автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.08, диссертация на тему:Сдвиговые течения зернистых сред в тепломассообменных и гидромеханических процессах

На правах рукописи

БОРЩЕВ Вячеслав Яковлевич

СДВИГОВЫЕ ТЕЧЕНИЯ ЗЕРНИСТЫХ СРЕД В ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ И ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССАХ

05.17.08 - Процессы и аппараты химических технологий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

□□3453660

Тамбов 2008

003453660

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» в межотраслевой научно-исследовательской лаборатории «Механика сдвиговых течений зернистых сред» кафедры «Технологическое оборудование и прогрессивные технологии» и на кафедре «Машины и аппараты химических производств».

Научный консультант доктор технических наук, профессор

Долгунин Виктор Николаевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Гришаев Игорь Григорьевич

доктор технических наук, профессор Мурашов Анатолий Александрович

доктор технических наук, профессор Першин Владимир Федорович

Ведущая организация ОАО «Корпорация «Росхимзащита»

Защита диссертации состоится « » ИЯЩыИ/Л2008 г. в » / часов 3 Су минут на заседании диссертационного совета об присуждению ученой степени доктора технических наук Д 212.260.02 в Тамбовском государственном техническом университете по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Ленинградская, 1, ауд. 60.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.260.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан Г 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доцент

В.М. Нечаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В химической технологии, различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве многие гидромеханические и тепло-массообменные процессы переработки сыпучих материалов, а также вспомогательные технологические операции протекают в режиме сдвигового течения. Такие течения сопровождаются активным взаимодействием частиц, вследствие которого проявляются технологически значимые эффекты перемешивания и разделения. Данные эффекты не только существенно влияют на кинетику технологических процессов, но и часто используются в качестве базовых для организации технологических процессов смешивания, классификации, гранулирования. Однако для многих практически значимых случаев организации сдвиговых и, в первую очередь, быстрых сдвиговых течений способов прогнозирования и методов экспериментального определения структурно-кинематических характеристик явно недостаточно.

Вследствие сложности и многообразия физических механизмов взаимодействия частиц и форм их сопряжения разработка общих теоретических основ процессов разделения и смешивания частиц затруднена. В связи с этим большое значение приобретает изучение эффектов взаимодействия частиц для наиболее общих и значимых форм их взаимных перемещений, к которым, в первую очередь, следует отнести сдвиговые течения. Исследования, проведенные ранее на кафедре «Технологическое оборудование и прогрессивные технологии» ТГТУ, во многом прояснили представление о кинетике и движущих силах процессов смешивания и разделения частиц в быстрых сдвиговых потоках зернистых материалов.

В настоящей работе проведены исследования, направленные на разработку методов прогнозирования и техники измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред, а также теоретических основ процессов смешивания и сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды, протекающих при умеренных скоростях сдвига.

Анализ поставленных в работе задач подтверждает их актуальность, поскольку в результате их решения расширятся возможности экспериментального и аналитического определения параметров сдвиговых течений зернистых материалов, будет разработано математическое описание эффектов взаимодействия'частиц в условиях, характерных для многих технологических процессов и природных явлений. В результате этого появится теоретическая основа для разработки рекомендаций по организации гидромеханических и тепло-массообменных процессов в зернистых средах.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационным планом АН СССР по направлению ТОХТ код 2.27.1.4.14 1980 - 1990 гг., НТП «Научные исследования высшей школы в области химической технологии» и «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий» по разделу «Высокие технологии межотраслевого применения» 2001 - 2005 гг.

Целью работы является развитие теоретических основ процессов разделения и смешивания при сдвиговых деформациях неоднородных зернистых материалов, экспериментальных и теоретических методов исследования сдвиговых течений зернистых сред и разработка рекомендаций по организации гидромеханических и тепломассообменных процессов с дисперсной твердой фазой, протекающих при сдвиговых деформациях последней.

Научная новизна. Разработаны теоретические основы процессов разделения и смешивания частиц при сдвиговых деформациях зернистых материалов, необходимые для прогнозирования кинетики названных процессов в зависимости от комплекса структурно-кинематических характеристик потока и физико-механических свойств частиц, а также комплекс методов и техника исследования эффектов взаимодействия частиц, и получены следующие основные результаты:

- получено уравнение состояния зернистой среды при быстром сдвиге, позволившее уточнить взаимосвязь между давлением, дилатансией и «температурой» зернистой среды (энергией взаимных перемещений частиц) за счет учета диссипации энергии и поперечного массопереноса;

- впервые предложено уравнение кинетики сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды, позволяющее проводить анализ влияния структурно-кинематических параметров сдвигового потока и свойств частиц на кинетические характеристики процесса с позиции общекинетических закономерностей процессов химических технологий;

- впервые предложена расчетная зависимость для прогнозирования коэффициента квазидиффузионного перемешивания частиц при сдвиговых деформациях зернистой среды в зависимости от размера частиц и характеристик течения;

- разработаны методика и экспериментальная установка (конвейерная сдвиговая ячейка) (патент РФ 2329930) для исследования эффектов взаимодействия частиц и их математическое описание, которые позволяют проводить научно обоснованную оценку склонности к сегрегации зернистых материалов при их сдвиговых деформациях через соотношение относительных скоростей движения неоднородных частиц в направлениях сегрегирования и сдвига;

- предложен метод экспериментального определения коэффициента сегрегации, который в совокупности с разработанным математическим описанием кинетики перемешивания и сегрегации частиц при их сдвиговых деформациях впервые позволяет детерминированно учесть названные эффекты в технологических процессах и оборудовании для переработки зернистых материалов;

- разработана математическая модель процесса многоступенчатой классификации зернистых материалов на каскаде гравитационных скатов, которая позволяет прогнозировать динамику разделения компонентов смеси в зависимости от основных конструктивных и эксплуатационных параметров аппарата;

- разработан способ определения высоты слоя частиц при быстром гравитационном течении их на скате (патент РФ 2251665), основанный на учете взаимосвязи между распределением материала по высоте слоя на пороге ссыпания и его распределением по ячейкам горизонтальной кюветы и позволяющий исключить субъективные погрешности, свойственные визуальным методам;

- предложен метод рентгенографического исследования профилей по-розности и скорости в гравитационном потоке зернистого материала, обеспечивающий достижение необходимой разрешающей способности за счет применения единой рентгенограммы потока и контрольных образцов, а также компьютерной обработки рентгенограмм. Методом рентгенографического исследования подтверждены высокие прогностические свойства экспериментально-аналитического метода определения профилей скорости и порозности в гравитационном потоке зернистых материалов;

— в результате исследования гидромеханики движения частиц материала в барабанных аппаратах с подъемными лопастями впервые обнаружен и объяснен эффект разделения частиц по размеру и плотности в поперечном сечении падающего слоя завесы;

- проведено исследование влияния граничных условий на скате на параметры состояния зернистой среды при быстром гравитационном течении несвязных неэластичных частиц. Установлено, что первостепенное влияние на взаимосвязь между дилатансией и «температурой» зернистой среды оказывает степень шероховатости подложки.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований динамики сдвиговых течений зернистых сред и наблюдаемых при этом эффектов взаимодействия частиц стали базой для организации тепломассообменных и гидромеханических процессов переработки сыпучих материалов, что позволило решить ряд практических промышленно значимых задач.

На основе анализа уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге разработан способ интенсификации процессов гравитационной сепарации и смешивания путем изменения «температуры» дисперсной среды за счет воздействия на скорость сдвига и дилатансию.

Разработаны и запатентованы методы прогнозирования и техника измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред (патенты РФ 2251665 и 2329930).

Обнаружен и исследован эффект разделения гранул по размерам, наблюдаемый в завесе падающих частиц, образуемой подъемными лопастями вращающегося барабана. На его основе разработан (а. с. СССР 1169723 и 1261703) и внедрен на Уваровском химическом заводе способ регулирования гранулометрического состава продукта и повышения производительности барабанного гранулятора-сушилки. Получен экономический эффект 772,6 тыс. р. (в ценах 1991 г.).

Разработаны технология и оборудование каскадной гравитационной классификации зернистых материалов с противотоком неоднородных частиц (патент РФ № 2233715), позволяющие многократно усилить эффект разделения частиц по размеру и плотности при быстром сдвиговом течении зернистой среды. По результатам опытных испытаний классификатор принят к внедрению в ОАО «Маслобойный завод «Инжавинский». Планируемый экономический эффект составляет 277,4 тыс. р.

Правовая защищенность разработок обеспечивается пятью авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ на изобретения.

Предложенные в работе зависимость для расчета кинетики и метод определения кинетических характеристик сегрегации приняты к использованию в ОАО НИИхимполимер, ОАО «Корпорация «Росхимзащита» и ГНУ ВИИТиН при разработке смесителей, сепараторов, емкостного и транспортирующего оборудования для сыпучих материалов и оценке их склонности к сегрегации.

Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на: I - XIV научных конференциях, проводимых в Тамбовском государственном техническом университете в 1996 - 2007 гг.; международных научных конференциях «Математические методы в химии и химической технологии»

(г. Тамбов, 2002 г.; г. Ростов-на-Дону, 2003 г.; г. Кострома. 2004 г.; г. Казань, 2005 г.; г. Воронеж, 2006 г.; г. Ярославль, 2007 г.); XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий (г. Миасс, 2004 г.); II Международной научной конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2004 г.); I и II международных научно-практических конференциях (г. Санкт-Петербург, 2005 и 2006 гг.); IV Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники» (г. Киев, 2005 г.); Международной школе-семинаре молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества» (г. Тамбов, 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (г. Одесса, 2007 г.); международных форумах по химической инженерии (CHISA-90, г. Прага, Чехия) и переработке зернистых материалов (г. Иерусалим, Израиль, 2000 г.); Всемирном конгрессе по технологии дисперсных материалов WCPT-4 (г. Сидией, Австралия, 2002 г.); 4 Европейском конгрессе по химической инженерии (Гранада, Испания, 2003 г.); 7 Всемирном конгрессе по химической инженерии (г. Глазго, Шотландия, 2005 г.); 6 Европейском конгрессе по химической инженерии (г. Копенгаген, Дания, 2007 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы 62 работы, в том числе монография, пять авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретения. Личный вклад соискателя во всех работах, выполненных в соавторстве, состоит в постановке задач исследования, разработке методик эксперимента, непосредственном участии в получении, анализе и обобщении результатов.

Структура и объем работы. Работа изложена на 303 страницах основного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и приложения; содержит шесть таблиц, 97 рисунков. Список цитируемой литературы включает 221 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обозначена актуальность работы, ее научная новизна и практическая значимость; приведено краткое содержание работы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ работ, посвященных рассмотрению сдвиговых потоков как объекта исследования. Рассмотрены методы моделирования, методики и экспериментальная техника, используемые для исследования течений зернистых сред в режиме сдвиговых деформаций. Установлено, что существующие методы аналитического исследования не позволяют получить достаточно достоверные данные о структурно-кинематических параметрах среды для многих практически значимых случаев организации сдвиговых течений зернистых материалов.

Выявлено, что перспективным направлением исследования локальных структурных характеристик гравитационного потока является использование проницающего излучения, однако существующие техника и методы недостаточно адаптированы для решения поставленной задачи.

Установлено, что комплексную информацию о гравитационном течении позволяет получить экспериментально-аналитический метод определения профилей скорости и{у) и порозности е(^). Метод состоит в организации

установившегося гравитационного потока сыпучего материала на шероховатом скате и сборе частиц, покидающих скат, в ячейки горизонтальной кюветы, расположенной на определенном расстоянии Н от ссыпного порога (рис. 1). Далее, с использованием экспериментальных данных, при допущении формальной аналогии между зернистой средой при быстром сдвиге и плотным газом, определяют искомые профили и(у), е( г) .

В соответствии с законом свободно падающего слоя для модуля скорости на пороге ската получают

А"| — у Бша

(1)

соэа+у соза-Ос] -у

Балансовое уравнение потоков частиц, вылетающих из канала и попадающих в кювету, записывают в виде

ЯДу/нО^РнЫ^ОД. (2)

Используя формальную аналогию между параметрами зернистой среды при быстром сдвиге и плотного газа, записывают уравнение состояния

ч2

¿и

А»

(3)

где х' - коэффициент, зависящий от свойств среды и определяемый методом последовательных приближений.

Аналог гидростатического давления записывают в виде

к

Р(У)= |рн£(1-£(>'))созаФ- (4)

А-у

Рис. 1. Схема экспериментальной установки:

1 — шероховатый наклонный скат; 2 — кювета с ячейками; 3 - перегородки в кювете; 4 - ограничительная планка; 5 - пластина-рассекатель потока; 6 - емкость; 7 - измеритель

Дилатансию определяют как

ёОО = (е-е0)/(1-е).

При решении системы уравнений (1) - (5) используется граничное условие, соответствующее прилипанию частиц на нижней границе течения, т.е. м(0) = 0 . Решение получают методом последовательных приближений.

