автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Математическое моделирование процесса пневмосепарации тонкодисперсных материалов

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова

На правах рукописи

Специальность: 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барнаул - 1996

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова (АлтГТУ).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

В.Л. Злочевский Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Л.В. Гячев; - кандидат технических наук, доцент А.Х. Тейтельбаум.. Ведущая организация - Сибирский научно-исследовательский

институт механизации и электрификации сельского хозяйства (СиОИМЗ), г. Новосибирск

Защита состоится " 0 н еЛ/1996 г. в часов на заседании диссертационного совета К 064.29.02 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Алтайском государственном техническом университете по адресу: 656099, г.Барнаул, пр-т Ленина, 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке АлтГТУ.

Автореферат разослан " ' " ^ 995 г>

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

у-"- Я.Л. Овчинников

Общая характеристика работы

Актуальность. Значительная часть технологических процессов сельскохозяйственного производства, как правило, связана с выделением в атмосферу сухих, а также капельных частиц. Это, например: сушка, хранение и переработка зерна, семян трав, овощных культур, кормоприготовление и т.п.

Такие частицы, выброшенные наружу, могут наносить серьезный вред человеку и природной среде.

Пневмосепарация перед выбросом технологических аэрозолей имеет важное значение в решении общегосударственной проблемы охраны окружающей среды с доведением до предельно допустимой концентрации токсичных выбросов, установленной "Национальным управлением по контролю загрязнения атмосферы. и океанических вод".

На важность темы указывает также и то обстоятельство, что для ряда отраслей, таких как энергетика, металлургия, пищевая и химическая промышленность и др., решение подобной задачи имеет и другую цель - повторное использование уловленного материала.

Работа содействует выполнению нормативных требований, предусмотренных законом (вышел в 1980 г.) об охране окружающей среды, а также ГОСТа 17.2.3.02-78 "Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями".

Цель и задачи. Целью данной работы было повышение эффективности процесса пневмосепарации - классификации преимущественно тонкодасперсных частиц, из завихренной дисперсной системы в кольцевом пространстве с подвижными границами и создание на базе исследованной математической модели устройства, реализующего этот процесс.

В связи с чем были решены задачи:

- построение и исследование (теоретически и экспериментально) полуэмпирической - математической модели процесса пневмосепарации микрочастиц из завихренной дисперсной системы в кольцевом пространстве с подвижными границами;

- разработка и создание конструкции, реализующей процесс по предыдущему пункту.

Методика проведения исследования. В работе использованы аналитико-численный, экспериментальный и расчетно-конструктивный методы. Аналитический метод включал составление систем дифференциальных' уравнений относительного и абсолютного движений микрочастиц в детерминированной и стохастической постановках с использованием аппарата процессов Маркова. Затем системы с-соответствующими начальными и краевыми условиями решались на ЭВМ -УВТ-ТО по методу Рунге-Кутта-Мерсона с автоматическим изменением шага.

Уравнение Фоккера-Планка-Колмогорова решалось численно методом "прогонки" с применением монотонной неявной схемы 2-го порядка точности.

В экспериментальных исследованиях были использованы методы физического моделирования дляпроверки положений и выводов теории. 5 . -- ' "

С помощью расчетно-конструктивного метода на основе результатов математического и экспериментального моделирований были получены оптимальные значения 'кинематических и геометрических характеристик для устройства-,- реализующего процесс пневмосепа-рации.

Результаты экспериментов обрабатывались с применением известных методов математической статистики, в частности, - '^-критерия". *

Научная новизна. Научная новизна состоит:

- в построении и исследовании полуэмпирической математичёс- ' кой модели процесса пнавмосепарации микрочастиц из завихренной дисперсной системы в кольцевом пространстве с подвижными границами;

- в получении аналитико-численным методом оптимальных кинематических и геометрических характеристик процесса;'

- в установлении на качественном уровне тенденции влияния на процесс случайных воздействий типа "белого шума"; ■ ■-

- в разработке способов (защищены авторскими свидетельствами) пневмосепарации микрочастиц из завихренной ' дисперсной системы в кольцевом пространстве с подвижными границами; "

- в создании и внедрении конструкции, реализующей способ предыдущего пункта.

