривает исследования двух ее аспектов – энергомассового и информационного. В рамках формируемой на основе предлагаемой математической модели потокораспределения анализируется энергомассовый аспект функционирования газодинамического дезинтегратора (ГДД), а также не менее важный информационно-управляющий аспект (вопросы диагностирования, регулирования и управления работой элементов системы газодинамического диспергирования, анализа переходных процессов и т. д.) Практическая ценность. Теоретические разработки автора положены в основу проектирования и конструирования газодинамических дезинтеграторов, а также систем автоматического диагностирования и управления процессом диспергирования, внедренных в производство цирконового концентрата (Вольногорский ГМК), в производство стройматериалов (Волгоградский керамический завод), в производство стекловолокна (Полоцкий завод стекловолока, Белоруссия, Шуменский завод стекловолокна – Болгария, Уфимский завод стекловолокна, г. Уфа), в производство элекролитической двуокиси марганца (Руставский химзавод). Получены обнадеживающие результаты полупромышленных испытаний газодинамической технологии в производстве ультрадисперсных порошков меди, высокомарочных цементов, сухих строительных смесей, шоколадных изделий, а также сухих порошков из моркови, тыквы, свеклы яблочного жома и т.п. На защиту выносятся: Из экспериментально –теоретических разработок: — основные физические модели взаимодействия частиц измельчаемого материала между собой и с газовой средой, необходимые для понимания механизма газодинамического диспергирования; — обобщенные закономерности для оценки размерно-прочностных, аэродинамических и физикохимических свойств измелчаемых материалов; обобщенные структура и закономерности взаимодействия фаз в процессегазодинамического диспергирования; основы физической кинетики неравновесных процессов результаты анализа энергомассового и информационно-управляющего ас- пектов функционирования газодинамического дезинтегратора; научные основы и математические модели взаимодействия потоков высокой концентрации в структурных элементах дезинтегратора; результаты исследований, раскрывающие физическую сущность процессов разрушения частиц, и принципы установления рациональных условий и границ эффективного применения энергии газовых потоков в технологии газодинамического диспергирования материалов. Из научно-методических разработок: научные положения, аналитические закономерности и методы определения характеристик сырья подлежащего измельчению в газодинамическом дезинтеграторе, расчета оптимальных конструктивных параметров структурных элементов дезинтегратора и режимов их работы; обоснование показателей эффективности работы ГДД и отдельных его элементов с учетом случайного характера изменения физико-механических свойств измельчаемого материала; методы комплексной автоматической диагностики многокомпонентных газовых струй и структурных элементов газодинамического дезинтегратора; методы обоснования эффективной области применения газодинамического метода измельчения. Из научно-технических разработок: принципиально новые конструктивные решения по оформлению структурных элементов газодинамического дезинтегратора, технологических схем газодинамической переработки материалов с различными физико-механическими и химическими свойствами, а также системы автоматического управления и технического диагностирования газодинамических дезинтеграторов; результаты лабораторных испытаний, опытно-промышленной и промышленной проверки эффективности конструктивных вариантов газодинамических дезинтеграторов. Научная новизна работы состоит в системном подходе к исследованию закономерностей процесса газодинамического диспергирования материалов минерального и органического происхождения, обеспечившим определение приоритетных, на ближайшие 5 – 10 лет, задач выбора эффективных средств решения проблем исследований и разработок перспективных способов измельчения и технических средств их реализации, а также способов и средств автоматического управления внутримельничными процессами и технической их диагностики. Новизна исследований подтверждена 75 авторскими свидетельствами, патентами Германии, США и Украины. На основе выполненных исследований в работе осуществлено теореоретическое обобщение в области производства высокодисперсных порошков минерального и органического происхождения (газодинамического диспергирования) и решена (крупная) научная проблема разработки техники и технологии газодинамической подготовки материалов к технологическому переделу в ведущих отраслях промышленности сельского хозяйства и медицины. Полученные результаты являются хорошей предпосылкой развития технологий производства технического мела, цемента, древесной муки… Апробация работы. Материалы диссертации отражены в двух монографиях (Новое направление работ по измельчению. – М.: «Недра», 1977. 183 с.; Инженерный менеджмент. Основы. – Днепропетровск: Пороги, 2001. Т.1. –356 с.), в 110 публикациях, 75 из которых, авторские свидетельства на изобретения СССР, патент США № , патент ФРГ № , патент Украины № .Основные теоретические результаты изложены в статьях, опубликованных в журналах «………….», …..Прикладные результаты публиковались в отраслевых журналах «…..», Результаты работы неоднократно докладывались на Всесоюзных отраслевых конференциях (…..). Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех частей основных результатов работы, изложенных в десяти главах, списка литературы и приложения. Результаты работы изложены на ….. страницах компъютерного набора текста, …. рисунков, ….таблицы. Список использованной литературы включает ….наименований. Диссертация выполнена в Национальном горном университете (бывших Днепропетровском горном институте имени Артема, Национальной горной академии Украины) В предисловии, предваряющем изложение основного материала, кратко характеризуется роль и значение газодинамического диспергирования в совершенствовании технологических процессов, перерабатывающих твердые материалы; определяются требования к научному уровню разработок, обеспечивющих развитие техники и технологии газодинамического диспергирования; указываются особенности методов и организационных форм исследования и освоения техники и технологии газодинамического диспергирования; показаны особенности разработок их отличие (приемственность) от предыдущих, методологическую направленность. Во введении раскрыта актуальность работы, выполнен анализ известных отечественных и зарубежных публикаций, позволивший высветить основные проблемы развития перспективного газодинамического диспергирования и сформулировать задачи, решение которых обеспечит возможность гарантированно получать в промышленном масштабе тонкомолотые материалы с заданными свойствами при незначительных, в сравнении с известными методами измельчения, затратами, материальных и энергетических ресурсов. В первой главе (Современное состояние проблем и перспективы развития техники и технологии газодинамического диспергирования) на основе анализа процессов, лежащих в основе газодинамического диспергирования материалов сформулированы задачи, решение которых позволяет обеспечить функциональное наполнение процесса в виде следующих подсистем: Источник газового энергоносителя (рабочего тела); смесительно-ускоряющая система; Помольная камера; Классификатор; Пылеосадительная система; Пневмотранспортная система. Каждый из указанных элементов накладывает свои специфические требования к технологии измельчения, диагностируемому оборудованию и к математическим моделям для его описания. 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 характеристиками таких важных параметров, характеризующих её структуру, как скорость, температура, концентрационный состав газовых и твердых компонентов. На основе выполненных исследований сделаны следующие выводы: 1. Установлена необходимость дальнейшего развития существующих гидродинамических основ взаимодействия частиц измельчаемого материала в потоке гетерогенных струй с целью оптимизации процессов разрушения, классификации и транспортировки, способствующих увязке параметров отдельных звеньев технологической цепочки газодинамического диспергирования: источник газового энергоносителя (рабочего тела) – ускоряющая система – помольная камера – классификатор – пылеосадительная система. 2.Существенному продвижению в достоверном и более полном понимании процессов, обеспечивающих целенаправленное управление эффективностью работы газодинамических дезинтеграторов, будет способствовать проведение теоретических, расчетных и экспериментальных исследований, базирующихся на моделировании трехмерной картины массо- и теплообмена между частицами и рабочим телом с учетом вязкости рабочего тела, физических свойств материалов, скорости, температуры и размера частиц непосредственно перед их соударением, с обязательным последующим проведением исследований по изучению адгезии частиц, с изучением зон схватывания и выяснения морфологии самой частицы. 3. Выполненный анализ работ по исследованию высокотемпературных запыленных струй сложного газового состава с примесью полидисперсных частиц позволяет отметить, что многообразие факторов, широкий диапазон изменения режимных параметров и чрезвычайная сложность межфазного энерго- и массообмена настоятельно требуют развития современных методов диагностики, хорошо зарекомендовавших себя при исследовании изотермических двухфазных потоков, их перекрестной проверки, а также разработки технического, методического. алгоритмического и программного обеспечений, способствующих лучшей интерпретации опытных данных, и позволяющих более обоснованно подойти к созданию физических основ газодинамического диспергирования. Во второй главе, для выявления способов (методов) интенсификации совместно протекающих процессов, рассмотрена структура физико-механических эффектов и явлений имеющих место в процессе взаимодействия частиц, ускоряемых газовым потоком. При этом в соответствии с идеями высказанными И.Н. Дороховым, выделены два иерархических уровня этих эффектов: совокупность физико-механических явлений в локальном объеме измельчающего аппарата (микроуровень), и то же, но в объеме всего аппарата (макроуровень). Совокупность эффектов и явлений на первом уровне являет … Совокупность эффектов и явлений второго уровня определяет гидродинамическую структуру потоков в измельчающем аппарате в целом. Определяющим эффектом на этом уровне являются конструктивные параметры измельчающего аппарата. К ним можно отнести геометрию аппарата, расположение входных и выходных патрубков. Непосредственными конструктивными особенностями аппарата определяется подвод внешней механической энергии (ПВМЭ) к аппарату и гидродинамические, а также тепловые, возмущения, вносимые с входными потоками. Для описания явлений первого уровня иерархической структуры ФМС используются гидромеханические модели, основанные на представлениях о взаимопроникающих многоскоростных континуумах, учитывающие эффекты смешения частиц дисперсных фаз и измельчения твёрдой фазы. Математическое описание первого уровня иерархической структуры ФМС входит составной частью в математическое описание явлений второго уровня в масштабе измельчающего аппарата. (с.22) Для описания эффектов второго уровня иерархической структуры ФМС использован также математический аппарат случайных марковских процессов. Полученная обобщённая математическая модель системы: «рабочее тело – измельчаемые и смешиваемые частицы», отражающая движение многофазной полидисперсной смеси с учётом измельчения и смешивания частиц, имеет вид: стр.52…………………………………(Формулы)…………………………………… В третьей главе