Для объяснения и описания неординарных эффектов взаимодействия частиц и описания процессов сегрегации и смешивания в быстрых гравитационных потоках зернистых материалов весьма плодотворными оказались оригинальные прогностические свойства уравнения состояния зернистой среды (3). Это уравнение имеет феноменологический характер, в связи с чем необходимо более глубокое исследование его прогностических возможностей. До настоящего времени имеются только косвенные подтверждения достоверности результатов, прогнозируемых экспериментально-аналитическим методом.

Первая глава завершается формулировкой задач исследования.

Вторая глава посвящена анализу закономерностей быстрых гравитационных течений зернистых материалов и разработке методов исследования и техники измерения структурных и кинематических характеристик названных течений.

Проведено исследование возможностей использования рентгеновского и СВЧ-излучений для исследования структурных характеристик гравитационного потока. Экспериментальная апробация возможности использования СВЧ-излучения для определения локальных значений порозности в потоке материала не дала положительного результата, очевидно, потому, что эффекты рассеяния энергии оказываются слишком большими. Апробация возможностей рентгенографического анализа показала, что его применение в традиционном исполнении не обеспечивает необходимой точности измерения.

С целью повышения точности метода рентгенографического анализа предложен его модифицированный вариант, в соответствии с которым оценка степени проницаемости потока зернистой среды и ее контрольных образцов проводится с использованием единой рентгенограммы. Вследствие этого, а также в результате компьютерной обработки рентгенограмм, существенно снижается величина случайных погрешностей на всех этапах анализа.

Экспериментальная установка состоит из наклонного канала прямоугольного сечения и бункера для зернистого материала, выходное отверстие которого закрывает шибер. На дне канала закреплен шероховатый скат. В стенках канала в непосредственной близости от порога ссыпания имеются расположенные напротив друг друга окна, закрытые органическим стеклом. Снаружи канала, со стороны одного из окон, установлен источник рентгеновского излучения, а напротив другого окна - кассета с рентгеновской пленкой. Между окнами над верхней границей потока сыпучего материала закрепляются его контрольные образцы с фиксированной концентрацией твердой фазы.

Метод экспериментального измерения концентрации твердой фазы в гравитационном потоке зернистой среды состоит из следующих этапов: получение рентгенограммы, общей для потока и контрольных образцов; оцифровка полученной рентгенограммы сканированием; получение тарировочной зави-

симости для порозности как функции световой плотности рентгенограммы с использованием ПЭВМ и определение значений порозности на различных высотах слоя.

В качестве примера на рис. 2 показана рентгенограмма гравитационного потока керамических гранул на шероховатом скате и контрольных образцов, а также соответствующий профиль порозности, полученный в результате компьютерной обработки рентгенограммы.

Совместный анализ рентгенограмм и профилей порозности позволил обнаружить оригинальные особенности быстрого гравитационного течения зернистого материала на шероховатом скате: наличие зоны с наиболее высокой концентрацией частиц в центральной части слоя, а также тенденцию частиц организовывать послойную регулярную структуру при низких значениях порозности.

Для экспериментального определения профиля скорости частиц в направлении сдвига предложен метод, являющийся комбинацией метода рентгенографического исследования профиля порозности на гравитационном скате и экспериментальной части экспериментально-аналитического метода, связанной с анализом стадии свободного падения частиц. Методика эксперимента заключается в следующем. В период времени экспозиции рентгенограммы потока параллельно осуществляют прием падающего материала в кювету (рис. 1). В результате кроме рентгенограммы получают информацию о времени ссыпания I, толщине ссыпающегося слоя к и распределении массы материала по ячейкам С,. После обработки рентгенограммы и получения профиля порозности £(>■) с привлечением системы уравнений (I }- {2) определяют искомый профиль скорости и(у).

В процессе исследования сделан вывод о существенном влиянии относительно небольших погрешностей в определении высоты слоя на результаты диагностирования структурно-кинематических характеристик потока ((1и/ф>, с1е/(¿у), особенно при малых его величинах.

Рис. 2. Рентгенограмма (а) и соответствующий профиль порозности гравитационного потока керамических гранул на скате (б)

Предложен метод определения высоты потока, основанный на учете взаимосвязи между распределением материала по высоте слоя на пороге ссы-пания и его распределением по ячейкам горизонтальной кюветы 2 (координате на рис. 1). Метод, экспериментальная установка для осуществления которого представлена на рис. 1, реализуется следующим образом. Определяется экспериментальное распределение ссыпающегося материала по ячейкам кюветы, и на его базе строится соответствующее дифференциальное распределение. Начиная с некоторой ячейки, дифференциальная кривая вырождается в горизонтальную прямую, практически совпадающую с осью абсцисс. Это указывает на то, что все последующие ячейки заполняются частицами вследствие их случайного вылета над поверхностью слоя. Данные частицы не взаимодействуют друг с другом и не оказывают существенного влияния на динамику течения среды, поэтому представляется возможным отделить их на пороге ссыпа-ния, не внося серьезных изменений в динамику основного потока, например, с помощью тонкой гладкой пластины - рассекателя потока (рис. 1). Положение пластины, при котором достигается отделение от основного потока соответствующей его доли, определяет высоту слоя. Экспериментально установлено, что погрешность определения высоты слоя с помощью предложенного метода не превышает ±0,25 мм. Это позволило существенно повысить статистическую однородность экспериментальных результатов и провести анализ феноменологического уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге (3), которое принципиально определяет физические закономерности течения.

Исследование уравнения состояния зернистой среды проведено путем анализа зависимости коэффициента х' от технологических характеристик

гравитационного потока (угол наклона а, высота слоя И) и физико-механических свойств материалов (плотность, размер частиц, их шероховатость и упругость). Экспериментальные исследования проведены на установке, изображенной на рис. 1, с использованием различных зернистых материалов. Результаты, представленные на рис. 3, свидетельствуют о том, что коэффициент уравнения состояния зернистой среды (3) в первом приближении может быть рассмотрен как достаточно универсальная характеристика зернистой среды при быстром сдвиге.

С использованием разработанного метода рентгенографического анализа проверена адекватность уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге (3). Сравнение профилей порозности и скорости для потока керамических гранул, полученных экспериментально-аналитическим методом и путем рентгенографического анализа, свидетельствует об их высокой адекватности. Относительная среднеквадратичная погрешность определен™ локальных значений порозности составила 7,3 %.

Однако реализация экспериментально-аналитического метода связана с использованием непрогнозируемой информации о величине коэффициента взаимосвязи х' в уравнении состояния зернистой среды (3). Коэффициент определяется методом последовательного приближения при решении системы уравнений (1) - (5) в предположении его независимости от параметров потока (скорости сдвига, порозности и давления) как некоторая неизвестная функция свойств частиц.

о)

Аммофос Керамика Силикагель Бисер

0,05

□ бисер

Рис. 3. Коэффициент х' уравнения (3) для зернистых сред в потоке на шероховатом скате:

а - для различных материалов (sinа/sinао= 1,03, h/d = 6,8); б - как функция угла ската (h / d= 6,8); в - как функция высоты слоя (sin а / sin Оо = 1,03)

Вывод об условности такого коэффициента подтверждается не только результатами исследования, обнаруживающими определенную зависимость коэффициента от параметров гравитационного потока и свойств среды (рис. 3), но и результатами анализа структуры уравнения состояния (3).

Анализ этого уравнения показывает, что произведение в левой его части тождественно удельному значению работы, затрачиваемой на дилатансию 1 м3 твердой фазы. В правой же части уравнения содержится произведение, эквивалентное по физическому смыслу кинетической энергии взаимных перемещений частиц вследствие сдвига зернистой среды. Физический параметр, характеризующий энергию взаимных перемещений частиц, в механике быстрых сдвиговых течений сыпучих материалов, называют «температурой» зернистой среды.

Взаимное перемещение частиц в быстрых гравитационных потоках зернистых материалов имеет сложный характер. С одной стороны, вследствие различия скоростей поступательного перемещения частиц в направлении ската частицы имеют относительную сдвиговую скорость, а с другой стороны, вследствие взаимных столкновений частиц последние приобретают дополнительную компоненту скорости хаотических перемещений. Результатом же хаотических перемещений частиц является поперечный массоперенос в сдвиговом потоке, который приводит к увеличению интенсивности взаимного перемещения частиц вследствие их движения с различными скоростями в направлении сдвига. Если оценивать эту интенсивность через кинетическую энергию соответствующих масс, а коэффициент квазидиффузии определять как произведение скорости флуктуации частиц и среднего расстояния между частицами, то получим

г 1 wdu

£пм =7PsV ~Г-

4 dy

(6)

Скорость флуктуаций частиц V определяется из уравнения энергетического баланса в виде

11/2

Г =

(1 + &)(0,05 + 0,08ц)(1 + У<О

\Ъ$С 12(1\р5 /р„ +ес

М

Ф

(7)

где ес - доля энергии, диссипируемой при столкновении частиц.

Удельную кинетическую энергию взаимных перемещений частиц вследствие наличия у них скорости флуктуаций определим как

(8)

Кинетическую энергию взаимных перемещений частиц в направлении сдвига выразим в виде

£сдв=(1/2)р(М)2(^/ф)2. (9)

Общую кинетическую энергию взаимных перемещений частиц определим как сумму элементарных составляющих этой энергии:

£о™=£сдв+£ф+£™- (Ю)

После подстановки в (10) значений составляющих энергии (б), (8) и (9) и замены скорости V ее выражением (7) получим

= (1/2)р

(М)2 +^5фМ+ф2(Ы)2

(¿«МО2,

(п)

где ф - комплекс, определяющий диссипативную составляющую энергии и зависящий от условий течения и свойств частиц:

<Р =

(1 + к)(0,05 + 0,08ц)(1+дДр

[3*СШ]рг /р+(1 - к2) + -ц(1 + к)+0,51 - 0,125ц2(1 + к)2 - ~Хр.(к+1) - 0Д25Х2 я 3

(12)

С учетом (11) уравнение состояния зернистой среды при быстром сдвиге запишем в следующем виде:

ре = х( 1/2)р

(М)2Д«рМ+<р2(^)2

Щ<1уу.

(13)

Оценка адекватности уравнения (13) проведена в два этапа. На первом этапе проведено сравнение профилей скорости и порозности, полученных с помощью рентгенографического и экспериментально-аналитического методов на базе уравнения состояния (13), в потоке керамических гранул (рис. 4). Среднее квадратичное отклонение прогнозируемых профилей скорости и порозности от экспериментально полученных с помощью рентгенограмм составило 6,2 %, что несколько ниже аналогичного показателя при использовании уравнения (3).

Рис. 4. Сравнение профилей порозности е(у) и скорости и(у) для потока керамических гранул при А = 34 мм, а = 35°, полученных методами:

• - рентгенографическим; о - экспериментально-аналитическим па базе уравнения состояния (13)

На втором этапе проведено исследование прогностических свойств уравнения (13) путем определения коэффициента % как функции условий течения зернистых материалов и свойств их частиц; использованы не только модельные зернистые материалы с широким спектром свойств и геометрии частиц, но и шероховатые скаты с различной геометрией шероховатостей, выполненные из различных материалов.

На рис. 5 показаны результаты исследования коэффициента % уравнения (13) как функции относительной высоты слоя И/с! для исследуемых материалов, которые свидетельствуют, что для несвязных неэластичных сферических частиц (бисер и керамические гранулы) коэффициент взаимосвязи % между работой на дилатансию и «температурой» зернистой среды близок к единице и

.X'

----о-£_- -..

п

kid

Рис. 5. Зависимость коэффициента х уравнения (13) состояния зернистой среды от относительной высоты слоя А/¿на шероховатом скате при относительном угле 1,1 для различных зернистых материалов:

о - бисер; А - керамические гранулы; □ - гранулы полиэтилена; х - гранулы аммофоса

практически не зависит от величины потока в исследованном диапазоне его изменения. Для такого рода материалов уравнение состояния зернистой среды при развитом быстром сдвиговом течении может быть представлено в виде

РЁ = £ОТН. (14)

В определенной мере этот результат можно рассматривать как подтверждение адекватности феноменологии, положенной в основу уравнения состояния зернистой среды (13). Вместе с тем наблюдается некоторая зависимость коэффициента взаимосвязи от величины потока несферичных гранул полиэтилена, особенно в области малых толщин слоя, что, по-видимому, указывает на сложный характер влияния формы частиц на взаимосвязь между порозностью, давлением и скоростью сдвига.

Особое внимание обращает на себя чрезвычайно большое возрастание коэффициента % с увеличением толщины слоя гранулированного аммофоса. Для объяснения полученной зависимости проведен анализ профилей скорости сдвига и порозности при различных толщинах слоя аммофоса, который позволил обнаружить, что с увеличением толщины слоя наблюдается парадоксальное увеличение порозности в центральной части потока, сопровождающееся уменьшением скорости сдвига. Для объяснения причин такого феномена предложена гипотеза увеличения «связности» частиц аммофоса с повышением давления вследствие их сложной формы и склонности к истиранию.

С целью подтверждения этой гипотезы проведено исследование динамического коэффициента трения при сдвиге среды как функции нормального давления. Результаты исследования позволили обнаружить эффект резкого увеличения коэффициента с увеличением давления выше значения «120 Па, что косвенно объясняет причины аномальной зависимости коэффициента % для аммофоса.