Практическая ценность работы состоит в повышении экономической эффективности методов пневмосепарации в соответствующих отраслях сельскохозяйственного производства, улучшении качества сепарации и классификации дисперсного материала с целью получения, высокосортной продукции- (например, муки высшего сорта), а также в решении задач охраны окружающей среды, в частности- от тонкодисперсных частиц, плохо улавливаемых обычными методами и аппаратами.

Реализация результатов исследований. Разработанный метод пневмосепарации был реализован (1985 г.) в очистном устройстве на Третьяковском (Алт. край) районном производственном объединении по производственно-техническому обеспечению сельского хозяйства " в цехе покраски тракторов и двигателей в системе рекуперации лакокрасочных материалов. Экономический эффект составил 8,9 тыс. рублей в год (в ценах 1985 года).

ОПКБ НПО "Нивы Алтая" приняло материалы, содержащие методику расчета оптимальных значений кинематических и геометрических параметров пневмосепаратора зерновых материалов с выполненным эскизным проектом, к созданию устройства, реализующего вышеупомянутый пневмосепарационный процесс. . к

Апробация. Основные ■ положения диссертационной работы представлялись в докладах на всесоюзной научной конференции ."Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшения ассортимента крупы, муки и хлеба" (Москва, 1989 г., октябрь, 19-24).

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в центральной печати (10 работ, в том числе два авторских свидетельства).

Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, четыре главы, список литературы и приложения. • Основное содержание изложено ,на .96 страницах текста, включающего 26 рисунков, 4 таблицы. Список литературы - 187 наименований, приложений - 4.

, . Содержание работы

В первой главе дается краткий обзор и анализ современного состояния процессов масЬопереноса и, в частности, пневмосепарации-

Совершенствование технологических процессов, базирующихся на концепции безотходного производства, с внедрением более прогрессивных очистных устройств рассматривается как одно из важнейших

направлений в предприятиях сельскохозяйственных отраслей, использующих в качестве рабочего сырья порошки, аэрозоли и т.п.

Показано, что дальнейшее развитие этого направления нуждается в решении следующих научно-технических задач.

1. Изучение характеристических свойств дисперсного материала, выявление отличительных признаков фракционного состава и корреляционной зависимости между ним и качественными

• показателями конечного продукта.

Исследование ударных (коэффициентов восстановления нормальной составляющей скорости и трения), электрических и др. физических свойств, а также свойств, комплексно проявляющих себя, например, при вибропневмосепарации.

2. Обоснование применяемых методов разделения, классифика-, ции дисперсного материала с учетом флуктуация определяющих характеристик процесса.

3. Разработка и внедрение новых методов, использующих физические и механические эффекты (гироскопический, Магнуса, электризации трением и др.). ,

4. Поиск объективных критериев технико-экономической эффективности сепарирующих аппаратов, отражающих влияние качества разделения на конечный результат, объемы потребления сырья, энергоемкость и т.д.

5. Изыскание рациональных способов и технических средств контроля параметров процесса.

6: Развитие технологических схем сепарирования в общем производственном процессе и отдельных очистных устройств.

В этой же главе приведен анализ известных математических моделей процессов массопереноса.

Сложная физика процессов массопереноса побуждает исследователей прибегать к упрощающим предположениям. Оправданными следует- ■ признать, например, аппроксимацию тангенциальной компоненты скорости потока показательной функцией, представление движения дисперсной системы вблизи пограничного слоя как ламинарного континуума, пренебрежение случайным выбросом микрочастиц из центральной зоны к периферии и т.п., к числу спорных цредположений могут быть отнесены неучет вторичных уносов, отрыва (детерминированной или стохастической природы) от границ

осаждения микрочастиц, влияния аэродинамических эффектов как внутри области сепарации, так и на ее границах и др.

Отмечено, что строгий математический аппарат турбулентных процессов массопереноса (взвесенесущие потоки, транспортирование несущей средой дисперсного материала и т.п.), опирающийся на фундаментальные физические законы, из-за своей чрезвычайной гро-. моздкости пока не удается в полном объеме использовать даже при численных исследованиях вследствие недостаточной разрешающей способности современных ЭВМ; его применяют обычно для качественных оценок явления.