Глава III Формирование математической модели функционирования ГДД.

3.1. Задачи и принципы формализации процесса газодинамического диспергирования материалов. 3.2. Структуризация системы газодинамического диспергирования. 3.3. Разработка формального описания подсистем. 3.4. Проверка адекватности модели.

Основное содержание работы

Введение

Интерес к исследованию процессов измельчения в струях газового энергоносителя. обусловлен развитием технологий, с применением тонкомолотых материалов горнорудной, химической, металлургической, машиностроительной, пищевой промышленностях, (процессы обогащения руд черных и цветных металлов, подготовка угля к сжиганию, газификация угля, проведение химических реакций, получение кондитерских изделий и пищевых добавок, подготовка сырья в спиртовой технологии… ), а также в сельском хозяйстве (производство удобрений, комбикормов) и в медицине ( ), в последние годы усилило При струйном (газодинамическом) диспергировании измельчаемый (исходный) материал вводится в разнонаправленные газовые струи, где ускоряется и, после столкновения гетерогеных струй, транспортируется в зону классификации. Разделенные на фракции частицы заданной крупности выводятся из процесса, а недоизмельченные – возвращаются на повторный цикл. Представляя альтернативу металлоемким, малоэффективным шаровым, вибрационным, молотковым и другим измельчительным установкам, использующим в качестве рабочего тела твердые мелющие тела, струйные мельницы (газодинамические дезинтеграторы) начинают завоевывать прочные позиции в технологиях характеризующихся высокими требованиями к дисперсности и чистоте перерабатываемого материала, а также к его структурным и химическим свойствам. Одновременно с этим, благодаря имющейся возможности варьировать параметрами рабочего тела – газового энергоносителя (температурой, давлением, скоростью), а также химическим его составом, существенно расширяются технологические области их применения и перечень измельчаемых в струях газа материалов. Исторически струйное измельчение получило развитие с момента становления теории газов, изложенной Больцманом в «Лекциях по теории газов», изданных в период 1896 – 1898 гг. С момента появления первых струйных мельниц физические, в том числе и газодинамические, аспекты данного метода развивались параллельно с разработкой техники и технологии струйного измельчения материалов (Пешков, М.Л. Кисельгоф, Й. Мори, Г. Шлауг, В. И. Акунов, В.И. Горобец, Л.Ж. Горобец). Основные направления решения научных и технических проблем струйного измельчения связаны, в основном, с разработкой конструкций струйных мельниц ( ) и очень мало — с исследованием физико-механической и термодинамической его структур. Анализ известных отечественных и зарубежных публикаций за последние 5 – 7 лет позволяет сделать выводы о том, что развитие способов струйного измельчения и конструкций газодинамических дезинтеграторов, оснащенных системами автоматического контроля и управления режимными параметрами технологического процесса, а также возможность реализации возрастающих требований к свойствам измельченного продукта и расширения перечня обрабатываемых материалов слабо связаны с фундаментальными исследованиями дисперсных систем, направленных на изучение потенциальных возможностей и результатов обработки порошковых материалов в струях газа, а также результатов применения получаемых материалов в конкретных технологиях. Значительные успехи в исследовании механики гетерогенных сред, достигнутые за последние 20 лет, еще не оказали определяющего влияния на развитие инженерных методов расчета процесса струйного измельчения, определение направления повышения эффективности и совершенствования на его основе технологий различных производств. Отсутствие строгого научно обоснованного подхода, базирующегося на системном анализе, одна из причин того, что опубликованные работы, касающиеся проблем газодинамического диспергирования, решают узкоцелевые задачи, в основу которых положена классическая механика «чистого газа». В настоящее время назрела необходимость в продолжении этих исследований на качественно новом уровне, с использованием основных положений газовой динамики двухфазных течений с учетом физических механизмов взаимодействия частиц, более полно раскрывающих механизм внутримельничных процессов. Газодинамика многофазных сред отличается от классической механики «чистого газа» присутствием в газовом потоке жидких или твердых частиц различных размеров и форм, которые обмениваются с газом кинетической и тепловой энергией и могут переходить из одного агрегатного состояния в другое. Массовый расход этих частиц может превосходить расход газа в несколько раз и существенно изменяться вдоль потока. new balance 574 Поскольку механизм движения многофазных сред заключается в увлечении вязкими силами газа инертных частиц и сопровождается теплообменом между газом и частицами, образованием новых частиц меньших размеров, их ростом, коагуляцией и т. п., то решение общей задачи организации движении многфазных сред в элементах струйной мельницы является весьма сложной проблемой и требует привлечения кроме теоретического аппарата газодинамики,тепломассообмена, механики разрушения, коагуляции и т.п., экспериментальных исследований с привлечением высокоразвитых автоматизированных систем научных исследований (АСНИ). Это обусловлено как внутренней логикой развития газодинамики многофазных систем, так и прикладными задачами, связанными, в частности, с дальнейшим расширением сферы применения и интенсификацией процессов диспергтрования материалов в газовых струях. Такая возможность может быть обеспечена лишь путем постановки комплексных исследований, охватывающих все звенья цепи формирования конечного продукта с заданными свойствами, которые гарантируются не только в лабораторных, но и в промышленных условиях. Для газодинамического диспергирования материалов, являющегося предметом исследования данной работы, указанная задача до настоящего времени не нашла окончательного решения. Это объясняется чрезвычайным многообразием и сложностью взаимосвязанных газодинамических, механохимических и теплофизических процессов, определяющих в конечном итоге эффективность технологического процесса газодинамического диспергирования, структуру и качество получаемого продукта. В этой связи в большинстве практических случаев режимы работы измельчительного комплекса устанавливаются без должного обоснования и учета характера изменения размерно-плотностных и аэродинамических свойств измельчаемого материала, конструктивного решения структурных элементов технологической схемы и их рабочих характеристик. Оптимизируются , в лучшем случае, конструктивные параметры измельчительной установки. Конструктивное же оформление источников рабочего тела – газового энергоносителя, системы разделения частиц по крупности, пылеосаждения и обеспыливания отработавшего рабочего тела, как правило, принимаются без учета особенностей их работы в схеме измельчения, без