РУС | ENG
3.1 Исследование движения механической смеси в питателе
При постановке экспериментальной части в исследовании истечения гранулированных материалов использовались такие породы, размеры обломков которых не превышали 10 мм. В связи с этим можно выделить следующую классификацию грубообломочных материалов (таблица 3.1).
Таблица 3.1 - Классификация грубообломочных пород
Размер обломков, мм | Породы рыхлые | Породы цементированные | ||
с окатанными обломками | с угловатыми обломками | с окатанными обломками | с угловатыми обломками | |
1 - 10 | Гравий Галька |
Щебень Дресва |
Конгломераты Гравелиты |
Брекчии Дресвяники |
Песчаные породы состоят из обломочных зерен размером 0,1 - 1 мм. Алевритовые породы слагаются обломочными частицами размером 0,01 - 0,1 мм. Рыхлые разности песчаных пород называют песками, алевритовых - алевритами; сцементированные породы, соответственно, песчаниками и алевролитами. Песчаные и алевролитовые породы классифицируются по размерам и минеральному составу обломочных зерен (таблица 3.2).
Таблица 3.2 - Классификация песчаных и алевритовых пород
Породы | Гранулометрические группы | Размеры обломочных зерен, мм |
Песчаные | Крупнозернистые Среднезернистые Мелкозернистые |
0,5 - 1 0,25 - 0,5 0,1 - 0,25 |
Алевритовые | Крупнозернистые Мелкозернистые |
0,05 - 0,1 0,01 - 0,05 |
Для исследования процесса истечения гранулированных материалов из бункера рассмотрим один из видов механических смесей, представляющий собой рыхлую смесь зерен крупностью от 0,14 до 5 мм. Образование этой смеси происходит в результате естественного разрушения массивных горных пород и путем дробления и измельчения до крупности, не превышающей 5 мм.
Целью данного исследования является нахождение условий, при которых происходит истечение механических смесей, состоящих из неоднородных гранулированных материалов. Рассев механических смесей производился на ручном наборе сит со следующими размерами квадратных отверстий - 1,6; 1,4; 1,2; 0,8; 0,7; 0,65; 0,3; 0,15 .
Из полученных классов выделялись очень мелкие, мелкие, средние и крупные группы зерен для механических смесей, впредь называемые как компоненты 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8 , Весовые значения и полученные аналогичным путем размеры зерен для указанных компонентов представлены в таблице 3.3.
Таблица 3.3 - Весовые и геометрические показатели смесей
Комп. 1 | Комп. 2 | Комп. 3 | Комп. 4 | Комп. 5 | Комп. 6 | Комп. 7 | Комп. 8 | |
ат, мм | 0,38 | 0,5 | 0,53 | 0,95 | 1,1 | 1,32 | 1,5 | 1,6 |
m, г | 685 | 470 | 580 | 990 | 500 | 490 | 460 | 500 |
Неоднородные смеси, все составляющие которых принадлежат к одному и тому же агрегатному состоянию, различаются по количеству компонентов. Поэтому для таких сыпучих сред в качестве расчетной модели достаточно выбрать смесь, состоящую из двух компонент с различными соотношениями процентного содержания отдельных фракций. Так, для получения смесей А, В и С использовались однородные компоненты 2 и 6, а для смесей D, E и F - однородные компоненты 1 и 4, процентное содержание которых указано в таблице 3.4.
Таблица 3.4 - Неоднородные смеси
Компонент 1 | Компонент 4 | Компонент 2 | Компонент 6 | |
Смесь A | - | - | 10% | 90% |
Смесь B | - | - | 50% | 50% |
Смесь C | - | - | 90% | 10% |
Смесь D | 10% | 90% | - | - |
Смесь E | 50% | 50% | - | - |
Смесь F | 90% | 10% | - | - |
Сушка проб производилась при температуре 105…110 0С, поскольку более высокие температуры могут вызвать изменение свойств материала пробы. Сушка производилась до тех пор, пока разница между результатами двух взвешиваний была не более 0,1 % массы навески. Каждое последующее взвешивание проводилось после высушивания пробы в течение не менее 1 часа и охлаждения не менее 45 минут.