Для прикладных целей более эффективной оказывается полуэмпирическая модель, соединяющая в себе элементы теории и опыта. Однако и она не свободна от недостатков, заключающихся, в частности , в том, что уделяя преимущественное внимание чисто кинетической стороне дела, переносит "центр тяжести" исследования в эмпирическую область. Установлено, что оптимизационные задачи - важнейшая часть исследования - могут быть обоснованно решены лишь на основе достаточно полного анализа функциональных соотношений, полученных из общих фундаментальных законов.

В заключительной части главы указаны некоторые проблемы -теоретического и экспериментального моделирований, в частности, борьба с вторичными уносами, использование " аэродинамических эффектов и др. процессов массопереноса.

Во второй главе разработана базовая математическая модель процесса пневмосепарации микрочастиц из завихренной дисперсной системы в кольцевом пространстве с подвижными границами.

Показано, что реализация процесса в конфузорном кольцевом пространстве в сочетании с направленным воздействием на его кинематические и геометрические характеристики позволяет, влиять на показатели пневмосепарации, т.е. управлять процессом.

Основная модель в относительной системе координат имеет вид: '

--г

¿г2 ^

»12 , ^ Г йф

;] = + [(^Р/Р^го^и - 2иф/й]г • - +

- . + (сОБр - р/р,) • о|/й,

?

СГф ¿Г йф , <1ф г -I

р.— + 2 — • — = - "1/г г — - (к,р/р, )гог и - ги^/й

л+2 с^ <лг I- 1 1 2 ф Л

2

где г, ф, Н, Ф, г - относительные полярные и абсолютные цилиндрические координаты соответственно; 1;, т - текущее время и время релаксации соответственно; к, - безразмерный коэффициент, являющийся поправкой при распространении, теоремы Жуковского к пространственному обтеканию микрочастицы; р, р - физические плотности среды и микрочастицы соответственно; и, иф - вектор скорости потока и ее тангенциальная компонента соответственно; гог,7"и=

[г/(к|- Щ)] • (о^! - ш1 Н^); , и,, $2' ш2 ~ РадаУсы и угловые скорости внутренней и внешней храниц области сепарации соответственно; р =. агсвИЦг^ ^тф/И); Н = (й2 + 2К,г-соБф + г2)0,5. Соотношения (1) получены при следующих допущениях:

- траектории частиц несущей среды (воздух) в среднем - дуга концентрических окружностей;

- - движение потока - установившееся;

- число Фруда не менее 40, т.е. не учитываются массовые силы. Все это позволило существенно упростить уравнения Навье--Стокса и свести задачу о движении несущей среды в трехмерном пространстве к двухмерному случаю..

В качестве основных сил, воздействующих на микрочастицу со

стороны потока, -приняты: -(18ц/6)(V—и) - сила аэродинамичес-

кого сопротивления (для микрочастиц^ стоксового класса), где р. -- динамическая вязкость, б - эквивалентный диаметр микрочастицы,

V --вектор скорости микрочастицы; Р2 = -(р^-р)- сила собст-

—♦

венного веса микрочастицы за вычетом силы Архимеда, q - вектор

-> > -» -»

свободного ускорения; Р3= к1-р(и-У)>гоги -боковая сила Жуковского; Р4= -дгай р - сила.поля давлений потока как результат молекулярных движений, р - функция давлений.

Система (1) решалась совместно с начальными условиями

г(0)=0, ф(0)=0,

с1г с1г

(0)

=0,

с!ф Лг

(0)

= -ш.

(2)

Модель (1) в проекциях на абсолютные оси

а2н

- Н

аг

ГйФ1 а г

ЙД

= -(1/г)— + (к.р/р, )

-(р/р^.Ц-ф/К,

<14 <ш йФ' И--+ 2---- - (1 /Ч)

(Ы> (11

- а,

<1Ф-аг

■гог2и

- (к1р/р1

(3)

(Ш

(И

Начальными условиями для (3) были взяты

К(0Н11( Ф(0)=0,

ОЯ

<1Ф

(0) ' >11

(0)

(4)

где к~ - безразмерный эмпирический коэффициент;.'