Исследование влияния граничных условий на взаимосвязь параметров уравнения (13) проведено с использованием стальных, деревянных и пластмассовых шероховатых подложек, которые имели одинаковую величину, но различную степень шероховатости. Результаты исследования свидетельствуют, что определяющее влияние на коэффициент взаимосвязи % уравнения состояния зернистой среды оказывает не материал подложки, а степень ее шероховатости.

Наличие условия, близкого к полному прилипанию частиц к шероховатому скату, в этом случае находит свое отражение в эквивалентных значениях работы на дилатансию и энергии взаимных перемещений частиц в потоке (X я 1). Вследствие же проскальзывания частиц на подложках зона проскальзывания может становиться областью дополнительного поглощения энергии частиц. Результатом проскальзывания зернистого материала на подложке становится заниженное значение дилатансии потока и, как следствие, появление значений коэффициента % * 1. Интересно, что с увеличением толщины слоя на всех подложках коэффициент % приближается к единице, что свидетельствует о снижении влияния граничных условий на взаимосвязь параметров потока.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию закономерностей течений зернистых материалов в режиме сдвиговых деформаций и разработке экспериментальной установки, адаптированной для изучения эффектов перемешивания и сегрегации частиц.

а) б)

Рис. 6. Схема (а) и общий вид (б) сдвиговой ячейки:

1 - желоб; 2 - шероховатое основание: 3 - ленточный конвейер; 4 ~ шероховатая лента; 5,6- приводной и натяжной барабаны; 7 - рама; 8 - привод; 9 ~ бункер; 10 - узел регулировки угла наклона; 11- направляющие ролики; 12 - задвижки

С учетом недостатков традиционных конструкций измерительных сдвиговых ячеек (приборы кольцевого сдвига, Дженике и др.) в работе предложена конструкция конвейерной сдвиговой ячейки (рис. 6), основными элементами которой являются бесконечная лента и желоб прямоугольного сечения. В ячейке обеспечиваются условия взаимодействия частиц в режиме длительного скользящего контакта друг с другом в широком диапазоне скоростей сдвига. Для обеспечения граничного условия прилипания частиц исследуемой среды дно желоба и лента конвейера имеют шероховатость, равную половине диаметра соответствующих частиц. 3а. счет шероховатости основания желоба и ленты в слое зернистого материала создаются условия для образования зоны активного сдвига. Скорость сдвиговых деформаций и концентрация частиц в сдвиговом потоке изменяются путем изменения скорости движения ленты и угла наклона желоба.

В качестве модельных зернистых материалов при проведении экспериментальных исследований эффектов взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях использованы сферические керамические гранулы и стеклянный бисер со средними диаметрами частиц 6,6 х 1СГ3 м и 3,5 х 10~3 м, соответственно. Такой выбор материалов обусловлен их механической стойкостью к смятию и истиранию.

Исследование характеристик течения материалов при сдвиговых деформациях в ячейке сдвига проведено с использованием индикаторного метода. В качестве индикатора использованы окрашенные микродобавками туши частицы этих же материалов. Экспериментальные исследования проведены при импульсном вводе индикатора в одну из элементарных ячеек канала.

В результате экспериментального исследования получают распределение частиц индикатора по длине х и толщине у слоя материала в желобе, определяют среднестатистическую координату Лх, смещения частиц индикатора в каждом ¿-м элементарном подслое и с учетом времени деформации / вычисляют среднюю скорость движения частиц в нем = Ах, . Одновременно с профилем скорости частиц в сдвиговом потоке определяют скорость сдвига

с1и/с1у и профиль порозности е(>>), измеряя последнюю по элементарным слоям потока.

Экспериментально полученные профили скорости и порозности в сдвиговых потоках керамических гранул и бисера свидетельствуют о наличии достаточно обширной области сдвиговых деформаций и о существенной зависимости порозности от скорости сдвига.

Четвертая глава посвящена аналитическому исследованию процессов смешивания и сегрегации частиц при сдвиговых деформациях зернистого материала.

Процесс смешивания частиц зернистой среды проанализирован на основе известных представлений о нем как о квазидиффузионном процессе при условном использовании понятий длины «свободного пробега» и скорости «свободных перемещений» частиц.

Для неэластичных сферических частиц длина свободного пробега принята равной среднему расстоянию между частицами 5, а скорость свободных перемещений определена с учетом структурных и кинематических характеристик потока и геометрии частиц. Коэффициент поперечного квазидиффузионного перемешивания частиц вычисляется как половина произведения длины и скорости свободных перемещений.

В диссертационной работе эти модельные представления используются для определения коэффициента квазидиффузии сферических частиц в стесненных условиях взаимодействия, имеющих место при сдвиговых деформациях зернистой среды. При малых значениях скорости сдвига порозность зернистой среды, состоящей из сферических частиц, значительно меньше или близка к 0,5. При таких концентрациях частиц в сдвиговом потоке между ними устанавливается некоторый ближний порядок, и зоны сдвига располагаются преимущественно между элементарными слоями, расстояние / между которыми определяется в зависимости от порозности и среднего размера частиц (1 как 1-Ъй (рис. 7).

Среднее расстояние между частицами вычисляется как 5 = ((Ь/Ь0)-1)с1, где Ь0 - значение параметра Ь при минимально возможной порозности среды е0 . Для однородных сферических частиц е0 = 0,2595.

При сдвиговой деформации дисперсной среды в таких условиях взаимодействия частиц (рис. 7) возникает поперечный массоперенос, который обусловлен наличием поперечной составляющей относительной скорости движения частиц.

2з

Рис. 7. К определению параметров взаимодействия однородных частиц зернистой среды

Эта составляющая возникает в результате «наката» частицы элементарного слоя, движущегося с относительно высокой скоростью, на частицы соседнего элементарного слоя, движущегося с меньшей скоростью. При этом в случае однородной зернистой среды наиболее вероятен одновременный контакт быстрой частицы с двумя частицами медленно движущегося элементарного слоя (рис. 7).

В результате такого контакта возникает поперечная составляющая скорости движения ип контрольной частицы, которая становится импульсом к хаотическому перераспределению частиц в потоке зернистой среды, аналогичному формально диффузионному перемешиванию сред на молекулярном уровне.

Если предположить, что в зоне контакта двух элементарных слоев сдвигового течения в направлении х среднее значение скорости сдвига равно <1и1с1у, то средняя относительная скорость частиц этих смежных слоев и0 будет и0 = м,+1 - и1 == Ъй ■ (1и/йу.

С учетом геометрии системы поперечная составляющая скорости в относительном движении частиц в этих слоях равна

и„ = и05т(п14(с1 + лг)/£/). (15)

В соответствии с моделью квазидиффузионного перемешивания коэффициент квазидиффузии можно вычислить как

Одиф = 0,55М8т(я/4(о' + s)/d)du/dy . (16)

Тогда величина потока квазидиффузионного перемешивания частиц в направлении, поперечном направлению сдвига, будет определяться выражением

]т = -0,55М(^/ф)Хт(я/4(с/ + $)/с!){дс1ду)рн . (17)

В предположении, что перемешивание среды в направлении сдвига определяется в основном конвекционной составляющей перемещения частиц, уравнение динамики распределения частиц в двухмерном установившемся сдвиговом потоке в отсутствие эффекта сегрегации формулируется в следующем виде:

Э(срн)/Э/ = -д(исрн)/8х + д/ду(рномф ■ дс/су). (18)

С целью проверки адекватности это уравнение проинтегрировано численным методом при граничных условиях От^дс[ду\у=й Л = 0 , с{0,у,() = сн

[с(0 <х< хк,у,0) = 1; и начальном условии -( где с„ - начальная концентрация

[с(х>хк, .у,0) = О,

контрольных частиц; хк - длина участка канала, на котором вводятся контрольные частицы.

Проверка адекватности разработанной модели динамики смешивания частиц была проведена путем сравнения результатов математического моделирования процесса с экспериментальными данными, которые получены на конвейерной сдвиговой ячейке (рис. 6) по ранее описанной методике при импульсном вводе индикатора. В качестве примера на рис. 8 представлены

140

20

10

о

1(11 кг хт

Рис. 8. Динамика полей концентрации частиц индикатора в потоках керамических гранул при а = 20° и и„ = 0,019 м-с"1:

I - эксперимент: 2 - расчет

экспериментальные и расчетные распределения концентрации частиц индикатора в потоке керамических гранул. Среднее квадратичное отклонение прогнозируемых профилей концентрации от экспериментально полученных составляет ~7 %.

Математическое моделирование процесса сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды проведено на базе механизма сдвигового поточного разделения. Данный механизм полагает, что при е < 0,75 сдвиговые деформации зернистой среды сопровождаются преимущественно послойным движением частиц вблизи поверхностей сдвига. При этом частицы, отличающиеся по свойствам от среднестатистических частиц среды (например, по размеру или плотности), вносят возмущение в ближний порядок расположения частиц и, тем самым, становятся концентраторами избыточных напряжений. Как следствие, в непосредственной близости от таких контрольных частиц образуются агрегаты частиц среды, при взаимодействии с которыми контрольные частицы получают опорный контакт и импульс, обеспечивающий их переход в тот или иной элементарный слой сдвигового потока. Направление перемещения контрольной частицы будет зависеть от баланса моментов сил, действующих на нее относительно оси, проходящей через опорные контактные точки.

В отсутствие ударных импульсов при сдвиговой деформации частиц основными силами, определяющими динамику их взаимодействия, будут силы трения и тяжести. Момент силы тяжести, действующей на контрольную частицу, может быть вычислен в соответствии с известным выражением для случая быстрого сдвига. Момент сил трения вычислен с учетом того, что при послойном характере движения частиц в рассматриваемых условиях их взаимодействия расположение контактных точек и направление векторов сил трения в них остается неизменным, но изменяется модуль названных сил. В таком случае, предположив, что модуль сил трения пропорционален сдвиговому напряжению ст., получим выражение для расчета момента результирующей силы трения относительно «мгновенной» оси вращения в следующем виде:

й

+—вшу .

(19)

В результате представляется возможным вычислить суммарный избыточный момент сил, действующих на контрольную частицу, и использовать его при кинетическом расчете сегрегации по механизму сдвигового поточного разделения АМ = М-М0 = (Мс + МР)-(М00 +М0У), где М и М0 -сумма моментов сил тяжести Мс и трения М¡.-, действующих соответственно на контрольную частицу и частицу условно однородной среды при образовании опорного контакта с мгновенной осью вращения.

В отличие от случая быстрого сдвигового течения полученные значения АМ не позволяют использовать их в качестве движущей силы процесса сегрегации при сдвиговых деформациях. Во-первых, это связано с тем, что скорость сегрегации оказывается пропорциональной модулю избыточного момента, а, следовательно, и величине сдвиговых напряжений. Однако экспериментальные исследования Бриджуотера, а также наши исследования свидетельствуют о весьма незначительной зависимости скорости сегрегирования одиночных частиц от величины напряжений. Во-вторых, движущая сила при выражении ее исключительно в виде избыточного момента АМ не учитывала бы влияние скорости сдвига на сегрегацию, что, очевидно, противоречит физической природе явления, поскольку при нулевой скорости сдвига сегрегация отсутствует и ее скорость увеличивается с увеличением скорости сдвига.

С учетом изложенного в работе предложено использовать в качестве движущей силы АР процесса сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды произведение относительной величины избыточного момента сил АМ0 и относительной скорости взаимодействующих частиц в направлении сдвига. Для случая взаимодействия частиц двух смежных элементарных слоев выражение движущей силы будет иметь вид

В соответствии с предложенным выражением движущей силы уравнение кинетики сегрегации при сдвиговых деформациях записано в виде

где - поток сегрегации; К5 - коэффициент сегрегации; п - число элементарных слоев, частицы которых взаимодействуют с контрольной частицей.

При такой формулировке закона сегрегации коэффициент сегрегации будет определять соотношение скоростей относительного перемещения неоднородных частиц в поперечном и продольном (в направлении сдвига) направлениях в расчете на единицу относительного избыточного момента сил, действующих на контрольную частицу в сдвиговом потоке зернистой среды. Относительный избыточный момент сил приобретает при этом смысл фактора разделения.

АР = АМ0и0 = ((Л/-М0)/А/0)(М)(</м/ф).

(20)

П

(21)

В работе предложен метод определения коэффициента сегрегации по результатам измерения скорости сегрегирован™ (проницания) одиночной контрольной частицы в сдвиговом потоке зернистой среды с использованием конвейерной сдвиговой ячейки. Идея метода основана на том, что в предельных случаях концентрации с —» 0; 1 скорость сегрегации полностью определяется

скоростью сегрегирования (проницания) ии одиночной частицы. Тогда в соответствии с кинетическим уравнением сегрегации для случая взаимодействия контрольной частицы с частицами не более чем двух смежных элементарных слоев имеем

= unM0/((M — M0)bd•du/(1у).

(22)

Очевидно, что в этом случае обеспечиваются условия наиболее полной определенности в отношении параметров взаимодействия неоднородных частиц среды. С целью повышения указанной определенности измерение скорости проницания контрольной частицы целесообразно проводить в области потока, характеризующейся наиболее однородными значениями скорости сдвига и порозности.

