3.3 Анализ экспериментов

Однородные смеси из компонент В, D, E и Н. На начальном этапе анализа экспериментально полученных данных проведём сравнение данных для компонент В, D, Е и Н при различных размерах диаметра выходного отверстия, длины насадки и высоты, с которой сыпется механическая смесь (разгонного участка) Рисунки 3.7 - 3.9.

• 
• Рисунок 3.7 - Геометрия струи при диаметре истечения-5, длине насадки-20, участке разгона-250 мм

img height="216" alt="" width="500" src="/img_001/image169.gif" />

Рисунок 3.8 - Геометрия струи при диаметре истечения-5, длине насадки-100, участке разгона-250 мм

Рисунок 3.9 - Геометрия струи при диаметре истечения-10, длине насадки-100, участке разгона-250 мм

Из рисунков 3.7-3.9 видно, что из 4 компонент склонен к разряжению компонент H. Частицы этого компонента разлетаются, что можно объяснить небольшим коэффициентом упаковки частиц в насадке, в отличие от компонента D, движущегося стабильным потоком. Так же была проведена оценка диаметра выходного отверстия. Так как боковые стенки частично направляют движение смеси при подходе к отверстию, струя по выходе из отверстия сжимается в меньшей степени, чем при истечении из резервуара неограниченных размеров. Вследствие уменьшения сжатия струи возрастает коэффициент сжатия, а, следовательно, и коэффициент расхода. Струя после входа в насадку сжимается. Затем, вследствие взаимодействия сжатой части струи с окружающей средой, струя постепенно расширяется до размеров отверстия и из насадки выходит полным сечением. Этот режим истечения называют безотрывным.

Найдём давление внутри насадки и условие, при котором возможен безотрывный режим истечения. Так как в струе на выходе из насадки давление равно р2, внутри насадки, где скорость движения увеличена, давление р1 понижено по сравнению с р2 (1.37). При этом, чем больше напор, под которым происходит истечение, а, следовательно, и расход через насадку, тем меньше абсолютное давление в суженном месте струи внутри насадки. Разность давлений р2-р1 растёт пропорционально напору. Сжатие струи внутри насадки оценивается тем же коэффициентом сжатия ε, что и в случае отверстия, поэтому на основании уравнения расхода

• 

можно сказать, что диаметр выходного отверстия влияет на диаметр самого потока, на степень разряжённости струи. Так как струя переходит из насадки в пространство без границ, она сначала инерционно летит, сохраняя форму насадки, а затем, разогнавшись, начинает расширяться в зависимости от диаметра частиц, составляющих смесь. При оценке размеров насадки можно сделать вывод, что длина насадки до 4 см на характеристики потока не влияет. При длине более 6 см поток разряжался, только пройдя определённое расстояние после насадки. При истечении смеси компонент имеет место значительное сжатие струи и весьма небольшое сопротивление, поэтому коэффициент расхода получается меньше 1, главным образом, за счет влияния сжатия струи. Струя постепенно расширяется до размеров отверстия и из насадки выходит полным сечением, следовательно, чем больше длина насадки, тем стабильнее струя упорядочивается и движется, сохраняя геометрию.

Неоднородные смеси из компонентов В, D, E и Н. При анализе результатов получено, что при 10 %-содержании компонента Н поведение смесей 1, 2, 3 в эксперименте аналогично однородным смесям, так как частицы смеси хорошо взаимодействуют между собой и частицы компонента Н не влияют на это взаимодействие.

При 40%-ом содержании смеси 4, 5, 6 начинают вести себя уже отлично от 10 %. Частицы компонента Н снижают коэффициент упаковки смеси, что ведет к интенсификации процесса разряжения. У смесей 7, 8, 9 при 70%-ом содержании процесс разряжения незначительно отличается от описанного для компонента H. Диаметр потока струи аналогичен геометрии струи с компонентом Н.

При оценке влияния диаметра выходного отверстия, высоты, с которой сыпется смесь (длины разгонного участка) и длины насадки на поведение струи в гравитационном поле, получены такие же результаты, что и при экспериментах с однородными смесями.