Если модель (1), (2) удобна для характеристики процесса с точки зрения динамики, то- уравнение (3) и' условия (4) - со стороны кинематики. • -

Помимо (1 )-(4) в этой главе получены уравнения движения

грубодиспереных (5>5-10 м) микрочастиц с нелинейной формой сопротивления. •(

Отказавшись от условия нестационарности модели (1), можно для длительности Т.процесса записать достаточно простое частное

►

решение

lnUl/R, )

•!• - —------- . (5)

г - (1 - p/p, )-uf

Вследствие нелинейности систем уравнений (1), (3) обще решение не может бить записано в аналитическом виде, и поэтом они со своими начальными условиями были решены численно н ЭВМ-УВТ-ТС с применением Метода Гунге-Кутта-Мерсона с автомати ческим изменением шага. Кольцевая щель Jí^-R1 устанавливалась н основании того, что базовые модели (I), (3) строились дл течения, близко]'о к ламинарному, т.е. когда Re потока не внш

2,0-103. Листинги решений прилагаются к диссертации.

Наиболее типичные кинематические зависимости , построении по данным решений, представлены на рис.1,2.

Н(мм)

92

08

84

80

"0,05 0,1 0,15 t(C)

Рис.1. Зависимость абсолютного радиуса микрочастицы от времени Пребывания в процессе: 1-w^lOc"', 1^=0; 2-и,»10ас"\ 1^=0; 3-ы(-—10c-i ,0^=1 Ос"'; 4-ы =ы =10с~*.

(2 / V // 0=200МКМ

f

и

г

Отметим, что системы(1), (3), а также аналогичные системы, описывающие движения грубодисперсных микрочастиц, решались ^для следующих значений констант и параметров: р=1,29; р^ ,30-10 ; р=1,84.10~5; 0,85^51; 0,1<^2<0,8; 15.106 < С <20-1П3 ; -100< ш <100; й|=8.10-2; Н2=10-1 .

Рис.2. Зависимость абсолютного радиуса микрочастицы от времени пребывания в процессе: 1-и1-=10а"', ау=0; 2-0)^=100с"'. ы2= =0; з-ы=-10с~', ы2=1 Ос"*;

Тепловая и турбулентная диффузии, столкновения и, как следствие, коагуляция и дезагрегация микрочастиц в ходе пневмосепарации и ряд других случайных явлений могут существенно искажать детерминированные характеристики процесса. Поэтому представление пневмосепарации как стохастического процесса является естественным.

В работе приводится стохастическая модель с применением аппарата процессов Маркова, в частности, уравнения Фоккера-План-ка-Колмогорова.

С учетом (5) основная случайная модель процесса

пнэвмосепарации запишется в виде Лг - о

— = О-р/р^-и^/Н + Я^Ш), (6)

где - динамический параметр, |(1) - функция флуктуационных воздействий со свойствами "белого шума". •

Имея в виду решение задачи, связанной с достижением микрочастицей границ осаждения , и соотношение (6), обратимся к известному уравнению

•с12Т йТ

а!-+ Ф. — = -1, (7)

ЙГд •

где а, Ф - коэффициенты диффузии и сноса соответственно, Т - среднее (по вероятности) время достижения, г0 - начальное распределение случайного полярного радиуса микрочастицы. Решив (7) совместно с краевыми условиями

с1Т(Ю

- = 0, ' (8)

йг0

(11(1*2)

Т(й9) + X.- = 0, (9)

2 1

получим

Т = (^-ГдУЯИа/Ф2)- |ехр|-(г0-Н1 )Ш/а]-ехр^-(Н2-И1 )Ф/а]| +

+ (Я1/®)|1-ехр[-(Б2-К{)Ф/а]| (10)

В решении (10) Я>1 - интенсивность отрыва микрочастиц от границы 1*2 с повторным возвратом, последних в пневмосепарационный процесс. При этом (8) обеспечивает отражение микрочастиц на границе. Н1, (9) - комбинацию отражения с поглощением с интенсивностью А,1 на И2.

' Как видно из (10), первое слагаемое, характеризующее детерминированную составляющую времени пребывания микрочастицы в пневмоеепарационном процессе, всегда положительно, второе (случайная составляющая) - отрицательно, а третье определяется параметром А... Т.аким образом, 'в отсутствии флуктуации ."■.....""