С целью изучения прогностических свойств предложенного уравнения кинетики сегрегации с использованием разработанного метода определения коэффициента сегрегации исследованы его зависимости от размера частиц и скорости сдвига (рис. 9). Размер контрольных частиц в эксперименте варьировался в диапазоне «0,5...2. Таким образом, коэффициент сегрегации определялся как при погружении (мелких), так и всплытии (крупных) контрольных частиц. Диапазон исследованных скоростей сдвига ограничивался исключительно техническими возможностями сдвиговой ячейки.

Приведенные результаты позволяют сделать вывод о том, что во всех случаях в исследованном диапазоне соотношения размеров частиц и скоростей сдвига коэффициент сегрегации можно принять за кинетическую константу, характерную для данного материала при среднеквадратичной погрешности 6 %. Эти результаты косвенно свидетельствуют о достаточно высоких прогностических свойствах предложенного уравнения кинетики сегрегации.

к, *

.......

1---- .,....... Ль ¿,10'. м

1.5 2 2,5 3 5 4 4,5 5

3,2 3,4

3,6 3,0 4

л/ф-1"3. с"'

Л, 10а, м

20 25 :

л/ф-м1, с"1

Рис. 9. Зависимость коэффициента сегрегации от диаметра контрольной частицы (!) и скорости сдвига (2) в потоках стеклянного бисера (а) и керамических гранул (в)

Уравнение кинетики сегрегации использовано для моделирования динамики сегрегации в сдвиговом потоке бисера и керамических гранул. Моделирование проведено на базе общего уравнения массопереноса, которое получено путем дополнения ранее использованного уравнения конвективной диффузии членом, учитывающим поток разделения неоднородных частиц в соответствии с механизмом сдвигового поточного разделения. Для установившегося двухмерного сдвигового течения зернистой среды в направлении х это уравнение записано в виде

5(ср„)

Ы

& ду*\ №*ду )

(23)

и начальном условии

и решено численным методом при граничных условиях:

О^(дс/ду) = КгАР = 0 при у = 0,/г; с(0,у,Г) = ся [с(0<ж<*к,з;,Г = 0) = 1; [с(*>*к,^Г = 0) = 0.

При моделировании динамики распределения неоднородных частиц использованы расчетные значения коэффициента квазидиффузионного перемешивания и коэффициенты сегрегации (константы), значения которых приведены на рис. 9.

Проверка адекватности разработанной модели кинетики процесса сегрегации была проведена путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными. В качестве примера приведены результаты, полученные на гранулированной керамике (рис. 10).

с 10\ кг • кг"1

Рис. 10. Динамика сегрегации керамических гранул с!, = 5,5 х 10 м при а = 20°, ол = 0,019 м • с"1:

1 - эксперимент; 2 - расчет ':

Сравнение экспериментальных и расчетных результатов свидетельствует об адекватности предложенного математического описания. Среднее квадратичное отклонение прогнозируемых профилей концентрации от экспериментально полученных составляет ~7 %.

Таким образом, результаты моделирования свидетельствуют о достаточно высоких прогностических свойствах разработанного математического описания процессов смешивания и сегрегации при сдвиговых деформациях зернистого материала, использующего единственную экспериментальную кинетическую константу.

Пятая глава посвящена технологическому применению эффектов взаимодействия частиц сдвиговых течений для организации гидромеханических и тепломассобменных процессов с дисперсной твердой фазой.

Разработаны рекомендации по использованию эффекта сегрегации для управления гранулометрическим составом продукта в барабанных гранулято-рах-сушилках (БГС).

Обнаружен эффект разделения частиц, наблюдаемый в поперечном сечении вращающегося барабана с подъемными лопастями, который заключается в том, что в области завесы, образуемой поднимающимися лопастями, преобладает, как правило, мелкая фракция, а в области, образуемой опускающимися лопастями, - крупная фракция. Данный эффект является следствием того, что в процессе циркуляции в засыпке частицы пребывают последовательно в состояниях поднимающегося и скатывающегося слоя. В сдвиговом потоке скатывающегося слоя происходит сегрегация частиц, в результате которой мелкие частицы перемещаются к центру циркуляции, а крупные - на периферию к поверхности засыпки. Следовательно, при вращении барабана в общем случае лопастями в первую очередь захватывается из засыпки материал с увеличенным содержанием крупной фракции, а затем пространство между лопастями заполняется более мелкими частицами. В результате с поднимающихся из засыпки лопастей будет ссыпаться материал с повышенным содержанием мелких частиц, а с опускающихся - с повышенным содержанием крупных. В этом случае сегрегация становится причиной различной динамики движения частиц в барабане в зависимости от их размера.

Эффект разделения частиц завесы по размерам, наблюдаемый в завесе в поперечном сечении вращающегося барабана с подъемной насадкой, исследован на плоской модели аппарата диаметром 0,6 м с использованием гранул аммофоса. Исследовано влияние размера лопастей, их числа, частоты вращения барабана и его заполнения на эффект разделения. Методика эксперимента была построена с учетом того, что траектория частиц в завесе определяется их положением в засыпке.

Значительный практический интерес в аспекте развития метода прогнозирования величины эффекта разделения частиц материала по размерам в аппаратах барабанного типа с насадками представляют исследования названного явления в зависимости от размера лопаток и расстояния между ними. Указанные параметры, очевидно, существенно определяют величину эффекта разделения, поскольку оба оказывают непосредственное влияние на длину скатывающегося слоя засыпки, в котором происходит разделение, и условия захвата лопастями материала из него. Установлено, что увеличение числа лопастей

при сохранении их размеров приводит к повышению однородности состава завесы. При уменьшении размера лопастей происходит увеличение неоднородности состава завесы падающих частиц.

Результаты исследования подтвердили наличие названного эффекта в широком диапазоне изменения конструктивных параметров и технологических характеристик.

На основании результатов исследования эффекта разделения частиц по размерам в завесе падающих частиц барабанного аппарата с подъемными лопастями предложен способ регулирования гранулометрического состава продукта в аппарате БГС. В соответствие с этим способом распределяют и изменяют подачу пульпы на завесу по двум зонам с преобладанием крупных частиц в одной зоне и мелких - в другой. Путем указанного перераспределения можно управлять температурным полем в поперечном сечении барабана и регулировать гранулометрический состав продукта, в результате чего повышается стабильность работы аппарата, и возникают условия для интенсификации процесса гранулирования и сушки термолабильного материала при увеличении температуры теплоносителя. Сравнение гранулометрических составов материала на выходе из аппарата с модернизированным и типовым узлами подачи пульпы свидетельствует о существенной их разнице. При подаче пульпы двумя регулируемыми потоками практически полностью исключается содержание крупной нетоварной фракции на выходе из барабана и увеличивается выход продукта (фракция 1 ...4 мм). Годовой экономический эффект от внедрения разработанного способа на Уваровском химическом заводе составил 772,6 тыс. р. в ценах 1991 г.

В химической, пищевой, горно-обогатительной и других отраслях промышленности существует проблема классификации зернистых материалов, частицы которых различаются по комплексу физико-механических свойств, чаще всего, частиц, различающихся одновременно по размеру и плотности. В сельском хозяйстве к подобным материалам относятся зерновые смеси, загрязненные различными сорными примесями. Для решения таких задач разработана технология поточной каскадной гравитационной классификации зернистых материалов и оборудование для ее реализации. Технология классификации основывается на принципе многократного повторения процесса разделения на каскаде последовательно установленных сепарирующих элементов с организацией многоступенчатого противоточного перемещения неоднородных частиц в направлении, поперечном к направлению основного потока.

На рис. 11 представлена схема (а) и общий вид (б) экспериментальной установки каскадного классификатора, основными элементами которой являются дозатор, шероховатый сепарирующий скат, блок отклоняющих элементов, бункер и приемник конечных фракций. Для реализации процесса каскадной гравитационной классификации бункер и приемник конечных фракций разделены вертикальными перегородками на ряд секций по числу отклоняющих элементов, что обеспечивает возможность возврата полученных фракций материала из секций приемника в соответствующие секции бункера на повторное разделение.

а)

Рис. 11. Схема (я) и общий вид (б) экспериментальной установки каскадного классификатора:

1 - бункер-накопитель; 2 - выгрузочное отверстие; 3 - ячейковый дозатор;

4 - сепарирующий скат; 5 - отклоняющие элементы; 6- приемник фракций материала; 7- привод дозатора; 8 - рама; 9 - отсекатель; 10 - буферная емкость

Методика проведения эксперимента заключается в дозировании исходной смеси с заданным расходом на шероховатый скат по всей его ширине вблизи верхней кромки. На скате организуется быстрое сдвиговое течение зернистого материала, в котором верхние слои обгоняют нижние и, взаимодействуя с ними, обмениваются между собой частицами. При взаимодействии неоднородных частиц в потоке возникают эффекты сдвигового поточного разделения и миграции. Поток скатывающихся частиц взаимодействует с отклоняющими элементами, перемещается на некоторое расстояние вдоль нижней кромки ската к противоположным его кромкам и поступает в приемник фракций. После заполнения секций приемника фракций в режиме стационарного протекания процесса их содержимое анализируется на содержание целевых компонентов. С целью формальной имитации процесса классификации, протекающего на множестве ступеней каскада, выделенные фракции вновь направляются из секций приемника фракций в соответствующие секции расходного бункера. Затем процесс классификации повторяется в последовательности, аналогичной рассмотренной. Таким образом, моделируется процесс каскадной классификации с использованием одной ступени разделения. Для получения статистически значимых результатов проводили несколько параллельных опытов.

Для технологического расчета каскадного гравитационного классификатора необходимо располагать возможностью прогнозирования динамики распределения концентрации частиц целевого компонента с^ , (дг, у,/) на ступенях каскада.

Уравнение динамики распределения частиц целевого компонента в каскадном гравитационном классификаторе сформулировано, исходя из условия, что распределение компонентов в гравитационном потоке неоднородной зернистой среды на шероховатом скате происходит вследствие проявления различных физических эффектов. При этом, кроме конвекционного переноса компонентов, учтено взаимное перемещение частиц, обусловленное проявлением эффектов перемешивания, сегрегации и миграции при их взаимодействии. Действие отклоняющих элементов промежуточных приемников фракций материала смоделировано путем введения соответствующих функций, учитывающих разделение сегрегированных потоков, их противоточное транспортирование и смешивание, с оценкой времени протекания названных процессов.

С учетом указанных потоков дифференциальное уравнение, описывающее динамику распределения частиц целевого компонента в каскадном гравитационном классификаторе, записано в виде

dcj,,Рв _ ^ д

(24)

dt дх ду

где I = 1, 2,..., п ~ номер ячейки сепарации; j — 1, 2,..., т - номер ступени каскада сепарации; = Cj ,(x,y,t) - концентрация целевого компонента;

t — время; и(у) - средняя скорость частиц в направлении потока х.

Параметр неоднородности ДА/ определяется в виде избыточной суммы моментов сил трения, тяжести и ударных импульсов, как функция свойств частиц и параметров потока.

Граничные условия для уравнения (24) сформулированы из условия отсутствия поперечных материальных потоков на верхней и нижней границах движущегося слоя частиц и стабильной концентрации частиц целевого компонента в потоке на входе в классификатор (первой ступени каскада):

Ядиф = Drn = КвЩу^ = 0; (25)

сЛ,(*,0,у) = с0 при j = 1. (26)

Начальное распределение целевого компонента принимается равномерным по объему материала на всех ступенях каскада:

с,(0,х,у) = с0 = const. (27)

Вследствие перераспределения сегрегированных частей потока материала по ячейкам сепарации с помощью отклоняющих элементов после каждой из ступеней каскада, концентрация частиц целевого компонента на входе каждой ступени сепарации будет изменяться в пределах каждой ячейки в зависимости от величины эффекта сегрегации, достигаемого на соседних ячейках предыдущей ступени каскада. В связи с этим при допущении полного перемешивания сегрегированных частей потока в пределах одной ячейки сепарации сформулированы граничные условия на второй и последующих ступенях каскада.

С учетом изложенной схемы наложения сегрегированных потоков на каждой из ступеней каскада концентрация целевого компонента в приемниках фракций материала (по ячейкам сепарации) будет определяться следующим образом:

- при 1 < / < п

с,(/ + Д/) = 0,5[С,_, (1,х = 1) + 2ст,+х(1,х = /)-с'т,+}((,х = /)]; (28)

- при i- 1

с, ((+ АО == 0,5[2ст, ((, * = /)-с"т,, (/, * = /) + 2стЫ (г, * = /)- с"тмХ (I, * = /)];

(29)

- при / = п

с,{I + АО = 0,5[с; ,.1 (/,х = /) + 2ст1 (I,х = 1)~с"т(/,дг = /)]. (30)

Проверка адекватности разработанной модели динамики распределения целевого компонента в каскадном гравитационном классификаторе была проведена путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными (рис. 12). Сравнение экспериментальных и расчетных результатов свидетельствует об адекватности предложенного математического описания.

Результаты исследования эффектов взаимодействия частиц на стадии разработки уточненного уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге позволили предложить комплекс рекомендаций по организации процессов смешивания и разделения в быстром сдвиговом гравитационном потоке зернистого материала.