Таблица 3.5 - Физические характеристики для неоднородных смесей
Вес объема до просушивания G1, г |
Вес объема после просушивания G2, г |
Влажность W, % |
|
Смесь A | 215 | 204 | 5.39 |
Смесь B | 200 | 192 | 4.16 |
Смесь C | 214 | 200 | 5.5 |
Смесь D | 395 | 386 | 2.33 |
Смесь E | 385 | 374 | 2.94 |
Смесь F | 393 | 390 | 0.76 |
Указанные смеси использовались для проведения эксперимента, который осуществлялся в воронке (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1- Экспериментальная воронка
Измеряемая величина - время истечения t, сек.
Скорость истечения сыпучих материалов зависит от следующих факторов: природы самого материала, т.е. основных физико-механических свойств сыпучего материала - коэффициента внутреннего трения fn = tg φn, где φn - угол внутреннего трения материала; начального удельного сопротивления сдвигу сыпучего материала ?on ; плотности вещества сыпучего материала р и его насыпной высоты.
Рассмотрим влажность как свойство смеси. Если первоначально считать, что материал в исходном состоянии претерпевает увлажнение, поскольку, согласно его физическим свойствам происходит водопоглощение из паров воздуха или из той среды, в которой он непосредственно находится, то истечение его из конической воронки с переменными параметрами можно охарактеризовать графически. Так для однородных компонент 2, 6 и 8 (рисунок 3.2), отличающихся друг от друга, в первую очередь, геометрией зерен, время истечения во влажном состоянии намного меньше, чем в сухом. Это отличие особо явно проявляется для компонента 2 при фиксированных высоте столба насыпи H=60 мм, диаметре выходного отверстия d = 5 мм.
Рисунок 3.2 - Зависимость времени истечения компонента 2 от его состояния на высоте Н = 60 мм для диаметров выходного отверстия d = 5 мм, d = 8 и d = 10 мм
- для высушенной смеси,
- для влажной смеси.
Из полученных экспериментальных данных следует, что может происходить остановка истечения механических смесей вследствие образования устойчивого свода непосредственно над выпускным отверстием.
Рисунок 3.3 - Оценка процесса торможения истечения компонента 6 для диаметра выходного отверстия d = 5 мм с учетом его состояния
Чтобы объяснить это явление, оценим процесс торможения, исходя из условия влияния состояния смеси. Как видно (рис.3.3), истечение компонента 6 во влажном состоянии останавливается на минимальной высоте столба насыпи, в то время как для сухой смеси на этой же высоте характерно движение. Остановка истечения зависит от степени уплотнения материала и размера зерна смеси, пропускаемой через данный диаметр истечения. Для увлажненного материала степень уплотнения выше, поэтому при дальнейшем исследовании будем использовать сухую смесь.
Рисунок 3.4 - Зависимость времени истечения от высоты столба насыпи компонента 2 при d=2 мм
Поведение неоднородных материалов подобно поведению однородных компонент. Учитывая физические свойства смесей, оценим торможение истечения для нулевой и тридцатимиллиметровой высот
Рисунок 3.5 - Зависимость процесса торможения истечения смеси А, состоящей из компонентов 2 и 6, от высоты канала истечения и угла откоса при диаметре выходного отверстия d = 5 мм
Рисунок 3.6 - Оценка истечения неоднородной смеси А в сравнении с однородными составляющими эту смесь компонентами 2 и 6 на высоте Н = 50 мм при f =0
По результатам эксперимента составим аппроксимирующую функцию для однородных F1 и неоднородных F2 смесей. Полагая, что измеряемый параметр изменяется по экспоненциальному закону и, приняв в качестве варьируемых переменных угол откоса воронки α, диаметр выходного отверстия d, высоту насадки f, высоту столба насыпи Н и средний диаметр зерна ат, получим функции изменения времени истечения:
F1= exp(a1α + a2d + a3f + a4 H + a5aт2 + a6 α 2 + a7d2 + a8f2 + a9H2 + a10aт2 + a11αd + a12αf + a13αH + a14αaт + a15df + a16dH + a17daт + a18fH + + a19faт + a20Haт)
F2= exp(a1α + a2d + a3f + a4 H + a5aт1 + a6aт2 + a7k1 + a8k2+ A9α 2 + a10d2 + a11f2 + a12H2 + a13aт12 + a14 aт22 + a15k12 + a16k22 + a17αd + a18αf + a19αH + a20αaт1 + a21?aт2 + a22αk1 + a23αk2+ a24df + a25dH + a26daт1 + a27daт2 + a28dk1 + a29dk2 + a30fH + a31faт1 + a32faт2 + a33fk1 + a34fk2 + a35Haт1 + a36Haт2 + a37Hk1 +a38ak2+ + a39 aт1 aт2 + a40aт1k1 + a41т1k2 + a42aт2k1 + a43aт2k2 + a44k1k2).