согласования режимов их работы с режимом работы измельчительной установки. В современных технологиях газодинамического диспергирования материалов в большинстве случаев отсутствует возможность не только организации управления режимами, но и оперативного контроля параметров, определяющих этот процесс. Это и делает зачастую невозможными гарантированно получать в промышленном масштабе материалов с заранее заданными свойствами, в требуемом количестве, при минимальных затратах энергии. Преодолеть существующие проблемы возможно лишь при комплексном решении следующих задач: создание высококачественного автоматизированного оборудования, обеспечивающего контроль, поддержание на заданном уровне и регистрацию основных технологических параметров процесса; разработка методов и аппаратуры для оперативной диагностики состояния диспергируемой и газовой фаз в потоке, а также качество измельчаемого материала в выбранном технологическом режиме; развитие физико-математических основ теории двухфазных струй и взаимодействия частиц измельчаемого материала между собой и газовым энергоносителем; 4) сохранение технических, методических, алгоритмических и программных средств для проведения вычислительного эксперимента в области газодинамического диспергирования (ГДД), осуществляемого параллельно с натурным экспериментом; 5) осуществление контроля за качеством и свойствами материалов, как в исходном, так и конечном состояниях, а также, рабочих газах среды, в которой осуществляется процесс; 6) создание банка данных, математического и программного обеспечения для серийного и перспективного оборудования, позволяющих предварительно подбирать технологические параметры в режиме диалога. Решение первых четырех задач дает возможность осуществить взаимную увязку отдельных звеньев цепочки: источник газового носителя – газовая струя — измельчаемый материал, что, в свою очередь, помогло бы оптимизировать процессы измельчения, классификации и управления наиболее важными технологическими характеристиками материала (гранулометрический состав, развитость поверхности и др.). Хорошо известно [3, 23], что определение оптимального или paционального режима измельчения – наиболее трудный вопрос, обусловленный сложностью комплекса взаимосвязанных газодинамических, теплофизических и физико-химических процессов, определяющих в конечном итоге структуру и качество получаемого материала. В настоящее время можно считать, что определенная часть исследований, дающих возможность интерпретировать механизм газодинамического диспергирования, частично завершен: получены и систематизированы данные, характеризующие коэффициенты теплоотдачи и сопротивления сферических частиц [22, 23, 42 — 49], использование которых при расчете движения, нагрева, разрушения и испарения одиночных частиц, а также их ансамблей с известной функцией распределения по размерам одиночных частиц позволяет определять условия ввода дисперсного материала в плазменную струю и оптимизировать процесс напыления в ряде практических случаев [50, 51]; доказана применимость и работоспособность ряда контактных и бесконтактных методов диагностики наиболее важных осреднённых параметров, характеризующих картину течения в однофазных и гетерогенных высокотемпературных струях [4, 52, 53]; рассмотрены элементарныe процессы при взаимодействии расплавленной частицы с подложкой и созданы физико-химические основы формирования покрытий в процессе напыления [2,3]. Однако, несмотря на достигнутые успехи, в настоящее время отсутствуют полные экспериментальные данные и надёжные физико-математические модели, позволяющие прогнозировать распределение в поле течения многокомпонентных и гетерогенных газовых струй таких важных в технологическом отношении параметров как: скорость и температура фаз, концентрационный состав газовых компонентов, концентрация дисперсных частиц и функция распределения их по размерам. Известные опытные данные, полученные разными авторами требуют взаимной увязки и проверки их применимости для конкретной технологии газодинамического диспергирования, поскольку получены в результате исследований различных, не всегда совместимых по физическому принципу, установок, способов генерации высокоскоростных струй и не всегда с гарантированной точностью измерения. Следует отметить, что, несмотря на достигнутый прогресс в методах измерений, достаточно полное экспериментальное исследование запыленных струй вследствие характерных для них многопараметричности явлений, значительных методических трудностей и сложностей постановки модельного физического эксперимента в настоящее время весьма проблематично, а в ряде случаев пока и невозможно. Кроме того, многопараметричность, всегда присущая двухфазным потокам, в газодинамических дезинтеграторах проявляется наиболее выпукло, поскольку в достаточно малом локальном объеме струи рабочего тела дисперсная фаза имеет постоянно меняющееся распределение частиц по размерам, скоростям и температурам, что в сочетании с существенной динамической и тепловой неравновесностью фаз ставит под сомнение целесообразность исследования таких потоков лишь экспериментальными методами, поскольку измерение параметров только одного дисперсного компонента потребует применение практически всего арсенала методов диагностики. Однако даже при положительном решении упомянутой проблемы не обеспечивает решения задачи вследствие того, что обобщение полученного колоссального объема опытных данных является не менее серьезной проблемой. Указанные обстоятельства, представляющих проблему и для других смежных областей, стимулировали многочисленные теоретические исследования поведения дисперсных материалов в высокоскоростных потоках газа (22, 54 –68), причем значительное количество этих работ посвящено изучению процессов движения, нагрева, плавления и испарения одиночной, как правило сферической, частицы. Большинство из этих исследований имеет узкую прикладную направленность и не раскрывают каких-либо новых, характерных для газодинамического диспергирования, особенностей поведения частиц, Необходима систематизация работ в данном направлении с целью создания эффективного диалогового комплекса программ и его распространения в различных организациях для дальнейшего использования. Значительно меньшее количество публикаций посвящено математическому моделированию гетерогенных струй. Существующие модели [69 – 71] в подавляющем большинстве случаев не учитывают ряда характерных особенностей, присущих реальным течениям в запыленных высокоэнтропийных потоках (турбулентность, полидисперсность, многокомпонентность, поперечное рассеяние примеси и влияние конденсированной фазы на структуру турбулентности, а также возможного испарения влаги, содержащейся в исходном материале, на динамическую и тепловую неравновесности фаз и т. п.), вследствие чего требуют обстоятельной апробации. Однако последнее, также как и использование известных математических моделей с целью их тестирования и сравнения, крайне затруднено, поскольку соответствующие