1 - эксперимент; 2 - расчет

Анализ показывает, что интенсификации гравитационного смешивания частиц по диффузионному механизму способствует, в первую очередь, повышение энергии взаимных перемещений частиц вследствие их поперечного массопереноса, что достигается при одновременном увеличении скорости сдвига и порозности. Вместе с тем необходимо учитывать, что квазидиффузионное перемещение неоднородных частиц может быть и причиной их разделения по механизму миграции при наличии в потоке градиентов концентрации твердой фазы.

С другой стороны, процесс гравитационной сепарации на скате также требует для его интенсификации высоких скоростей сдвига в потоке, но, в отличие от процесса смешивания, сепарации способствуют условия течения, при которых обеспечивается образование зон с высокой концентрацией частиц и большими градиентами концентраций между ними. В этом случае составляющая энергии взаимных перемещений частиц вследствие их поперечного массопереноса (второй член уравнения (13)) теряет свое доминирующее значение.

В заключительной части работы предложена методика инженерного расчета конструктивных и технологических параметров каскадного гравитационного классификатора с использованием математической модели каскадной граветационной классификации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Общим результатом исследований являются разработка теоретических основ процессов смешивания и сегрегации при сдвиговых деформациях зернистых материалов, научно обоснованные методы прогнозирования и техника измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред в широком диапазоне скоростей сдвига. При этом получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке, на основании которого получено уравнение взаимосвязи между давлением, дилатансией и «температурой» зернистой среды (энергией взаимных перемещений частиц), которое впервые обеспечивает возможность оценить влияние различных форм взаимного перемещения частиц на дилатансию зернистой среды.

2. Проведен анализ механизма взаимодействий неэластичных сферических частиц при сдвиговой деформации зернистой среды, на основе которого предложен метод прогнозирования коэффициента квазидиффузионного перемешивания в зависимости от размера частиц и характеристик течения. Методами физического и математического моделирования проведены исследования динамики процесса смешивания частиц при сдвиговой деформации зернистых материалов, которые свидетельствуют об адекватности предложенной расчетной зависимости для определения коэффициента перемешивания.

3. Установлена возможность математического описания процесса сегрегации частиц при сдвиговой деформации зернистой среды на базе механизма сдвигового поточного разделения, который ранее использовался только для описания процесса при быстром сдвиговом течении зернистого материала. Предложено новое уравнение кинетики сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды, позволяющее проводить анализ кинетических характеристик

процесса с позиции обшекинетических закономерностей процессов химических технологий.

4. Предложены методы определения кинетических характеристик (коэффициента сегрегации и движущей силы) процесса сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды. Установлено, что коэффициент сегрегации для неэластичных сферических частиц в исследуемом диапазоне соотношения их размеров (0,5...2,0) и скорости сдвига среды является "константой, что позволяет прогнозировать не только величину потока сегрегации, но и скорость перемещения как крупных, так и мелких одиночных частиц.

Предложенная методика экспериментального определения коэффициента сегрегации в совокупности с разработанным математическим описанием кинетики смешивания и сегрегации частиц при их сдвиговой деформации позволяют впервые детерминированно учесть названные эффекты при технологическом расчете процессов и оборудования для переработки зернистых материалов с целью достижения требуемых технологических эффектов.

5. Разработаны методы прогнозирования и техника измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред:

- предложен метод рентгенографического исследования профиля по-розности в гравитационном потоке зернистого материала, обеспечивающий достижение необходимой разрешающей способности за счет использования единой рентгенограммы потока и контрольных образцов с фиксированной концентрацией твердой фазы, а также компьютерной обработки рентгенограмм;

- разработаны экспериментальная установка (конвейерная ячейка сдвига) и методика исследования, адаптированные для изучения параметров течения и процессов смешивания и сегрегации частиц при сдвиговых деформациях зернистых материалов, с использованием которой обнаружена зависимость порозности среды от скорости сдвига, существенно влияющая на кинетику процессов смешивания и сегрегации;

- разработай метод определения профиля скорости частиц в быстром гравитационном потоке зернистого материала на шероховатом скате путем комбинированного использования рентгенограммы распределения концентрации частиц по высоте слоя и результатов анализа стадии свободного падения частиц, покидающих порог ссыпания ската;

- разработан способ определения высоты слоя частиц при быстром гравитационном их течении на скате, который позволяет исключить влияние субъективного фактора на измерения и в 3-4 раза уменьшить среднеквадратичную погрешность по сравнению с традиционным визуальным методом.

6. Разработаны рекомендации по организации процессов сепарирования и смешивания в гравитационных потоках зернистых материалов. Установлено, что интенсификации процесса гравитационного смешивания на скате по диффузионному механизму способствуют условия течения, при которых в потоке при высоких скоростях сдвига обеспечивается высокая иорозность среды с равномерным распределением твердой фазы в объеме слоя' (5та/5та0 = 1,10...1,14; И/с1 = 8...12). Для интенсификации процесса гравитационной сепарации также требуется обеспечение высоких скоростей сдвига в потоке, но в отличие от процесса смешивания сепарации способствуют усло-

вня течения, при которых обеспечивается образование зон с высокой концентрацией частиц и большими градиентами концентраций между ними (эта/эта,) = 1,08...1,12; А/«/ = 6...8). Для зернистых материалов, склонных к проявлению эффектов связности с повышением давления, процессы гравитационной сепарации и смешивания целесообразно проводить в режиме тонкослойного течения (А = (4...6)с1), предотвращающего образование связных структур в потоке.

7. Разработаны технология и оборудование для классификации зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств частиц с использованием эффектов сегрегации на каскаде гравитационных скатов.

8. Разработана математическая модель процесса многоступенчатой классификации зернистых материалов на каскаде гравитационных скатов и методом сравнения расчетных и экспериментальных результатов подтверждена ее адекватность. Модель позволяет прогнозировать динамику разделения компонентов смеси в зависимости от основных конструктивных и эксплуатационных параметров аппарата.

9. Проведено комплексное исследование влияния граничных условий на скате на параметры гравитационного течения материала, определяемые уравнением состояния зернистой среды. Установлено, что первостепенное влияние на взаимосвязь между дилатансией и «температурой» зернистой среды оказывает не материал подложки, а степень ее шероховатости.

10. В результате исследования гидромеханики движения частиц в промышленном барабанном грануляторе-сушилке и его лабораторной модели впервые обнаружен и объяснен эффект разделения частиц по размеру и плотности, наблюдаемый в завесе, образуемой подъемными лопастями барабана. На базе данного эффекта разработан и внедрен на Уваровском химическом заводе способ регулирования гранулометрического состава продукта. Годовой экономический эффект от внедрения составил 772,6 тыс. р. в ценах 1991 г.

11. Разработанный экспериментальный метод определения профилей скорости и порозности, основанный на использовании проницающего рентгеновского излучения, принят к использованию в исследовательской практике и проектных работах в ОАО НИИхимполимер при разработке смесителей и гравитационных сепараторов для сыпучих материалов. Предложенные в работе зависимость для расчета кинетики и метод определения кинетических характеристик сегрегации приняты к использованию в ОАО «Корпорация «Росхим-защита» и ГНУ ВИИТиН при разработке смесителей, сепараторов, емкостного и транспортирующего оборудования для сыпучих материалов и оценке их склонности к сегрегации.

Разработанные конструкции защищены пятью авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ на изобретения.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Ь = (¡т/6(1 -е))0'^ - безразмерный геометрический параметр; ¿/-диаметр частиц, м; О - диаметр контрольной частицы, м; /)д„ф - коэффициент квазидиффузии. м2-с"'; От - коэффициент миграции м2-с"'; с - концентрация контрольных

частиц, кг-кг"1; с",, с ], - средняя концентрация целевого компонента в сегрегированной части потока и на ссыпном пороге ¡-й ячейки сепарации j-й ступени каскада, соответственно, кг- кг"1; h - высота слоя на пороге ссьгпання, м; б'^] - функция распределения массы материала в направлении оси 0.x, (рис. 1); Ks - коэффициент сегрегации; I - длина сепарирующего ската, м; р(у) - аналог гидростатического давления, IIa; ДЛ/0 - относительная величина избыточного момента сил; АР -

движущая сила процесса сегрегации, м • с"1; At - время «запаздывания» потока при перетекании с одной ступени каскада на другую, с; s - среднее расстояние между частицами, м; t - время ссыпания, с; и - средняя скорость движения частиц в направлении сдвига, м • с-1; и0 - относительная скорость взаимодействующих частиц, м-с"1; «„ — скорость проницания, м с~'; ил - скорость движения леты сдвиговой ячейки, м-с-1; и(у) - скорость частицы в направлении сдвига, м-с~!; du/dy - скорость сдвига, с-1; V — скорость флуктуации частиц, м - су - Декартовы координаты; хк - длина участка канала, на котором вводятся контрольные частицы, м; а — угол наклона ската (угол вектора сдвиговых напряжений), град.; а0 - угол естественного откоса материала, град.; s(y) - порозность слоя, м3 -м"3; £(>•) - дилатан-сия слоя, м3-м~3; с0 - порозность неподвижного слоя, м3-м э; х ~ коэффициент уравнения состояния зернистой среды; р - плотность частиц, кг-м 3; р„ - насыпная плотность частиц, кг-м-3; у - угол между радиусами контрольной частицы и дуги, определяющей место контакшых точек, град.

Индексы:

Ъ, t — относящийся к частица»,! среды и контрольной частице соответственно; í = 1, 2, ..., п - номер элементарного слоя взаимодействующих частиц; и - начальные параметры.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ

1. Долгунин, В.Н. Быстрые гравитационные течения зернистых материалов: техника измерения, закономерности, технологическое применение / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев. - М.: Машиностроение-1, 2005. - 112 с.

2. Борщев, В.Я. Феноменологический анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц в быстром гравитационном потоке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Теоретические основы химической технологии. - 2008. - Т. 42, № 3. - С. 343 - 347.

3. Долгунин, В.Н. Закономерности быстрого гравитационного течения зернистой среды / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, П.А. Иванов // Теоретические основы химической технологии. - 2005. - Т. 39, № 5. - С. 579 - 585.

4. Долгунин, В.Н. Моделирование процесса смешения сыпучих материалов при течении зернистой среды в режиме сдвиговых пластических деформаций / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, P.A. Шубин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2007. - № 6. - С. 6 - 8.

5. Сегрегация при сдвиговой деформации зернистого материала / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, P.A. Шубин, A.A. Романов // Химическое и нефтегазовое машиностроение. - 2008. - № 1. - С. 7 - 10.

6. Борщев, П.Я. «Температура» зернистой срсды и физические эффекты взаимодействия частиц при быстром сдвиговом течении зернистых материалов / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Известия вузов. Химия и химическая технология. -2007. - Т. 50. Вып. 8. - С. 78 - 82.

7. Phenomenological description of mixing - segregation effects during shear deformation of particulate solids / V.J. Borschov, V.N. Dolgunin, R.A. Schubin, A.M. Kli-mov // 6th European Congress of Chemical Engineering. Full Text of papers. - Copenhagen, 2007.-P. 1-6.

8. Борщев, В.Я. Характеристики сдвигового потока зернистой срсды и рекомендации по организации технологических процессов / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Вестник Тамбовского государственного технического университета. -2006. - Т. 12, № 2А. - С. 401 - 408.

9. Borschov, V.J. The conveyor shear ccll for determination of particle tendency to segregation and mixing during shear flow of particulate solids / V.J Borschov, V.N. Dolgunin. R.A. Schubin /7 Trans. Of TSTU. - 2006. - Vol. 12, Ns ЗА. - P. 695 -699.

10. Борщев, В.Я. Каскадная гравитационная сепарация зернистых материалов: особенности технологии и моделирование / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2005. - Т. 11, Л» 4. - С. 903 - 909.

11. Dolgunin, V.N. The Research on Rapid Gravity Flows ol'particulate solids / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov // Trans. Of TSTU. - 2004. - Vol. 10, № 3. -P. 689-696.

12. Борщев, В.Я. О гравитационном течении частиц неправильной формы на шероховатом скате / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2004. - Т. 10. № 2. - С. 513 -518.

13. Борщев, В.Я. Исследование структурных и кинематических параметров быстрого гравитационного потока зернистого материала на шероховатом скате / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамбовского университета (серия : Естественные и технические науки). - 2004. - Т. 9. Вып. 2. - С. 289 - 291.

14. Борщев, В.Я. Экспериментальное и аналитическое исследование быстрого гравитационного течения зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Изанов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2002. - Т. 8, № 3. - С. 436 - 443.

15. Борщев, В.Я. Разработка метода бесконтактного измерения концентрации твердой фазы в быстром сдвиговом потоке зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамбовского университета (серия : Естественные и технические науки). - 2001. - Т. 6, Вып. 4. - С. 428 - 430.

16. Борщев, В.Я. Исследование эффектов взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин. О.О. Иванов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2003. - Т. 9, №2.-С. 230-235.

17. Dolgunin, V.N. Model of segregation in a sheared flow of particulate solids and multifunctional modules for processes with separation / V.N. Dolgunin, A A. Ukolov, V.J. Borchov // Int. Congress of Chemical Engineering, Chemical Equipment Design and Automation. CHISA-90. - Praha, 1990. - P. 36.