Т

(й2 - гд)/ш + л^/ф.

Мз Этого следует, что случайные воздействия типа "белого шума", проявляющие себя до момента первого касания частицы границы осаждения, по крайней мере не препятствуют пневмосепарационному процессу.

При решении оптимизационных задач в качестве исходных положений приняты:

1 ) фракционный состав сепарируемой дисперсной твердой фазы • известен, а ее объемная концентрация невелика (5...10 г/м3);.

2)' условием выхода микрочастицы из процесса является

где 1;с - время сепарации, Т - длительность процесса. При этом время сепарации исчисляется от момента начала процесса и до первого касания границы й^^);

3) длительность Т процесса устанавливается по критерию

п ' п

^1-7]= I < I , <11>

1=1 1=1

где т] - целевая эффективность процесса, б^^- эффективный диаметр микрочастицы, т - массовая доля 1-й фракции в общем объеме дисперсного материала, п"- число фракций с микрочастицами диаметров

Исходя из этого показано, что минимальная длительность процесса определяется условием

Следуя критерию максимума контактной поверхности, была решена изопериметрическая задача по выбору конструктивного

элемента (в работе он именуется "внешним завихривакщим элементом"), предназначенным для обеспечения необходимых аэродинамических условий сепарации с одновременной классификацией дисперсного материала. Оказалось, что этот элемент должен иметь форму прямого кругового усеченного полого конуса с уровне-бы'ми кольцевыми зазорами для выхода микрочастиц определенного класса из процесса.

Отмечено, что однополостный гиперболоид по тому же критерию имеет перед усеченным конусом очевидное преимущество и, кроме того, может обеспечить линиям тока естественную плавность перехода, т.е. меньшее профильное сопротивление, а последнее, способствует сбережению энергоресурса.

Тем не менее, по соображениям простоты, относительной дешевизны изготовления предпочтение было отдано усеченному конусу.

Другой конструктивный элемент, названный "конусом набегания" ' и служащий для предварительной закрутки и отбрасывания потока в область активной сепарации, по критерию минимума профильного сопротивления должен иметь угол раствора, равный прямому. Это утверждение было получено на основании решения следующей изопериметрической задачи: из множества прямых круговых конусов данного объема найти такой, чья боковая поверхность была бы наименьшей. Как известно, профильное сопротивление прямо пропорционально величине поверхности обтекания.

В третьей главе сформулированы цель и задачи экспериментального моделирования, приводятся методика и результаты экспериментов, дан их анализ.

Целью экспериментального исследования•была проверка гипотезы о возможности эффективной реализации пневмосепарационного процесса в конфузорном кольцевом пространстве с подвижными границами. Для чего необходимо было решить следующие задачи:

1) проверка оптимальности кинематических условий;

2) оценка степени сепарации

- по взвешенной длительности процесса;

- по длительности, характеризуемой временем достижения

границы осаждения микрочастицы эффективного диаметра;

3) оценка влияния параметров , на эффективность сепарации микрочастиц с диаметрами 5•10_5м и менее;

4) оценка влияния параметра о^ на эффективность процесса, когда «2 фиксирован;

5) оценка влияния параметра на эффективность процесса, когда фиксирован;

6) оценка влияния рециркуляции части потока на эффективность процесса;

7) оценка влияния отношения средней окружной скорости "конуса набегания" к скорости потока на входе в аппарат на эффективность процесса.

В экспериментах несущей средой служил воздух при нормальных условиях, дисперсным материалом - мука тонкого помола.

По методу "воздушной сепарации" с Использованием номограммы Г.И. Ромашова для определения диаметров микрочастиц по скоростям их витания были получены три образца^ дисперсного материала: 10.. .20 мкм, 20...30 мкм, 30...35 мкм. Затем эти образцы были усреднены по длинам интервалов дисперсности: 15 мкм, 25 мкм,' 32 мкм.

В кавдом отдельном испытании через сепаратор с помощью шне-кового пылепитателя в течение 60 с пропускалась 100-граммовая навеска дисперсного материала.