программы не оформлены документально, не имеют единой основы, являются узкоспециализированными по своему назначению …(с15, Жук ) Общеизвестно, что прямое физическое исследование, включая циклы экспериментов с разномасштабными установками, — единственный путь получения новых фактов и закономерностей, не предсказываемых существующей теорией или описываемых ею недостаточно полно и отчетливо. Наиболее плодотворна параллельная разработка математических и экспериментальных физических моделей, что позволяет в физическом эксперименте выделить ограниченный круг наиболее существенных объектов исследования, которые в дальнейшем будут (использованы) заложены в математическую модель. В связи с изложенным, ближайшие усилия при исследовании процесса газодинамического диспергирования должны быть сосредоточены на рациональном сочетании возможностей вычислительного и физического экспериментов, что в свою очередь, позволит более обоснованно подойти к построению физико-математических моделей, их замыканию, опытной апробации и установлению области применимости при описании наиболее важных в практическом отношении модельных течений. …. Таким образом, необходимость интенсификации процесса измельчения, обусловленная дефицитом энергетических и материальных ресурсов, постоянно возрастающими требованиями к качеству измельченного продукта и охране окружающей среды, высветили проблему эффективного использования газового потока для направленного его воздействия на частицы измельчаемого материала на различных стадиях (измельчение, классификация, пылеотделение) технологического процесса получения продукта с заданными характеристиками — с заданным гранулометрическим составом и требуемыми физико-механическими свойствами. Научная разработка этой проблемы, чему и посвящена настоящая работа, имеет актуальное значение, поскольку её решение органически связано с дальнейшим совершенствованием технологий переработки различных материалов в целом ряде ведущих отраслей промышленности, сельского хозяйства, медицины, с повышением эффективности этих производств, снижением энергоемкости их процессов, обеспечением рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Целью работы является создание научных основ и установление закономерностей подготовки и целенаправленного комплексного использования энергии газа на совершение внутримельничных процессов – транспортирование, диспергирование, классификацию, пылеулавливаие частиц измельчаемого материала, обоснование оптимальных режимов работы структурных элеменов технологичекой схемы процесса газодинамического диспергирования, разработка методов их расчета, принципов автоматизации и технической диагностики. В соответствии с поставленной целью возникла необходимость решения следующих основных задач: — выявить влияние морфологических (строение и форма), физико-механических и аэродинамических свойств частиц измельчаемого материала на характер их взаимодействия с потоком газового рабочего тела, а на этой основе установить закономерности изменения этих свойств при изменении гидродинамической обстановки в гетерогенном потоке; разработать методику инженерного прогнозирования и расчета эффективных режимов работы функциональных элементов технологической схемы газодинамического диспергирования материалов. — определить параметры потока, обеспечивающие эффективное разрушение чатиц (см. Романков с.175) ; — исследовать влияние степени измельчения на разделяемость (сепарации) частиц по крупности и их осаждение в пылеосадительных циклонах; — установить оптимальные кинетические (траекторию, скорость и ускорение) и термодинамические закономерности движения частиц в основных структурных элементах технологической схемы и на этой основе разработать принципы их конструирования; Основное внимание при исследовании процесса газодинамического диспергирования уделено количественным закономерностям взаимодействия частиц измельчаемого материала с газовым потоком – закономерностям переноса импульса, теплоты и массы в гетерогенных потоках газодинамических дезинтеграторов …(Жуков и др. с.50) Эти закономерности базируются на фундаментальных исследованиях в области механики газа, аэро- и газодинамики многосвязных дисперсных потоков [54, 57, 66, 70-76, 83, 90 – 98, 101,103, 104, 106, 134 — 143, 146, 150 – 154.] (см.пленку Кислова Н.И. Разработка…) В диссертации обобщены результаты многолетних [1963 –2002 г.г] исследований, выполненных автором под его руководством и при непосредственном участии на кафедре Автоматизации производственных процессов Днепропетровского горного института (ныне Национальный горный университет). Научные исследования автором проводились по темам выполяемым: — с Всесоюзным научноисследовательским институтом стеклопластикового волокна (ВНИИСПВ) по освоению, в соответствии с постановления Правительсва СССР, производства стекловолокна на Полоцком (Белоруссия) и Уфимском (Башкирия) заводах стекловолокна; — с ВНИИСПВ по реализации контракта № 71 – 030/20302 между Всесоюзным экспортно-импортным Объединением «Нефтехимпромэкспорт» (г. Москва) и Инжиниринговой хозяйственной организацией «Техноэкспорт» (г. София, НРБ) на разработку рабочего проекта завода по производства стекловолокна в с. Ивански Шуменского округа (Болгария); по хоздоговорам с Руставским ПО «Азот», а также с Государственным институтом азотной промышленности (ГИАП) на освоение производства элекролитической двуокиси марганца на Руставском ПО «Азот» (Грузинская ССР), выполнявшихся в соответствии с Постановлением ЦК КПСС и Совета министров № 814 от 18 августа 1983 г.; по хоздоговору с Производственным объединением Грузгорнохимпром, г. Тбилиси, на тему «Исследование и внедрение автоматизированных высокопроизводительных струйных мельниц для измелчения барита и кальцита», выполнявшейся на основании постановления ГКНТ СССР, Госплана СССР и АН СССР от 8 декабря 1981 г.по проблеме «Целевая комплексная научно-техническая программа 0.Ц. 013 «Разработка технологии и создание промышленного производства высоконаполненных и композиционных полимерных материалов»; — по хозяйственным договорам: с Верхнеднепровским (ныне Вольногорский) горно-металлургическим комбинатом – на освоение производства тонкомолотого цирконового концентрата; с Волгоградским керамическим заводом на освоение техники и технологии подготовки сырья в производстве строительной керамики; с Акционерным обществом «Вересень — МГ Холдинг» (г. Киев) по освоению производства пищевых добавок растительного происхождения; с Дочерним предприятием «Сэмдюк Украина» (г. Одесса), по освоению техники и технологии производства тонкомолотой серы и др. Основная идея работы заключается в научном обобщении закономерностей взаимодействия измельчаемого материала с газовым потоком, установлении принципа и технической организации эффективного использовании энергии газовой струи для получения тонкомолотых материалов со свойствами определяемыми технологиями их переработки в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства и медицины.