18. Оценка гидромеханики движения материала в барабанном грануляторе-еушилке и совершенствование его конструкции / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев,

A.А. Уколов [и др.] // Химическая промышленность. - 1986. - № 7. - С. 422 - 425.

19. Dolgunin, V.N. Development of simulation model of rapid gravity flows of particulate solids on a rough chute / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov // In Kalman. - Israel, 2000. - P. 11.33 - 11.37.

20. Experimental and analytical research on rapid gravity flows particulate solids / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov, A.M. Klimov // 4th World Congress of Particle Technology. Full text of paper in CD-ROM. - Sudney, Australia, 2002.

21. Dolgunin, V.N. The conveyor shear cell for determination of particle tendency to segregation and mixing / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, A.M. Klimov // 4th European Congress of Chemical Engineering. Full Text of papers in CD-ROM. - Granada, Spain,

2003.

22. A constitutive relationship rapid shear flow of particulate solids / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov, A.M. Klimov // 7th World Congress of Chemical Engineering. Full text of papers. - Glasgow, 2005. - P. 1-9.

23. Исследование завесы в барабанном грануляторе-сушилке / В.Я. Борщев,

B.Н. Долгунин, С.П, Рудобашта, А.Н. Плановский; Тамбовский институт химического машиностроения. - Тамбов, 1982. - 6 с. - Деп. в ОНИИТЭХИМ г. Черкассы, 05.07.82. № 289 хпД82.

24. Борщев, В.Я. Разработка метода определения толщины слоя гравитационного потока на шероховатом скате / В.Я. Борщев, П.А. Иванов, Г.А. Деев // Труды ТГТУ: сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов, 2002. - Вып. 11.-

C. 17-20.

25. Компьютерная обработка рентгенограмм при исследовании динамики быстрых гравитационных течений зернистых сред / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, О.О. Иванов, П.А. Иванов // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XV Междунар. науч. конф.: в 10-и т. - Т. 7. Секция 7. - Тамбов, 2002. -С. 34-37.

26. Борщев, В.Я. Исследование процесса взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях в зернистой среде / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Математические методы в технике и технологиях: тез. докл. XVI Междунар. науч. конф. -Ростов-на-Дону, 2003. - Т. 3. - С. 75 - 77.

27. Борщев, В.Я. Анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Математические методы в технике и технологиях: тез. докл. XVII Междунар. науч. конф. - Кострома, 2004. - Т. 4. - С. 93 - 95.

28. Борщев, В.Я. Разработка метода экспериментального определения профиля скорости в гравитационном потоке частиц на шероховатом скате / В.Я. Борщев, П.А. Иванов // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. - Тамбов,

2004.-Вып. 15.-С. 3-6.

29. Борщев, В.Я. Моделирование процесса поточной многокаскадной гравитационной сепарации / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Математические методы в технике и технологиях: тез. докл. XVII Междунар. науч. конф. -Кострома, 2004. - Т. 4. - С. 79 - 81.

30. Борщев, В.Я. Гравитационная сепарация зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дро-иова // Прогрессивные технологии и оборудование пищевой промышленности: тез. докл. II Междунар. науч. конф. - Воронеж, 2004. - С. 110-112.

31. Борщев В.Я. Исследование поведения одиночных частиц при сдвиговых деформациях в зернистой среде / В.Я. Борщев, P.A. Шубин, A.A. Уколов // Прогрессивные технологии развития : сб. науч. ст. по материалам науч.-практ. конф. -Тамбов, 2004.-С. 171-173.

32. Борщев, В.Я. Анализ взаимодействия частиц зернистой среды в конвейерной сдвиговой ячейке / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XVIII Междунар. науч. конф. -Казань, 2005. - Т. 3. - С. 168 - 170.

33. Борщев, В.Я. Взаимодействие неэластичных несвязных частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке зернистой среды / В.Я. Борщев,

B.Н. Долгунин, П.А.Иванов // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : сб. тр. Первой Междунар. науч.-практ. конф. -СПб., 2005.-T. 1.-С. 103-104.

34. Борщев, В.Я. Технология гравитационной сепарации зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : сб. тр. Первой Междунар. науч.-практ. конф. - СПб., 2005. -T. 1.-С. 104-105.

35. Borschov, V.J. Cascade Gravity Separation Technology of Particulate solids differ in complex of physical and mechanical properties / V.J. Borschov, V.N. Dolgunin, M.U. Dronova // IV-th International Conference Problems of industrial heat Engineering.-Kiev, 2005.-P. 133-134.

36. Борщев, В.Я. Организация процессов смешения и разделения в быстрых гравитационных потоках зернистых сред / В.Я. Борщев, А.Н. Куди, В.Н. Долгунин // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование : сб. тр. Второй Междунар. науч.-практ. конф. - СПб., 2006. - Т. 4. -

C. 188-189.

37. Борщев, В.Я. О рациональной организации технологических процессов в быстрых гравитационных потоках зернистых сред / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XIX Междунар. науч. конф. - Воронеж, 2006. - Т. 9. - С. 118 - 120.

38. Борщев, В.Я. Исследование кинематических и структурных характеристик течения зернистой среды в режиме пластических деформаций / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Современные направления теоретических и прикладных исследований : сб. науч. тр. - Одесса. - 2007. - С. 83 - 85.

39. Модель динамики перемешивания при сдвиговом течении зернистой среды в режиме пластических деформаций / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин, В.А. Пронин // Математические методы в технике и технологиях : тез. докл. XX Междунар. науч. конф. - Ярославль. - 2007. - Т. 3. - С. 95 - 97.

40. Кинетика процесса сегрегации при сдвиговом течении зернистой среды в режиме пластических деформаций / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин, В.А. Пронин // Сб. тр. Междунар. науч. конф. - Иваново, 2007. - С. 29 - 31.

41. Пат. 2251665, Российская Федерация, B65G15/00. Способ определения высоты слоя сыпучего материала на скате / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, П.А. Иванов; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет. - заявл. 22.03.04; опубл. 2005; Бюл. № 13.

42. А. с. 1261703 СССР, МКИ B01J 2/16. Способ получения гранулированного продукта из растворов, суспензий или пульп / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщсв,

A.A. Уколов, В.И. Ражев, В.И. Буданцев, Ю.П. Сенаторов, В.И. Кузнецов,

B.В. Волков. 3745999/31-26; заявл. 29.05.84; опубл. 07.10.86; Бюл. № 37.

43. А. с. 1169723 СССР, МКИ B01J 2/12. Устройство для гранулирования порошкообразных материалов / В.Н. Долгунин, С.П. Рудобашта, В.Я. Борщев,

A.A. Уколов, В.И. Ражев, В.И. Буданцев, Ю.П. Сенаторов, В.И. Кузнецов,

B.В. Волков. -№ 3632605/23-26; заявл. 26.05.83; опубл. 30.07.85; Бюл. № 28.

44. Пат. 2233715, Российская Федерация, В07В13/00. Способ классификации сыпучих материалов / В.Н. Долгунин. В.Я, Борщев, М.Ю. Дронова, A.M. Климов; заявитель и патетообладагель Тамбовский государственный технический университет - заявлен 19.12.2002; опубликован 10.08.2004; Бюл. № 22.

45. Пат. 2329930, Российская Федерация, B65G15/00. Устройство для определения структурных и кинематических характеристик деформируемого сыпучего материала / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, P.A. Шубин, заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет - заявлен 20.10.2007; опубликован 27.07.2008; Бюл. №21.

46. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ N° 2008612486 Расчет коэффициента сегрегации при сдвиговом течении зернистых сред / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, P.A. Шубин; Тамбовский государственный технический университет - заявлено 02.04.2008; зарегистрировано 20.05.2008.

Подписано в печать 8.11.2008. Формат 60 х 84/16. 2,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 482

Издательско-полиграфический центр ТГТУ 392000, Тамбов, Советская, 106, к. 14

ВВЕДЕНИЕ

1. СДВИГОВЫЕ ТЕЧЕНИЯ И ЭФФЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТИЦ ПРИ СДВИГЕ ЗЕРНИСТЫХ СРЕД В ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЯХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ ХИМИЧЕСКОЙ И ДРУГИХ ОТРАСЛЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

1.1. Основные режимы, закономерности сдвиговых течений зернистых сред и проблемы их моделирования.

1.2. Эффекты взаимодействия частиц в сдвиговом потоке и их влияние на динамику течения и кинетику технологических процессов (смешивание, классификация, гранулирование, сушка) в химической и других технологиях.

1.3. Проблемы математического и физического моделирования эффектов разделения и перемешивания частиц в сдвиговых потоках зернистых сред.

1.3.1. Проблемы исследования быстрых гравитационных течений аналитическими и экспериментальными методами.

1.3.2. Математическое описание и экспериментальные методы исследования эффектов взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях зернистых сред.

Выводы по главе 1.

Задачи исследования.

2. К ОПРЕДЕЛЕНИЮ СТРУКТУРНО-КИНЕМАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРЫХ СДВИГОВЫХ ТЕЧЕНИЙ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ.

2.1. Совершенствование техники измерения параметров быстрых течений зернистых материалов.

2.1.1. Использование проницающих СВЧ- и рентгеновского излучений для экспериментального определения профилей концентрации частиц в быстром сдвиговом потоке зернистой среды.

2.1.2. Техника и метод определения профиля скорости в быстром гравитационном потоке зернистого материала на шероховатом скате.

2.2. Развитие метода прогнозирования параметров зернистой среды при быстром сдвиге на базе уравнения состояния.

2.2.1. Исследование прогностических свойств уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге и развитие метода определения его параметров.

2.2.2. Рентгенографическое исследование структурно-кинематических параметров гравитационного потока зернистого материала и проверка адекватности уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге.

2.2.3. «Температура» зернистой среды. Уточнение уравнения состояния зернистой среды при быстром сдвиге.

Выводы по главе 2.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ТЕЧЕНИЯ И ЭФФЕКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТИЦ ЗЕРНИСТОЙ СРЕДЫ В РЕЖИМЕ СДВИГОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ.

3.1. Конвейерная сдвиговая ячейка, методика и результаты исследования динамики течения зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций.

3.2. Исследование эффектов перемешивания и разделения частиц при сдвиговых деформациях зернистой среды.

Выводы по главе 3.

4. АНАЛИТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ РАЗДЕЛЕНИЯ (СЕГРЕГАЦИИ) И СМЕШИВАНИЯ ЧАСТИЦ ПРИ СДВИГОВОЙ ДЕФОРМАЦИИ ЗЕРНИСТОЙ СРЕДЫ.

4.1. Кинетика и моделирование процесса смешивания частиц при сдвиговой деформации зернистой среды.

4.2. Кинетика процесса сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды и метод определения коэффициента сегрегации.

4.3. Моделирование процесса сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды.

Выводы по главе 4.

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЧАСТИЦ СДВИГОВЫХ ТЕЧЕНИЙ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИХ И ТЕПЛОМАС

СООБМЕННЫХ ПРОЦЕССОВ С ДИСПЕРСНОЙ ТВЕРДОЙ

ФАЗОЙ В ХИМИЧЕСКОЙ И ДРУГИХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

5.1. Эффект разделения частиц в завесе барабанного насадочного аппарата и его использование для организации процесса гранулирования и сушки в барабанном грануляторе-сушилке.

5.2. Каскадная гравитационная классификация зернистых материалов.

5.2.1. Принцип и технологические возможности каскадной гравитационной классификации зернистых материалов.

5.2.2. Моделирование процесса каскадной гравитационной классификации зернистых материалов.

5.2.3. Методика расчета каскадного гравитационного классификатора зернистых материалов.

5.3. Технологическое использование сдвиговых течений зернистых материалов.

5.3.1. «Температура» зернистой среды и физические эффекты взаимодействия частиц при быстром сдвиговом течении зернистых материалов.

5.3.2. Организации процессов смешивания и разделения в быстрых гравитационных потоках зернистой среды.

5.4. Рекомендации по реализации результатов работы.

Выводы по главе 5.

В химической технологии, различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве многие гидромеханические и тепломассообменные процессы переработки сыпучих материалов, а также вспомогательные технологические операции протекают в режиме сдвигового течения. Такие течения сопровождаются активным взаимодействием частиц, вследствие которого проявляются технологически значимые эффекты перемешивания и разделения. Данные эффекты не только существенно влияют на кинетику технологических процессов, но и часто используются в качестве базовых для организации технологических процессов смешивания, классификации, гранулирования (например, каскадное гравитационное смешение и многоступенчатая сепарация с противотоком частиц «Мультисег»).

Для прогнозирования названных эффектов и разработки способов управления ими необходимо располагать полной информацией о структурных и кинематических характеристиках сдвиговых потоков в виде профилей порозности и скорости. Однако для многих практически значимых случаев организации сдвиговых и, в первую очередь, быстрых сдвиговых течений способов прогнозирования и методов экспериментального определения структурно-кинематических характеристик явно недостаточно.

