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

• αi = 30, 35, 40, 450, i = 1 - 4;
• dj = 5, 8, 10 мм, j = 1 - 3;
• fm = 0, 30 мм, m = 1 - 2;
• Hk = 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мм, k = 1 - 9;
• aтn = 0,38, 0,5, 0,53, 0,95, 1,1, 1,32, 1,5, 1,6 мм, n = 1 - 8.

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 φ_n, где φ_n - 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 а_т, получим функции изменения времени истечения:

F1= exp(a1α + a2d + a3f + a4 H + a5a_т2 + a6 α 2 + a7d2 + a8f2 + a9H2 + a10a_т2 + a11αd + a12αf + a13αH + a14αa_т + a15df + a16dH + a17da_т + a18fH + + a19fa_т + a20Ha_т)

F2= exp(a1α + a2d + a3f + a4 H + a5a_т1 + a6a_т2 + a7k1 + a8k2+ A9α 2 + a10d2 + a11f2 + a12H2 + a13a_т12 + a14 a_т22 + a15k12 + a16k22 + a17αd + a18αf + a19αH + a20αa_т1 + a21?a_т2 + a22αk1 + a23αk2+ a24df + a25dH + a26da_т1 + a27da_т2 + a28dk1 + a29dk2 + a30fH + a31fa_т1 + a32fa_т2 + a33fk1 + a34fk2 + a35Ha_т1 + a36Ha_т2 + a37Hk1 +a38ak2+ + a39 a_т1 a_т2 + a40a_т1k1 + a41т1k2 + a42a_т2k1 + a43a_т2k2 + 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.

предыдущий раздел | содержание | следующий раздел

Поиск в журналах РАЕ:

Авторы Публикации