Глава I. Современное состояние проблем 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 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 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.

1.1 Анализ современного состояния проблем процесса диспергирования материалов

1.1 (вар-т) Сущность способа и структура процесса газодинамического диспергирования

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 процессом сокращения крупности частиц связана значительная доля материальных и энергетических затрат на технологический передел материала, а наибольшую долю затрат при сокращении крупности составляют именно энергозатраты. Таким образом, 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 совершения вспомогательных операций, 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. 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. 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. 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.

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. 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. По определению ξ есть отношение потерянной энергии налетающей частицы к её начальной энергии: ξ = E₂/E= 4m₁m₂/(m₁+m₂)². (1.2.) Результат математически 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 [ ]

Тип дробления ^*)	Способ дробления	Характерный размер тела, см	Размер осколков, см	Механизм дробления
B	Раскалывание	10² – 1,0	10 – 10^-1	Механическое дробление по границам структурных элементов
C	Крошение:1)одноразовое 2)прогрессивн.	10 – 10^-1	1 –10^-2	Дробление рыхлых метиоритов на части и на структурные зерна
H	Шелушение	10 – 10^-1	~ 10^-2	Квазинепрерывное отделение частиц с поверхности
S	Разбрызгивание	10²– 10^-1	10^-2 – 10^-3	Сбрасывание капель расплавленной пленки, застываюших в шарики и колбочки
P	Пульверизация	10^-1 — 10^-3	10^-2 – 10^-4	Дробление расплавленных капель.
P_w	Распыление	10^-1 – 10^-4	10^-4 – 10^-5	Дробление мелких метеоритов на зерна субмикронных размеров.

*) 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*10⁸дин/см²(от 2,04*10¹до 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. 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.

Глава II Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов

2.1.Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе.

2.2. Энергетические аспекты разрушения и классификации материалов.

Изменение структуры твердых частиц может быть обусловлено радиальными, т.е. сферически-симметричными и нерадиальными пульсациями. Уравнение энергии для элементарного сферического слоя радиуса r, совершающего малые периодические движения около состояния равновесия замысливается в виде (Современные проблемы физики и эволюции звезд. – М.: Наука, 1989. С. 180 …): где элемент массы; ; Очевидно, что слой будет вносить положительный вклад в возбуждение неустойчивости, если где интегрирование производится по замкнутому циклу колебаний; V= 1/ρ — удельный объем газа. Таким образом, для возбуждения неустойчивости, необходимо именно в момент максимального сжатия выполнялось условие: . Как видно из уравнения энергии (1), это условие выполняется только в том случае, если в момент максимального сжатия слой поглощает тепло, т. е. dL_r/dM_r< 0. Соответственно в момент максимального расширения дивергенция (расхождение векторов, т.е. изменение потока в каждой точке векторного поля) потока в слое, вызывающем неустойчивость, должна быть положительной: dL_r/ dM_r> 0. Присутствие ударных волн в газовом потоке приводит к двум важным следствиям. К первому относится возможность ускорения газа до сверхпараболической скорости даже в том случае, когда скорость газа за ударным фронтом не превосходит скорости ускользания. Ко второму …. См.л-ру

2.3.Структура движущих сил внутримельничных процассов.

Глава III Физическая кинетика неравновесных процессов диспергирования.

Обобщенная структура физикомеханических эффектов в процессе газодинамического диспергирования.

3.1.Функция распределения частиц по энергии и кинетическое уравнение

Изложенная в предыдущей главе теория столкновений частиц рассматривала характеристики либо одной частицы, либо, что практически одно и то же, совокупности индентичных частиц. Однако характерным для практики газодинамического диспергирования является совокупность (ансамбль частиц), каждая из которых в каждый момент времени обладает присущими только ей характеристиками: скоростью, размером и положением в пространстве. Статистической характеристикой, описывающей этот ансамбль в целом, является функция распределения φ (v, r, t) dvdr равно числу частиц, находящихся в момент времени t в объеме dr ≡dxdydz и имеющих компоненты скорости в интервале dy≡ dυ_x dυ_y dυ_z. С помощью преобразований можно получить dv =υ²dVdΩ, где dΩ –элемент телесного угла направлений вектора скорости. Интеграл по скоростям от функции распределения дает плотность рассматриваемых частиц: n=∫φ (v, r, t) dv (Никеров с.48)

Технологические аспекты и эксплуатационные характеристики газодинамических дезинтеграторов.