Вследствие сложности и многообразия физических механизмов взаимодействия частиц и форм взаимного их сопряжения, разработка общих теоретических основ процессов разделения и смешивания частиц затруднена. В связи с этим большое значение приобретает изучение эффектов взаимодействия частиц для наиболее общих и значимых форм их взаимных перемещений, к которым, в первую очередь, следует отнести сдвиговые течения. Исследования, проведенные ранее на кафедре «Технологическое оборудование и прогрессивные технологии» Тамбовского государственного технического университета, во многом прояснили представление о кинетике и движущих силах процессов смешивания и разделения частиц в быстрых сдвиговых потоках зернистых материалов.

В настоящей работе проведены исследования, направленные на разработку теоретических основ процессов смешивания и сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды, протекающих при умеренных скоростях сдвига, а также методов прогнозирования и техники измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред.

Анализ решаемых в работе задач подтверждает их актуальность, поскольку в результате их решения расширятся возможности экспериментального и аналитического определения параметров сдвиговых течений зернистых материалов, будет разработано математическое описание эффектов взаимодействия частиц в условиях, характерных для многих технологических процессов и природных явлений. В результате этого появится теоретическая основа для разработки рекомендаций по организации гидромеханических и тепломассообменных процессов в зернистых средах (смешивание, классификация, гранулирование).

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с координационным планом АН СССР по направлению ТОХТ код 2.27.1.4.14 1991-1995 гг.; НТП «Научные исследования высшей школы в области химической технологии» и «Научные исследования высшей школы в области производственных технологий» по разделу «Высокие технологии межотраслевого применения» 2001 -2005 гг.

Работа изложена на 303 страницах основного текста, состоит из введения, пяти глав, выводов и приложений, содержит 6 таблиц и 97 рисунок. Таблицы, рисунки и формулы пронумерованы по главам. Список цитируемой литературы включает 221 наименование работ отечественных и зарубежных авторов.

В первой главе проведен анализ работ, посвященных рассмотрению сдвиговых течений зернистых сред как объекта исследования. Рассмотрены методы моделирования, методики и экспериментальная техника, используемые для исследования течений зернистых сред в режиме сдвиговых деформаций.

Подчеркивается, что все современные модели сдвиговых течений зернистых сред можно разделить на две группы. Это модели, основанные на континуальных теориях (описывают взаимосвязь между тензором напряжений и скоростью деформации) и на микроструктурном анализе (описывают закономерности переноса количества движения при столкновении частиц с учетом диссипации энергии). Проведенный анализ указанных моделей с точки зрения их применения для описания сдвигового течения зернистой среды показал, что наиболее удачным для решения поставленной задачи является совместное использование возможностей континуального и микроструктурного подходов.

Проведен анализ известных методов и установок исследования динамики течения зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций. Отмечается, что на пути исследования течений зернистых материалов в режиме сдвиговых деформаций возникают значительные трудности, связанные, в первую очередь, с отсутствием объектов исследования, адаптированных для исследования кинетики эффектов взаимодействия частиц в таких условиях!

Кроме того, проведен также анализ работ, посвященных проблемам ма . .{• тематического и физического моделирования процессов смешивания и разделения частиц при сдвиговых деформациях зернистых сред.

Завершается первая глава формулировкой задач исследования.

Во второй главе диссертационной работы проведена экспериментальная апробация возможности использования проницающего СВЧ-излучения для определения локальных значений порозности в гравитационном потоке зернистой среды. В результате эксперимента установлено, что использование СВЧ-излучения с указанной целью не представляется возможным, очевидно, вследствие того, что эффекты рассеивания энергии оказываются слишком большими и не позволяют обнаружить достаточно четкой зависимости между проницаемостью и концентрацией зернистой среды.

Предложен метод рентгенографического исследования профиля порозности в гравитационном потоке зернистого материала, обеспечивающий достижение необходимой разрешающей способности за счет использования единой рентгенограммы потока и контрольных образцов с фиксированной концентрацией твердой фазы, а также компьютерной обработки рентгенограмм.

Проведена экспериментальная апробация предложенного метода рентгенографического исследования профиля порозности в гравитационном потоке модельного зернистого материала. В результате исследования получены прямые доказательства оригинальных особенностей быстрого гравитационного течения зернистого материала на шероховатом скате, заключающихся в наличии зоны с наибольшей концентрацией твердой фазы в центральной части потока и тенденции частиц организовывать послойную регулярную структуру в областях потока с повышенной концентрацией твердой фазы.

Предложен метод определения профиля скорости в гравитационном потоке зернистого материала на шероховатом скате с использованием результатов рентгенографического анализа.

Предложен научно обоснованный способ определения высоты слоя частиц при быстром гравитационном их течении на скате, который позволяет исключить влияние субъективного фактора на измерения и в 3-4 раза уменьшить среднеквадратичную погрешность по сравнению с традиционным визуальным методом.

Проведено исследование прогностических свойств уравнения состояния зернистой среды при быстром гравитационном течении, устанавливающего взаимосвязь между давлением, дилатансией и скоростью сдвига. В результате исследования, проведенного с использованием модельных материалов, состоящих из сферических частиц, различающихся по комплексу физико-механических свойств, установлено, что уравнение обнаруживает ряд свойств, характерных для универсальной зависимости. Коэффициент взаимосвязи уравнения изменяется в ограниченном диапазоне при значительном различии свойств материала и углов ската. Вместе с тем обнаружена существенная зависимость коэффициента взаимосвязи от относительной высоты слоя частиц на гравитационном скате.

С использованием метода рентгенографического исследования подтверждена адекватность экспериментально-аналитического метода прогнозирования профилей скорости и порозности в гравитационном потоке. Результаты исследований позволили получить прямое доказательство наличия 8-образного профиля порозности в тонких слоях гравитационного потока частиц с наибольшей их концентрацией и преимущественно послойным движением в центральной части потока.

Проведен феноменологический анализ взаимодействия неэластичных шероховатых частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке, позволивший уточнить уравнение взаимосвязи между давлением, дилатансией и «температурой» зернистой среды (энергией взаимных перемещений частиц) с учетом диссипации энергии при столкновении частиц и их поперечного массопереноса при сдвиге. Уточнение, внесенное в уравнение состояния зернистой среды, позволяет повысить его детерминированность и исключить операцию подбора коэффициента взаимосвязи в случае несвязных зернистых материалов, состоящих из неэластичных шероховатых частиц, близких по форме к сферическим.

Проведено исследование влияния граничных условий на скате (материала подложки и его шероховатости) на параметры гравитационного течения материала, определяемые уравнением состояния зернистой среды. Установлено, что первостепенное влияние на взаимосвязь между дилатансией и «температурой» зернистой среды оказывает не материал подложки, а степень ее шероховатости. При проскальзывании частиц на подложке образуется зона дополнительного поглощения энергии хаотических перемещений частиц, что приводит к понижению «температуры» в потоке зернистого материала.

В третьей главе разработана оригинальная конструкция экспериментальной установки (сдвиговая ячейка) для исследования эффектов взаимодействия частиц в режиме сдвиговых деформаций зернистых сред, обеспечивающая условия взаимодействия частиц в режиме длительного скользящего контакта друг с другом в широком диапазоне скоростей сдвига в процессе двухмерного сдвигового течения.

Предложена методика экспериментального исследования эффектов взаимодействия частиц зернистого материала при течении в режиме сдвиговых деформаций.

Проведено исследование характеристик потока частиц в сдвиговой ячейке в режиме сдвиговых деформаций зернистых материалов. Полученные экспериментальные данные по течению зернистого материала свидетельствуют о наличии достаточно обширной области двухмерного сдвигового потока, пригодной для исследования эффектов взаимодействия частиц, и существенной взаимосвязи между локальными значениями порозности и скоростью сдвига.

В четвертой главе разработана модель кинетики процесса смешивания при течении зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций. Предложена расчетная зависимость для прогнозирования коэффициента квазидиффузионного перемешивания частиц при течении зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций в зависимости от размера частиц и характеристик течения.

Проведено исследование динамики процесса смешивания частиц при сдвиговой деформации зернистых материалов методами физического и математического моделирования. Установлена адекватность расчетной зависимости для определения коэффициента перемешивания.

Предложено новое уравнение кинетики сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды, позволяющее проводить анализ кинетических характеристик процесса на базе общекинетических закономерностей процессов химической технологии. Установлена возможность использования математического описания процесса сегрегации частиц на базе механизма сдвигового поточного разделения.

Разработаны методы прогнозирования кинетических характеристик — коэффициента сегрегации и движущей силы процесса сегрегации.

Проведено моделирование динамики процесса сегрегации частиц при течении зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций. Установлена адекватность предложенной математической модели путем сравнения результатов моделирования с экспериментальными данными.

В пятой главе рассмотрены некоторые возможности технологического применения эффектов сегрегации. На первом этапе работы проанализирован вариант использования явления сегрегации для организации процесса гранулирования в барабанном аппарате. Был обнаружен эффект фракционирования частиц материала по размеру в завесе барабанного насадочного аппарата и проведено его исследование и объяснение. С помощью аппарата математической статистики исследовано влияние режимных и конструктивных параметров барабанного гранулятора-сушилки на параметр оптимизации — гранулометрический состав материала после гранулирования. При этом установлено существенное влияние факторов конструктивного характера на гранулометрический состав продукта. На плоской модели аппарата проведено исследование эффекта разделения частиц завесы по размерам в поперечном сечении вращающегося барабана с насадкой в зависимости от размера лопастей, их числа, частоты вращения барабана и его заполнения. Установлено, что разделение частиц завесы по размерам является следствием соответствующего их расположения на лопастях, возникающего по причине разделения частиц по размерам в засыпке.

Разработаны способ и устройство, использующие обнаруженный эффект разделения частиц завесы по размерам и плотности, для управления гранулометрическим составом продукта в барабанном грануляторе-сушилке, которые внедрены в производстве аммофоса на Уваровском химическом заводе.

Разработана технология каскадной гравитационной классификации зернистых материалов: с целью повышения производительности и функциональных возможностей по числу выделяемых фракций предложено реализовать традиционную технологию многоступенчатой сепарации с противотоком неоднородных частиц на базе каскадного гравитационного классификатора зернистых материалов. Разработана лабораторная установка каскадного гравитационного классификатора.

Предложена методика экспериментального исследования многоступенчатой классификации зернистых материалов с противотоком неоднородных частиц в каскадном гравитационном классификаторе.

Проведено исследование многоступенчатой классификации зернистых материалов на лабораторной установке каскадного гравитационного классификатора. Установлена возможность фракционирования неоднородных зернистых материалов на необходимое число фракций с получением продукта необходимого качества и с высокой производительностью.

По результатам опытных исследований каскадный гравитационный классификатор принят к внедрению в ОАО «Маслобойный завод «Инжавин-ский».

Разработана математическая модель динамики распределения' контрольного компонента в каскадном гравитационном классификаторе. Проведено моделирование процесса каскадной гравитационной классификации зернистых материалов.

Разработана методика расчета конструктивных и технологических параметров каскадного гравитационного классификатора с использованием разработанной модели динамики распределения контрольного компонента.

Разработаны рекомендации по организации процессов сепарирования и смешивания частиц в гравитационных потоках зернистых материалов.

Выводы по результатам исследований завершают основное содержание работы.

В приложении приводятся результаты экспериментальных исследований, частично вошедших в основное содержание работы, листинги программ для ПЭВМ в соответствии со ссылками по главам и документы, подтверждающие внедрение результатов исследований и их эффективность.

Автор защищает:

• Уравнение состояния зернистой среды при быстром сдвиге, позволяющее оценить влияние различных форм относительного движения несвязных неэластичных частиц на дилатансию зернистого материала.

• Метод прогнозирования коэффициента квазидиффузионного перемешивания частиц при течении дисперсного материала в режиме сдвиговых деформаций в зависимости от размера частиц и характеристик течения.

• Кинетическую зависимость, позволяющую прогнозировать не только скорость проницания (погружения) одиночных мелких и всплытие одиночных крупных частиц при течении зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций, но и сегрегацию в смеси зернистых материалов с использованием единственной кинетической константы с учетом физико-механических свойств частиц и параметров потока.

• Метод определения кинетического коэффициента сегрегации при течении зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций, основанный на измерении скорости перемещения контрольной частицы в сдвиговом потоке.

• Методы прогнозирования и технику измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред:

- метод рентгенографического исследования профиля порозности в гравитационном потоке зернистого материала;

- метод определения профиля скорости частиц в быстром гравитационном потоке зернистого материала на шероховатом скате;

- метод и экспериментальную установку для определения высоты слоя сыпучего материала на шероховатом скате, основанный на учете взаимосвязи между распределением материала по высоте слоя на пороге ссыпания и его распределением по ячейкам горизонтальной кюветы; - экспериментальную установку (сдвиговую ячейку) и методику эксперимента для исследования эффектов взаимодействия частиц в режиме сдвиговых деформаций зернистых сред.

• Результаты моделирования процессов разделения и смешивания частиц при течении зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций.

• Способ интенсификации и торможения процессов смешивания и сепарации зернистых материалов в быстрых гравитационных потоках путем изменения «температуры» зернистой среды за счет воздействия на скорость сдвига и дилатансию и рекомендации по организации названных процессов.

• Способ и устройство для управления гранулометрическим составом продукта и повышения производительности барабанного гранулятора-сушилки минеральных удобрений, базирующиеся на обнаруженном эффекте сегрегации частиц сыпучего материала в завесе вращающегося барабана с подъемными лопастями.