Коэффициенты, соответственно, для F1и F2
F1
a1 | 0,83530867 |
a2 | -2,30149194 |
a3 | 0,43131081 |
a4 | 0,19701804 |
a5 | -36,0955391 |
a6 | -0,00845693 |
a7 | 0,01898029 |
a8 | -0,01567245 |
a9 | -0,00066705 |
a10 | -0,20130593 |
a11 | -0,01130038 |
a12 | 0,00071133 |
a13 | -0,00146976 |
a14 | 0,01385047 |
a15 | 0,00353465 |
a16 | -0,00310056 |
a17 | 4,37089776 |
a18 | 0,00015797 |
a19 | -0,00653973 |
a20 | 0,01139937 |
F2
a1 | -0,44489 | a23 | 0,007613 |
a2 | 0,697011 | a24 | 0,004372 |
a3 | -0,40226 | a25 | -0,00079 |
a4 | -0,20331 | a26 | 0,988823 |
a5 | -8,26895 | a27 | 0,478938 |
a6 | -2,5983 | a28 | 0,016268 |
a7 | 0,400764 | a29 | 0,007473 |
a8 | 0,300225 | a30 | -0,00028 |
a9 | -0,00151 | a31 | -0,57988 |
a10 | -0,13503 | a32 | 0,307919 |
a11 | -0,02719 | a33 | 0,018398 |
a12 | -0,00121 | a34 | 0,009488 |
a13 | -7,1185 | a35 | -0,63332 |
a14 | -0,35479 | a36 | 0,189146 |
a15 | -0,0039 | a37 | 0,003939 |
a16 | -0,0028 | a38 | 0,00409 |
a17 | -0,01829 | a39 | 3,038948 |
a18 | 0,000929 | a40 | -0,1505 |
a19 | 0,00091 | a41 | 0,219812 |
a20 | -0,41489 | a42 | -0,05703 |
a21 | 0,119182 | a43 | -0,11419 |
a22 | 0,00891 | a44 | -0,01365 |
Таким образом, с помощью полученных аппроксимирующих функций можно оценить время истечения при любом параметре воронки и для любой смеси.
19-23 июня 2024 года 30-я Пекинская международная книжная выставка
С 19 по 23 июня 2024 г. Академия Естествознания на правах официального участника приняла участие в 30-ой Пекинской международной книжной выставке Beijing International Book Fair-2024, которая прошла в Китайском национальном конференц-центре China National Convention Center в Пекине (Chaoyang District, Beijing, China).
11 июня Академией естествознания в рамках Весенней Сессии РАЕ-2024 была проведена научно-практическая онлайн конференция для педагогов и специалистов средних, средних специальных и высших учебных заведений «АКТУАЛЬНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ИННОВАЦИИ В ОБРАЗОВАНИИ» для педагогов и других специалистов средних, средних специальных и высших учебных заведений.
С 14 по 17 марта 2024 г. Академия Естествознания приняла участие в XXXI МИНСКОЙ МЕЖДУНАРОДНОЙ КНИЖНОЙ ВЫСТАВКЕ «ММКВЯ-2024», которая прошла в Административном выставочном комплексе БелЭкспо.
30 января Академией естествознания в рамках дистанционных педагогических проектов была проведена научно-практическая конференция "ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ" для педагогов средних, средних специальных и высших учебных заведений.
18-22 октября 2023 года Франкфуртская книжная выставка
Российская Академия Естествознания приняла участие в прошедшей 18-22 октября 2023 года 75-ой Франкфуртской книжной выставке Frankfurter Buchmesse 2023
© 2005–2020 Российская Академия Естествознания
Телефоны:
+7 499 709-8104, +7 8412 30-41-08, +7 499 704-1341, +7 8452 477-677, +7 968 703-84-33
+7 499 705-72-30 - редакция журналов Издательства
Тел/Факс: +7 8452 477-677
E-mail: stukova@rae.ru
Адрес для корреспонденции: 101000, г. Москва, а/я 47, Академия Естествознания.
Служба технической поддержки - support@rae.ru