При исследовании двухфазных неизотермических потоков типа «газ – твердые частицы» значительную сложность представляет корректный учет теплового и динамического взаимодействия фаз в осредненном и пульсационном движениях, вращения, столкновениях, разрушении и коагуляции частиц, поскольку закономерности движения и возможности математического описания таких систем находятся в тесной связи с концентрацией дисперсного материала в газовом потоке (77). chaussure nike cortez Поэтому представляет интерес оценка сверху для объемной концентрации частиц Sp ^max при наиболее характерных условиях его обработки (сфероидизация, сушка, и т.д., см. Нанесение покрытий плазмой/ В.В. Кудинов и др). Для этого достаточно оценить максимально возможную степень загрузки потока k_max= (G_p/G_f⁽ⁿ⁾)_max, где G_p, G_f⁽ⁿ⁾ – массовые расходы порошкообразного материала и газообразного рабочего тела и изменять их в соответствии с заданием путем изменения количества подаваемого в рабочую зону газового энергоносителя или ввода в его струю измельчаемого материала. Здесь и далее индексы p и f отвечают параметрам частиц и газа. Способ ввода частиц в струю газа в разных технологиях обработки материала различен. Как известно (3 Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. –М.: Машиностроение, 1981. 192 с.) наиболее распространенным способом ввода частиц порошкообразного материала в струю рабочего газа при плазменном напылении является его подача под срез сопла плазмотрона с помощью трубки -шихтопровода некоторого радиуса r_s. Для газодинамических дезинтеграторов характерен ввод частиц над срезом сопла инжектора через трубки подачи материала, размер которых определяется имперически. ….См.с.21…25. Газодинамика дисперсных струйных систем отличается от газодинамики однофазных сред наличием в несущем потоке мелкодисперсной примеси, состоящей из твердых или жидких частиц различных размеров, форм и с различными теплофизическими свойствами, которые, в зависимости от технологических задач обработки материала могут обмениваться с газовым потоком импульсом, теплотой и массой, а также претерпевать различные фазовые и химические превращения. Фракционный состав дисперсных материалов лежит в широком интервале и может составлять при струйном измельчении от 5 мм до 5 и менее мкм. Массовый расход частиц может быть, как показано выше, может быть соизмерим с расходом рабочего тела, а в некоторых случаях даже превосходить его. Поскольку же характерной особенностью механизма движения и теплообмена в многофазных высокотемпературных потоках является ускорение (торможение) частиц за счет вязких сил, сопровождающееся нагревом (охлаждением), образованием новых частиц, их дроблением, коагуляцией, то становится очевидным, что для правильного качественного понимания процессов, происходящих в гетерогенных потоках, корректной постановки физического эксперимента, выбора требуемых средств диагностики и интерпретации получаемых опытных данных необходимо для фиксированного размера частиц иметь возможность проведения оперативных оценок характерных времен ускорения (Т₁), нагрева до определённой температуры материала (Т₂), полного разрушения. При получении оценок для Т_i (i = 1 — 5) в первом приближении можно ограничиться рассмотрением одиночной сферической частицей, внезапно помещённой в одиночный по продольной скорости () и температуре Т газовый поток. Тогда, пренебрегая влиянием частиц на поток, получают следующие оценки: Всё изложенное в сочетании с материалом таблицы 1.4, в которой приведены значения критерия Ві до указанных выше конкретных условий убедительно подтверждает необходимость проведения совместных экспериментальных и расчётных исследований межфазного тепло- и массопереносов высокотемпературных потоках, поскольку существующие методы измерений позволяют в лучшем случае зафиксировать лишь температуру поверхности отдельной частицы. (Жуков М.Ф., Солоненко О.П., Высокотемпературные запылённые струи в процессе обработки порошковых материалов, с. 29) Внутреннее же состояние частицы, включая возможные фазовые и химические превращения в её объёме можно предсказать лишь только с помощью вычислительного эксперимента, опирающегося на опытные данные, с достаточной степенью точности описывающие поля скоростей, температур и химического состояния исследуемой струи. При этом расчёт меж фазного тепло- и массопереноса требует знания также температуры поверхности частицы, которая может быть корректно определена лишь в результате решения внутренней задачи нестационарной теплопроводности, то есть с учётом реального градиента температуры. Расчёт же по её среднемассовому обозначению приводит для тугоплавких соединений к существенному завышению плотности теплового потока, а следовательно, может являться одной из причин заметного расхождения расчётных и измеренных температур частиц. Поэтому необходима разработка алгоритмического и программного обеспечения, позволяющей эффективно проводить исследования внутренней задачи нестационарного тепло- и массообмена с учётом возможного многообразия случаев, реализуемых при обработке порошковых материалов в газовых потоках (с.31)…………

Постановка задачи решения проблемы повышения эффективности газодинамического диспергирования материалов

Эффективность обработки сыпучих материалов в струях газа во многом определяется характером течения в струе конкретного устройства, способом и стабильностью ввода частиц в газовый поток, гранулометрическим составом дисперсной фазы, мощностью (тягой) струи и т. д. В конечном итоге суммарная эффективность процесса находится в прямой зависимости от характера движения и нагрева отдельных частиц, вводимых в поток газа.(с. 31, Жуков)…

ГЛАВА 2 Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов

2.1. Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе газодинамического диспергирования.

Глава 3. Аэродинамические и физико-механические свойства измельчаемых материалов.