Для полного завершения процесса длительность последнего выдерживалась несколько большей (на 5...10 с), чем продолжительность работы пылепитателя. , ■

Объемная концентрация микрочастиц согласованием производительности пылепитателя и расхода воздуха на входе- в сепаратор поддерживалась в пределах 5...10 г/м^, т.к. математическая модель изначально строилась на концепции малых объемных концентраций.

Каждое испытание вюшчйло 3...5, техизмерений-взвешиваний уловленного материала с помощью аналитических весов.

Лневмосепаратор испытдаался в режиме ".чистого отделения", т.к. к тому времени еще не было найдено приемлемого конструктивного решения для специального приспособления изоляции и вывода

микрочастиц определенных фракций из процесса

На рис.3 сепаратора.

45

показан вертикальный осевой разрез

I

опытного

Рис.3. Принципиальна^ схема сепаратора (верт. разрез)

Сепаратор содержит конфузорное кольцевое пространство (зона активной сепарации) 1, конус набегания 2, к которому примыкает своим нижним основанием "конус схода" 3, образуя с ним единый конструктивный элемент. Внешний завихривающий элемент представляет коаксиально с зазором соединенные между собой конфузорные обечайки 4...7 (зазоры 8 служат для выхода из процесса отсепа-рированного материала). Кожух 9 вместе с внешним завихриващим элементом создают рециркуляционный канал 10. Направляющая 11 (крепится к входному патрубку 13) и боковая поверхность конуса набегания' формируют пространство ¿12, выполняющее роль входного канала. Последний заканчивается кольцевой щелью 14. Очищенный воздух через кольцевую щель 1Б-- выбрасывается наружу, а отсепарйрованный материал накапливается в бункере' 16.

Согласно задачи 1, аппарат исй&тывался в вариантах :

1 ) (Д|=<1>2, 2) ы^-ы^.

По задаче 2) определялась эффективность для вариантов длительности процесса:

1) взвешенной (следуя критерию (11)),

2) длительности, характеризуемой временем достижения границы осаждения микрочастицы эффективного диаметра, т.е. по

Т<е1-т)>- •

Влияние параметров и>1, на степень сепарации микрочастиц стоксовых фракций (задача 3) проверялось для 2-х вариантов:

1) модулям , (¿^присваивались значения, равные нижнему порогу интервала изменения, т.е. Юс-1;

2) то же для верхнего порога, равного 100 с-1;

По задаче 4: оценивалась эффективность в 2-х вариантах:

1) модулю й1 придается значение нижнего порога 10 с"*1,

2) модулю й1 придается значение верхнего порога 100 с-1,и)2=0.

•Методика экперимента по задаче 5 с переменой ролей 3,, была той же, что и в задаче 4.

Влияние на процесс рециркуляции части потока определялась, по эффективности:

1) в отсутствии рециркуляции (перекрытием канала, рециркуляции);

2) с использованием рециркуляции.

По задаче 7: оценивалась эффективность в следующих вариантах:

1) отношение средней окружной скорости "конуса набегания" к скорости потока на входе в аппарат составляло примерно 1;

2) то же отношение близко к 2.

Результаты испытаний по некоторым задачам отражены на рис.4 и рис. 5,-

После исключения измерений, подозрительных на анормальность, были сохранены по три результата,от каждого испытания.

-Абсолютные погрешности измерений вычислялись программно с помощью "И-критерия" с уровнем значимости 0,05.

Степень сепарации, как это видно из рис.4, практически не зависит от того обстоятельства - берем ' мы взвешенную

0 Ю ¿0 30 мкй

Рис.4. Зависимость эффективности (т]) процесса от диаметра (б)

микрочастицы (зад.2):- а) ы^ =и£=100 с-1, Т=60 с, Дт]=4,1;

б) (^=0)2=100 С-1, Т=67 с, ДТ1=3,2

V

60

40

20

а)- о б)-Д А / 4 о

А У /А

А о

^ Ю Л) 30 3, мки

Рис.5. Зависимость эффективности (т]) процесса*даауетра (0) микрочастицы (зад 7):а) ш1=ш2=100 с-1 ,Ат)=4,1, к=1, к- отношение средней окружной скорости конуса набегания к скорости потока на входе в аппарат; б) ш1=и^=100 с-1, Дт)=3,8, к=2

длительность или последняя характеризуется временем достижения микрочастицы эффективного диаметра.

