Главная » 2017 » Февраль » 5 » Особенности движения сыпучего материала в наклонных желобах. Режимы движения.
11:38
Особенности движения сыпучего материала в наклонных желобах. Режимы движения.
Особенности движения сыпучего материала в наклонных желобах Рис. 2.2. Схема экспериментальной установки для исследования физико-механических свойств потока сыпучего материала: I - верхний бункер; II - желоб; III - координатник; IV - окна; V - диафрагма; VI - фотоаппарат; VII - делитель потока 1 - корпус, 2 - полки, 3 -устройство для управления клапанами, 4 - бункеры. В качестве модели сыпучего «тела» при изучении механических свойств был выбран поток дробленого гранита (р1 = 2750 кг/м ), частицы которого крупностью 1,25-2,5 мм (d = 1,56 мм) и 0,625-1,25 мм ('йэ = 0,74 мм) по форме и аэродинамическим свойствам близки к зернистым материалам, широко используемым в рудоподготовительном производстве (дробленая железная руда, известняк, агломерат, мелочь окускованного железорудного концентрата и пр.) Изучение режимов движения частиц дробленого гранита и распределения их в поперечном сечении наклонного желоба, измерение скорости потока частиц производили на экспериментальном стенде, основным элементом которого являлся желоб прямоугольного сечения длиной 3 м, устанавливаемый под различными углами к горизонтальной плоскости. Материал поступал в желоб из верхнего бункера через предварительно протарированные диафрагмы (рис.2.2).
Режимы движения
При пересыпке дробленого гранита по наклонному желобу, как и в случае зерновых потоков в наклонных трубах, впервые детально исследованных П.Н. Платоновым, наблюдались три режима движения: режим связанного движения, переходный и режим несвязанного движения. Первый режим характерен тем, что материал перемещается в виде компактной массы без заметного нарушения контактов между частицами. Отсутствует градиент объемной концентрации. Переходный режим отличается образованием локальных разрывов в компактной массе частиц. Третий режим характеризуется полным распадом компактной массы на отдельные не связанные между собой частицы или «струйки». Исследуя движение зерна при больших удельных нагрузках, П.Н. Платонов предложил в качестве параметра, определяющего характер движения сыпучего материала, использовать угол наклона желоба 0. При изучении потока частиц дробленого гранита в наклонном желобе режим несвязанного движения наблюдался нами и при углах наклона желоба меньше угла внутреннего трения. Поэтому была предпринята попытка в качестве критерия изменения режимов движения использовать не угол наклона желоба, а число Фрудах, характеризующее кинетичность потока: где h - глубина потока, м. Для выяснения физического смысла этого критерия в условиях движения сыпучего материала в наклонном желобе при небольших удельных нагрузках воспользуемся аналогией этого движения с движением воды в быстротоках. Оценим величину энергии частиц в каком-либо сечении потока. Полная энергия потока материала, протекающего через площадку ds (рис.2.3) за единицу времени, относительно плоскости сравнения 0-0, проведенной через нижнюю точку рассматриваемого живого сечения, равна: Рис. 2.3. К определению энергии потока сыпучего материала в наклонном желобе
Тогда полная энергия всего потока материала При изучении быстротоков было замечено, что критическое значение числа Фруда характеризует переход спокойного течения жидкости в бурное. Последнее характеризуется разрывом струи жидкости, особенно у ее свободной поверхности, и обильной аэрацией потока. Переход связанного движения сыпучего материала в несвязанное сопровождается аналогичным явлением: разрывом струи и возникновением скачкообразного движения частиц (сальтацией). Возвращаясь к условию (1), можно отметить, что, выбрав в качестве критерия перехода число Fr, имеем возможность кроме угла наклона желоба учесть и расход материала. Иначе говоря, критерий Fr дает большую информацию о потоке сыпучего материала. Обратимся к эксперименту. Данные исследований характера движения потока частиц дробленого гранита по наклонному желобу представлены на рис.2.4. Рис. 2.4. Зависимость объемной концентрации частиц дробленого гранита от числа Фруда
График зависимости р1 = f(Fr) аналогично случаю вертикального движения материала [26] четко разделяется на три зоны, соответствующие трем режимам движения потока. В области Fr > 1,7 ( в ) объемная концентрация постоянна и практически равна концентрации материала в неподвижном состоянии. Эта область соответствует режиму связанного движения. В интервале 0,8 < Fr < 1,7 - область (б) - объемная концентрация резко уменьшается, движение материала характеризуется появлением локальных разрывов между группами частиц, наблюдается градиент скорости по глубине потока. Эту область условно назовем переходной областью, а числа, соответствующие этой области, - критическими. При числах Фруда меньше 0,8 - область а - зависимость р1 = f(Fr) носит криволинейный характер, причем меньшему числу Фруда соответствует меньшее значение объемной концентрации. Эта область характеризует режим несвязанного движения. Заметим, что в соответствии с равенством (12) при исследуемых углах наклона область критических значений чисел Фруда, что соответствует экспериментально полученным данным. Наличие различных форм движения сыпучего материала усложняет рассмотрение картины аэродинамического взаимодействия падающих частиц. Происходит различное обтекание воздухом частиц, изменяются условия тепло- и массообмена между материалом и воздухом.