Заключение 3

Компомплексное исследование аэродинамических свойств измельчённого материала позволило получить характер взаимодействия с газовым потоком и разработать методики определения приведенных скоростей частиц, отличающихся размерами, формой и плотностью. (Приложение 3.) На основе опытных данных и общих соображений о физической сущности процесса (витания) впервые получены расчётные зависимости для определения коэффициентов сопротивления и формы частиц различных размеров (формулы 3.27, 3.30, 3.31.), что обеспечило возможность распространить обобщённую зависимость (3.14) на измельчаемый материал. При этом условием, определяющим применимость полученных закономерностей, наряду с критерием Рейнольдса, служит эквивалентный диаметр частиц, для вычисления которого по определяющим свойствам их материала предложены модели (3,20). Выявлен характер поведения частиц цилиндрической и сферической форм потоки воздуха, получены закономерности (3.41 и 3.42) изменения полных коэффициентов сопротивления гранул, установлена критериальная зависимость (3.45) числа Рейнольдса от преобразованного критерия Архимеда и разработан метод определения расчётных скоростей витания частиц. Предложенные методики экспериментального определения и расчёта скоростей витания использованы в научных исследованиях ряда авторов и распространены на другие материалы (193, и т.д.). Установленные закономерности послужили основой для определения аэродинамичеких характеристик, необходимых для обоснования оптимальных режимов работы газодинамических дезинтеграторов.

Глава 5. Пневматическая транспортировка в ДЕЗИНТЕГРАТОРНОЙ зонЕ

5.1. Потери давления при пневматической транспортировке по участкам разгона.

До настоящего времени общая теория пневматической транспортировки материалов в зоне измельчения не разрабатывалась. Это привело к возникновению большого числа методов расчёта, базирующихся в основном на экспериментальных данных. Использование этих методов даёт иногда противоречивые рекомендации по выбору основных параметров пневмотранспортных устройств и режима транпортировки………………………………………………(стр. )……………

Заключение 5

В результате выполненного исследования установлены закономерности пневматического транспортирования измельчённого материала в зону классификации и разработаны методические основы расчёта пневматического внутримельничного транспорта. Показано, что известный метод обоснования рабочей скорости рабочего тела в вертикальных трубопроводах по скорости витания наиболее крупных частиц не учитывает концентрацию смеси и приводит к перерасходу энергии. Влияние концентрации на рабочую скорость энергоносителя, при которой обеспечивается устойчивое и экономичное перемещение измельчённого материала характеризуется формулой (595.9, дис. торф.) критическая скорость энергоносителя в горизонтальных трубопроводах зависит от их диаметра, концентрации смеси и крупности транспортируемых частиц (формула 5.12). Дополнительные потери давления, возникающие в вертикальном трубопроводе с установившимся движением материала (формула 5.21) пропорциональна концентрации смеси, несколько возрастает с увеличением скорости витания и не зависит от диаметра трубопровода. Опыты подтвердили этот вывод для концентрации смеси 3-30 кг/кг и скоростей потока 8-30 м/с, что позволило предложить обобщённые формулы 5.26 и 5.27 для расчёта потерь давления в вертикальных трубопроводах. Для определения коэффициентов сопротивления разгонного участка вертикального трубопровода рекомендуется формула (5.7). Впервые установлено, что для участков горизонтальных трубопроводов, расположенных ближе 10-11 м к отводу, характерны увеличенные потери давления, которые возникают вследствие завихренности потока и незакончившегося разгона материала. Поэтому рекомендации по определению дополнительных потерь давления при горизонтальном пневнотранспорте, разработанные в резуольта опытов с короткими трубопроводами (L меньше 11 м,) противоречивы и носят частный характер. Анализ физической сущности процесса горизонтального пневмотранспортирования измельчённого материала позволило установить, что потери давления обусловлены участием частиц в турбулентных пульсациях потоков, их вращением и столкновениями друг с другом и со стенками трубопровода. Для расчёта этих потерь предлагается формула (5.35). Анализ энергоёмкости пневматического транспортирования измельчаемого материала позволило обосновать оптимальные скорости воздуха и концентрации аеросмеси, обеспечивающие уменьшение расхода энергии в 5-7 раз по сравнению с общепринятыми расчётами для низконапорного пневмотранспорта. Выполненные исследования и полученные результаты (в зависимости) послужили основой для разработки методики расчёта оптимальных режимов работы установок и продуктов его переработки. В результате была создана и внедрена струйная мельница с высокоэффективным транспортом. Ведомственная комиссия при министерстве Промстройматериалов СССР рекомендовала внедрение струйных мельниц ……………………. По результатам исследований разработанные рекомендации «Применение газодинамических дезинтеграторов в производство строительных материалов» (П1.4). Техническая документация установок представлялась по запросу предприятий.

Глава 7. Проблемы пылеулавливания при газодинамическом диспергировании материалов

7.1. Задачи и общие принципы выбора способа пылеосаждения.

Завершающим циклом процесса газодинамического диспергирования материалов является выделение из потока твердой фазы. Проблема усугубляется тем, что применяемые в промышленности способы выделения измельчаемого материала из потока аэросмеси с помощью циклонов, мокрых скрубберов и т.п. является недостаточно эффективным. Во-первых, уловленная пыль не всегда может быть использована в технологическом переделе, а во-вторых эффективность улавливания зависит от целого ряда факторов. Этим обусловлено большое количество различных типов пылеуловителей, отличающихся конструкцией, принципом действия, эффективностью улавливания, эксплуатационными и капитальными затратами, потребностью в площадях и различными областями применения. Факторы, влияющие на выбор пылеуловителя, можно разделить на три большие группы по виду критериев социально-технической и экономической адекватности: техническим и экономическим критериям, эксплуатационным технологическим или организационным граничным условиям. Критерий технической адекватности охватывает: — условия функционирования, установленные на стадии проектирования – количество подлежащего очистке газа, его запыленность, свойство пыли и газа, требуемая степень очистки эффективность функционирования, определяемую критериями функционирования; долговечность пылеулавливающего оборудования, устанавливаемую также на стадии проектирования, надежность действия пылеулавливающего оборудования как конструктивную предпосылку, сформулированную в результате анализа по критерию социально-технической адекватности. При глобальном подходе к решению социальных проблем фактором экономического характера становится критерий минимизации совокупной нужды. При этом наиболее полезными в операционном смысле и лучше всего поддающиеся количественной оценке являются критерии экономии сырья и энергии. Именно они совместно с потребностью в площади на установку оборудования определяют капитальные и эксплуатационные затраты на организацию пылеулавливания. В основу должны быть положены ежегодные текущие общие затраты на всю пылеулавливающую установку. В капитальные затраты входят также затраты на основное и вспомогательное оборудование, на его монтаж, а также затраты на подвод питания (электроэнергии, свежей и сточной воды, пара), на сооружение конструкций (корпуса, фундамента), на упаковку оборудования и его транспортировку. К капитальным затратам относятся также необходимые научно-технические исследования, составляющие основу для расчетов пылеулавливающего оборудования. ……..См. перевод 77/55546 папка№7 (Entscheidungsfindung fur das zu wahlede Entstaubungsverfahren. G Ritscher, R. Fogel, Fachtagung fur Entstaulungstechnik. Dresden. 1975 / 2-4 IV) В ежегодных затратах необходимо учитывать амортизационные отчисления, зависящие от времени экслуатации в течение года и от характеристик пыли. Эксплуатационные затраты включают расходы: на потребление электроэнергии и пара; на потребление воды мокрыми уловителями, орошающими установками и охладителями; на техническое обслуживание, на ремонт изношенных деталей. В экономических параметрах необходимо учитывать также потребность в площадях и объемах, необходимых для размещения пылеулавливающего оборудования. Предпочтительный тип пылеулавливающего оборудования выбирается с учетом перечисленных факторов и области его применения. При этом решающими при выборе пылеулавливающего оборудования являются эксплуатационные, технологические и организационные параметры: возможное подключение энергии, наличие воды и её количество; характер (непрерывный или периодический) вброс вредностей; степень использования уловленной пыли; условия работы в зимний период; предписания инструкций по технике безопасности, охране окружающей среды и проч. Представленные выше критерии совместно с технологическими критериями способствуют определению наиболее приемлемого способа улавливания пыли, а также пылеулавливающего оборудования. При этом необходимо исходить из того, что эксплуатационные условия, экономические факторы, а таже необходимая степень очистки, заданы. Алгоритм процесса выбора представле на рисунке