Следует подчеркнуть, что взвешенная длительность всегда не превышает длительности, рассчитанной по эффективному диаметру, а это способствует экономии энергозатрат.

Сравнение эффективностей по вариантам 1) и 2) в задаче 7 говорит в пользу варианта 2), т.е., когда отношение средней окружной скорости набегания потока на входе в аппарат близко к 2 (в варианте 1) оно составляло примерно 1).

В четвертой главе приведены расчеты эффективности от использования разработанного в диссертации метода пневмосепара-ции (микрочастиц лакокрасочных материалов, содержащихся в воздушном потоке). Расчеты показали, что годовой экономический эффект составит 8,9 тыс. рублей (в ценах 1985 г.) на две установки со сроком окупаемости менее 0,5 месяца.

Общие выводы .

1. Построена полуэмпирическая математическая модель процесса пневмосепарации микрочастиц из завихренной дисперсной системы в кольцевом пространстве с подвижными границами, теоретический и экспериментальный анализ которой позволил установить:

- тотальный минимум длительности процесса достигается при. условии ы1=ш2 (в эксперим.: -100 с-1< о^, сс^ < 100 с-1);

- локальный максимум длительности отвечает случаю, когда величины ш1, <¿2 близки по модулю и противоположны по знаку (в эксперим.: (^=-18,0 с-1, Дш^О.Э с-1; ш2=20,0 с-1, Дсо^.О с"1);

- локальный минимум длительности имеет место, когда о^ , противоположны по знаку и модуль а>.| примерно на порядок ниже

модуля (в эксперим.: =10,0 с-1; Дш^О.б с-1; ш^ЮО.О с-1; Дш£=5,0 С-1);

- влияние параметров , на показатели процесса пневмосепарации микроча'стиц диаметрами Ю-5 м и менее несущественно, т.е. погрешность от неучета влияния этих параметров на величину длительности процесса составляет 0,1% и менее;

- воздействие на процесс сил Жуковского и Кариолиса

следует учитывать для микрочастиц диаметрами 5>10 м и более;

- случайные факторы типа "белого шума" по крайней мере не препятствует процессу пневмосепарации.

' -2. Решены-задачи по оптимизации основных кинематических и геометрических характеристик процесса пневмосепарации. Установлено:

'' - - длительность процесса целесообразно определять по критерию взвешенной длительности;

- области, в которой осуществляется процесс пневмосепарации, в целях повышения степени отделения и пофракционной классификации твердой фазы необходимо придать конфузорную форму с каскадом кольцевых зазоров для выхода микрочастиц из процесса;

- угол раствора "конуса набегания" по критерию минимума профильного сопротивления надлежит брать прямым.

3. Разработаны новые способы пневмосепарации микрочастиц. Согласно им рекомендуется:

- отношение средней окружной скорости конуса набегания к скорости потока на входе в аппарат взять примерно 2;

- с целью придания процессу пневмосепарации устойчивого характера необходимо обеспечить процессу рециркуляцию .части потока.

Основные положения диссертации отражены в работах:

-1. Есеев Е.А. О влиянии "белого шума" на процесс ■ инерционной сепарации.-Инженерно-физический журнал,Т.37,N3,1979. -С.519-521.

2. A.c. 980849 СССР, мкл3вочс1/00. Способ сепарации дисперсной фазы от потока газа/А.И. Буров, Е.А. Есеев.Б.И.,1982.-N46.

'3. Есеев Е.А. К_ оптимизации , процесса инерционной сепарации//Деп.,ВИНИТИ,per. N4600-84.

4. Есеев Е.А. Тонкая сепарация и расчет.ее эффективности// Межвузовский сборник, 1985.-С.35-41.

5. Есеев Е.А. К расчету эффективности сепарации микрочастиц //Деп..ВИНИТИ, per. N4705-86.

6. Есеев Е.А.., Злочевский В.Л. Посекционная пневмосепара-ция промежуточных продуктов размола зерна в кольцевом пространстве вращающихся цилиндров//Всесоюзная научная конференция "Пути повышения качества зерна и зернопродуктов, улучшения