Однородные смеси из компонентов А, С, F и J. Эти смеси отличаются формой, размерами частиц и физико-механическими свойствами. Эксперимент с ними проводился по схеме:

1. - Выходное отверстие не перекрывали, смесь сыпали непосредственно в выходное отверстие, не заполняя воронку.
2. - Выходное отверстие закрывалось, воронка заполнялась, и начинался процесс истечения. Результаты исследований по п. 1 представлены на рисунках 3.10-3.11

Рисунки 3.10 - 3.11 - Геометрия струи при диаметре истечения-5, длине насадки-20,100, участке разгона-300, выходное отверстие не перекрывалось

Анализируя графики (рисунки 3.10-3.11) можно сказать, что если выходное отверстие не перекрывать, то амплитуда отклонений от прямого течения смеси больше, чем при опыте, когда выходное отверстие перекрывается. При реализации истечения по п. 2 смесь, частицы которой больше 1,5 мм, закупоривала отверстие диаметром в 5 мм и без динамического воздействия не проходила, а после начала истечения поток был относительно стабилен с последующим сужением струи. Для оценки возможности организации процесса истечения с управляемой геометрией струи были проведены исследования с использованием питателя, дозирующего расход смеси (рисунки 3.12-3.13).

Рисунки 3.12 - 3.13 - Геометрия струи при диаметре истечения-5, длине насадки-20,100, участке разгона-250; смесь подавалась через питатель и направляющий аппарат

Таким образом, для достижения эффекта раздувания струи, необходимо механическую смесь подавать в воронку через питатель, который позволяет не только регулировать расход, но и стабилизировать разряженность струи при оптимальной геометрии. Высота направляющего аппарата и длина насадки имеет такое же влияние, как было описано выше.

Неоднородные смеси из компонентов А, С, F и J. Оценим компоненты, которые использовались в эксперименте. По графикам на рисунках 3.14 и 3.15 видно, что наименее расширяющейся в гравитационном поле является струя компонента А. У компонентов С и F струи потока ведут себя похоже, но радиус потока струи немного больше. Учитывая полученные результаты, оценим поведение смесей в зависимости от процентного содержания компонентов их составляющих. Процентное содержание компонент указано в таблице 3.9.

Рисунок 3.14 - Влияние процентного содержания компонент на геометрию струи

Рисунок 3.15 - Влияние процентного содержания компонент на геометрию струи

ВЫВОДЫ

1. ) результаты экспериментов (рисунки 3.14-3.15) показывают, что у компонента J (однородный компонент) диаметр потока струи растет с ростом высоты, а уже смесь этого компонента с компонентом А ведет себя более спокойно, т.е. диаметр потока струи растет медленнее.
2. ) смесь С+F является промежуточной по сравнению с поведением компонентов C и F по раздельности. Сравнивая графики на высоте H=250мм и при d=5мм можно сделать вывод, что в чистом виде радиус потока струи компонента J и А возрастает быстрее, чем при 10, 30, и 50, 70 и 90%-ом содержании компонентов. При увеличении процентного содержания компонента J в А видно, что при 70%-ах (смесь 15) диаметр потока струи возрастает плавно.
3. ) анализируя поведение смесей 12, 13, 16, 17 и 19 и сравнивая их с поведением однородных компонентов С и F, из которых состоят эти смеси в различном процентном содержании, можно сказать, что диаметр потока струи у однородных компонент возрастает гораздо быстрее, чем у смесей. А именно, с концентрации в 30% смеси начинают вести себя избирательно, т.е. с возрастанием концентрации одного компонента в другом смесь ведёт себя как та смесь, концентрация которой больше. Сравнивая эти же графики и оценивая влияние на диаметр потока струи, изменение длины насадки и ее диаметра видно, что без насадки струя расширяется быстрее, и чем больше длина насадки, тем поток стабильней, но рост диаметра при выходе из насадки всё-таки происходит.
4. ) оценивая влияние диаметра выходного отверстия на диаметр потока струи, можно сделать вывод, что чем больше диаметр выходного отверстия, тем больше диаметр потока. Это объясняется выше описанными свойствами смесей для компонентов В, D, Е и Н.
5. ) оценивая влияние высоты, с которой подается смесь в индуктор (аппарат для разделения неоднородных смесей), можно утверждать, что в пределах разгонного участка и при установившемся движении стабилизации геометрии струи не происходит. Таким образом, проведенные исследования показывают, что при создании устройств (технологий) по управлению динамической системой необходимо проводить предварительные испытания с реальной геометрией питателя, определением длины разгонного участка и активной зоны индуктора.

предыдущий раздел | содержание

Поиск в журналах РАЕ:

Авторы Публикации