7.1 Анализ работы системы обеспыливания при газодинамическом диспергировании.

Обеспечение эффективной работы пылеулавливающих систем и быстрая окупаемость вложенных на их сооружение средств возможно при соответствующих научно-обоснованных рекомендаций по очистке воздуха. В связи с этим научный и практический интерес представляет исследование процесса пылеосаждения и разработке на этой основе пылеулавливающих устройств, обеспечивающих высокую эффективность системы сухого обеспеыливания Результаты исследований нашли отражение в работах автора (…………..) на теоретическом обосновании указанных источников частично использованы экспериментальные данные с кандидатской диссертации В.Т. Васильева, выполненные под руководством автора. nike huarache

7.2 Фракционный состав улавливаемых пылей.

7.3 Уравнение движения частиц в криволинейном потоке.

7.4 Согласование режимов работы пылеулавливающей системы с режимом газодинамического диспергирования.

Заключение 7.

Аналитические исследования инерционной сепарации частиц в криволинейных потоках с помощью системы полученных дифференциальных уравнений, моделирующих движение двухфазного потока в циклоне, обеспечило возможность анализа влияния определяющих факторов на характер движения частиц центробежного поля.

Разработка теоритических основ развития техники, технологии и способов управления процессом газодинамического диспергирования материалов

Оглавление

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава III Формирование математической модели функционирования ГДД.

Основное содержание работы

Введение

Глава I. Современное состояние проблем и перспективы развития техники и технологии газодинамического диспергирования материалов

1.1 Анализ современного состояния проблем процесса диспергирования материалов

1.1 (вар-т) Сущность способа и структура процесса газодинамического диспергирования

Основные закономерности взаимодействие частиц в газовом потоке.

1.3. Основные закономерности гетерогенных потоков.

Глава II Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов

2.1.Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе.

2.2. Энергетические аспекты разрушения и классификации материалов.

2.3.Структура движущих сил внутримельничных процассов.

Глава III Физическая кинетика неравновесных процессов диспергирования.

3.1.Функция распределения частиц по энергии и кинетическое уравнение

Технологические аспекты и эксплуатационные характеристики газодинамических дезинтеграторов.

Постановка задачи решения проблемы повышения эффективности газодинамического диспергирования материалов

ГЛАВА 2 Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов

2.1. Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе газодинамического диспергирования.

Глава 3. Аэродинамические и физико-механические свойства измельчаемых материалов.

Заключение 3

Глава 5. Пневматическая транспортировка в ДЕЗИНТЕГРАТОРНОЙ зонЕ

5.1. Потери давления при пневматической транспортировке по участкам разгона.

Заключение 5

Глава 7. Проблемы пылеулавливания при газодинамическом диспергировании материалов

7.1. Задачи и общие принципы выбора способа пылеосаждения.

7.1 Анализ работы системы обеспыливания при газодинамическом диспергировании.

7.2 Фракционный состав улавливаемых пылей.

7.3 Уравнение движения частиц в криволинейном потоке.

7.4 Согласование режимов работы пылеулавливающей системы с режимом газодинамического диспергирования.

Заключение 7.

Похожее

Добавить комментарий Отменить ответ

Оглавление

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава III Формирование математической модели функционирования ГДД.

Основное содержание работы

Введение

Глава I. Современное состояние проблем и перспективы развития техники и технологии газодинамического диспергирования материалов

1.1 Анализ современного состояния проблем процесса диспергирования материалов

1.1 (вар-т) Сущность способа и структура процесса газодинамического диспергирования

Основные закономерности взаимодействие частиц в газовом потоке.

1.3. Основные закономерности гетерогенных потоков.

Глава II Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов

2.1.Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе.

2.2. Энергетические аспекты разрушения и классификации материалов.

2.3.Структура движущих сил внутримельничных процассов.

Глава III Физическая кинетика неравновесных процессов диспергирования.

3.1.Функция распределения частиц по энергии и кинетическое уравнение

Технологические аспекты и эксплуатационные характеристики газодинамических дезинтеграторов.

Постановка задачи решения проблемы повышения эффективности газодинамического диспергирования материалов

ГЛАВА 2 Качественный анализ основных закономерностей газодинамического диспергирования материалов

2.1. Обобщенная структура физико-механических эффектов в процессе газодинамического диспергирования.

Глава 3. Аэродинамические и физико-механические свойства измельчаемых материалов.

Заключение 3

Глава 5. Пневматическая транспортировка в ДЕЗИНТЕГРАТОРНОЙ зонЕ

5.1. Потери давления при пневматической транспортировке по участкам разгона.

Заключение 5

Глава 7. Проблемы пылеулавливания при газодинамическом диспергировании материалов

7.1. Задачи и общие принципы выбора способа пылеосаждения.

7.1 Анализ работы системы обеспыливания при газодинамическом диспергировании.

7.2 Фракционный состав улавливаемых пылей.

7.3 Уравнение движения частиц в криволинейном потоке.

7.4 Согласование режимов работы пылеулавливающей системы с режимом газодинамического диспергирования.

Заключение 7.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Добавить комментарий Отменить ответ