• Технологию и оборудование каскадной гравитационной классификации зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств частиц, с использованием эффектов сегрегации.

• Математическую модель процесса каскадной гравитационной классификации зернистых материалов с противотоком неоднородных частиц, позволяющую прогнозировать динамику разделения компонентов смеси в зависимости от конструктивных и эксплуатационных параметров аппарата.

• Методику инженерного расчета конструктивных и технологических параметров каскадного гравитационного классификатора.

Результаты работы доложены на: I — XIV научных конференциях, проводимых в Тамбовском государственном техническом университете в 1996 — 2007 гг.; международных научных конференциях «Математические методы в химии и химической технологии» (г. Тамбов, 2002 г.; г. Ростов-на-Дону, 2003 г.; г. Кострома, 2004 г.; г. Казань, 2005 г.; г. Воронеж, 2006 г.; г. Ярославль, 2007 г.); XXIV Российской школе по проблемам науки и технологий

Миасс, 2004 г.); II Международной научной конференции «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (г. Воронеж, 2004 г.); первой и второй Международной научно-практической конференции (г. Санкт-Петербург, 2005 и 2006 гг.); IV Международной конференции «Проблемы промышленной теплотехники» (г. Киев, 2005 г.); Международной школе-семинаре молодых ученых «Проблемы экономики и менеджмента качества» (г. Тамбов, 2006 г.); Международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований» (г. Одесса, 2007 г.); Международном форуме по химической инженерии (CHISA - 90, г. Прага, Чехия), Международном конгрессе по переработке зернистых материалов (г. Иерусалим, Израиль, 2000 г.); Всемирном конгрессе по технологии дисперсных материалов WCPT-4 (г. Сидней, Австралия, 2002 г.); 4 Европейском конгрессе по химической инженерии (г. Гранада, Испания, 2003 г.); 7 Всемирном конгрессе по химической инженерии (г. Глазго, Шотландия, 2005 г.); 6 Европейском конгрессе по химической инженерии (г. Копенгаген, Дания, 2007 г.).

По результатам диссертации опубликовано 62 работы [62, 100, 104, 111, 145-157, 159-180, 184, 186, 191-203, 207-209, 217, 218].

Работа выполнена в межотраслевой научно-исследовательской лаборатории «Механика сдвиговых течений зернистых сред» кафедры «Технологическое оборудование и прогрессивные технологии» и на кафедре «Машины и аппараты химических производств» Технологического института ГОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет».

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Общим результатом исследований являются разработка теоретических основ процессов смешивания и сегрегации при сдвиговых деформациях зернистых материалов, научно обоснованные методы прогнозирования и техника измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред в широком диапазоне скоростей сдвига. При этом получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц сферической формы в быстром сдвиговом потоке, на основании которого получено уравнение взаимосвязи между давлением, дилатансией и «температурой» зернистой среды (энергией взаимных перемещений частиц). Уравнение позволяет проводить детерминированную оценку взаимосвязи параметров быстрых гравитационных течений зернистых материалов и впервые представляет возможность оценить влияние различных форм взаимного перемещения частиц на дилатансию зернистой среды.

2. Проведен анализ механизма взаимодействий сферических однородных частиц при сдвиге зернистой среды в режиме сдвиговых деформаций, на основании которого предложен метод прогнозирования коэффициента квазидиффузионного перемешивания в зависимости от размера частиц и характеристик течения. Методами физического и математического моделирования проведены исследования динамики процесса смешивания частиц при сдвиговой деформации зернистых материалов, которые свидетельствуют об адекватности предложенной расчетной зависимости для определения коэффициента перемешивания.

3. Установлена возможность математического описания процесса сегрегации частиц при сдвиговой деформации зернистой среды на базе механизма сдвигового поточного разделения, который ранее использовался только для описания процесса при быстром сдвиговом течении зернистого материала.

Предложено новое уравнение кинетики сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды, позволяющее проводить анализ кинетических характеристик процесса с позиции общекинетических закономерностей процессов химических технологий.

4. Предложены методы определения кинетических характеристик (коэффициента сегрегации и движущей силы) процесса сегрегации при сдвиговой деформации зернистой среды. Установлено, что коэффициент сегрегации для неэластичных сферических частиц в исследуемом диапазоне соотношения их размеров (0,5.2,0) и скорости сдвига среды является константой, что позволяет прогнозировать не только величину потока сегрегации, но и скорость перемещения как крупных, так и мелких одиночных частиц.

Предложенная методика экспериментального определения коэффициента сегрегации в совокупности с разработанным математическим описанием кинетики смешивания и сегрегации частиц при их сдвиговой деформации позволяют впервые детерминированно учесть названные эффекты при технологическом расчете процессов и оборудования для переработки зернистых материалов с целью достижения требуемых технологических эффектов.

5. Разработаны методы прогнозирования и техника измерения структурных и кинематических характеристик сдвиговых течений зернистых сред:

- предложен метод рентгенографического исследования профиля по-розности в гравитационном потоке зернистого материала, обеспечивающий достижение необходимой разрешающей способности за счет использования единой рентгенограммы потока и контрольных образцов с фиксированной концентрацией твердой фазы, а также компьютерной обработки рентгенограмм;

- разработаны экспериментальная установка (конвейерная ячейка сдвига) и методика исследования, адаптированные для изучения параметров течения и процессов смешивания и сегрегации частиц при сдвиговых деформациях зернистых материалов, с использованием которой обнаружена зависимость порозности среды от скорости сдвига, существенно влияющая на кинетику процессов смешивания и сегрегации;

- разработан метод определения профиля скорости частиц в быстром гравитационном потоке зернистого материала на шероховатом скате путем комбинированного использования рентгенограммы распределения концентрации частиц по высоте слоя и результатов анализа стадии свободного падения частиц, покидающих порог ссыпания ската;

- разработан способ определения высоты слоя частиц при быстром гравитационном их течении на скате, который позволяет исключить влияние субъективного фактора на измерения и в 3-4 раза уменьшить среднеквадратичную погрешность по сравнению с традиционным визуальным методом.

6. Разработаны рекомендации по организации процессов сепарирования и смешивания в гравитационных потоках зернистых материалов. Установлено, что интенсификации процесса гравитационного смешивания на скате по диффузионному механизму способствуют условия течения, при которых в потоке при высоких скоростях сдвига обеспечивается высокая пороз-ность среды с равномерным распределением твердой фазы в объеме слоя (эта/внто =1,10.1,14;/гД/ = 8.12). Для интенсификации процесса гравитационной сепарации также требуется обеспечение высоких скоростей сдвига в потоке, но в отличие от процесса смешивания сепарации способствуют условия течения, при которых обеспечивается образование зон с высокой концентрацией частиц и большими градиентами концентраций между ними (эта/Бито =1,08.1,12;А/с? = 6.8). Для зернистых материалов, склонных к проявлению эффектов связности с повышением давления, процессы гравитационной сепарации и смешивания целесообразно проводить в режиме тонкослойного течения {к = (4.б)г/), предотвращающего образование связных структур в потоке.

7. Разработаны технология и оборудование для классификации зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств частиц с использованием эффектов сегрегации на каскаде гравитационных скатов.

8. Разработана математическая модель процесса многоступенчатой классификации зернистых материалов на каскаде гравитационных скатов и методом сравнения расчетных и экспериментальных результатов подтверждена ее адекватность. Модель позволяет прогнозировать динамику разделения компонентов смеси в зависимости от основных конструктивных и эксплуатационных параметров аппарата.

9. Проведено комплексное исследование влияния граничных условий на скате на параметры гравитационного течения материала, определяемые уравнением состояния зернистой среды. Установлено, что первостепенное влияние на взаимосвязь между дилатансией и «температурой» зернистой среды оказывает не материал подложки, а степень ее шероховатости.

10. В результате исследования гидромеханики движения частиц завесы в промышленном барабанном грануляторе-сушилке и его лабораторной модели впервые обнаружен и объяснен эффект разделения частиц по размеру и плотности, наблюдаемый в завесе, образуемой подъемными лопастями барабана. На базе данного эффекта разработан и внедрен на Уваровском химическом заводе способ регулирования гранулометрического состава продукта. Годовой экономический эффект от внедрения составил 772,6 тыс. р. в ценах 1991 г.

11. Разработанный экспериментальный метод определения профилей скорости и порозности, основанный на использовании проницающего рентгеновского излучения, принят к использованию в исследовательской практике и проектных работах в ОАО НИИхимполимер при разработке смесителей и гравитационных сепараторов для сыпучих материалов. Предложенные в работе зависимость для расчета кинетики и метод определения кинетических характеристик сегрегации при сдвиговых деформациях зернистой среды приняты к использованию в ОАО «Корпорация «Росхимзащита» и

ГНУ ВИИТиН при разработке смесителей, сепараторов, емкостного и транспортирующего оборудования для сыпучих материалов и оценке их склонности к сегрегации.

Разработанные конструкции защищены пятью авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ на изобретения.

1. Bagnold, R.A. Experiments on a gravity Free Dispersion of large Solid Spheres in a Newtonian Fluid under Shear / R.A. Bagnold // Proc. Roy. Soc. — London, 1954. Vol. 225. - P. 49 - 63.

2. Долгунин, В.H. Сегрегация в зернистых средах: явление и его технологическое применение / В.Н. Долгунин, A.A. Уколов. Тамбов : Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. — 180 с.

3. Сэвидж, С. Тензор напряжений в потоке гранулированной среды при высоких скоростях сдвига / С. Сэвидж, Д. Джеффри // Механика гранулированных сред: Теория быстрых движений : сб. ст./ Пер. с англ. ; сост. И.В. Ширко. М. : Мир, 1985. - С. 147-170.

4. Андрианов, Е.И. Методы определения структурно-механических характеристик порошкообразных материалов / Е.И. Андрианов. М. : Химия, 1982.-256 с.

5. Кафаров, В.В. Системный анализ процессов химической технологии. Процессы измельчения и смешения сыпучих материалов / В.В. Кафаров, И.Н. Дорохов, С.Ю. Арутюнов. М. : Наука, 1985. - 440 с.

6. Определяющие законы механики грунтов // Механика. Новое в зарубежной технике / сб. ст. — М., 1975. — 280 с.

7. Гольдштейн, М.Н. Механические свойства грунтов./ М.Н. Гольд-штейн. М. : Стройиздат, 1971. - 280 с.

8. Шустов, В.П. Универсальная вибровихревая установка./ В.П. Шустов, O.P. Юркевич. М. : ЦИНТИ, 1973. - 6 с.

9. Лукьянов, П.И. Аппараты с движущимся зернистым слоем / П.И. Лукьянов. -М. : Машиностроение, 1974. — 181 с.

10. Бахтюков, В.А. Исследование механики движения сыпучего материала в аппаратах : дис. канд. техн. наук / В.А. Бахтюков. М., 1970. — 192 с.

11. Седов, Л.И. Механика сплошной среды./ Л.И. Седов. М. : Наука, 1983.-Т. 1.-528 с.

12. Малис, А.Я. Пневматический транспорт сыпучих материалов при высоких концентрациях./ А.Я. Малис —М. : Машиностроение, 1969. 178 с.

13. Островский, Г.М. Пневматический транспорт сыпучих материалов в химической промышленности / Г.М. Островский. — Л.: Химия, 1984. — 104 с.

14. Ейтс, Дж. Основы механики псевдоожижения с приложениями / Дж. Ейтс. М.: Мир, 1986. - 184 с.

15. Протодьяконов, И.О. Гидродинамика псевдоожиженного слоя / И.О. Протодьяконов, Ю.Г. Чесноков. Л. : Химия, 1982. - 264 с.

16. Сэвидж, С. Гравитационное течение несвязанных гранулированных материалов в лотках и каналах /С. Сэвидж // Механика гранулированных сред: теория быстрых движений : сб. ст. / пер. с англ.; сост. И.В. Ширко. М. : Мир, 1985.-С. 86-146.

17. Гудмен, М. Две задачи о гравитационном течении гранулированных материалов / М. Гудмен, С. Коуин // Механика гранулированных сред: теория быстрых движений : сб. ст. / пер с англ.; сост. И.В. Ширко. — М. : Мир, 1985. -С. 65-85.

18. Голованов, Ю.В. Обзор современного состояния механики быстрых движений зернистых сред / Ю.В. Голованов, И.В. Ширко // Механика гранулированных сред: теория быстрых движений: сб. ст. / пер с англ. ; сост. И.В. Ширко. -М.: Мир, 1985.-С. 271-279.

19. Ширко, И.В. Феноменологическая теория быстрых движений гранулированной среды, основанная на методах статистической механики /

20. И.В. Ширко, В.А. Сахаров // Теоретические основы химической технологии. — 1987. Т. 21, № 5. - С. 661-668.

21. Savage, S.B. Granular Flows down rough Inclines — Review and Extension. In J.I. Jenkins and M. Satake (Editors) / S.B. Savage // Mechanics of granular Materials : Elsevier Science Publishers. Amsterdam, 1983. -P. 261-282.

22. Ширко И.В. Механика гранулированных сред: теория быстрых движений / И.В. Ширко. М. : Мир, 1985. - 280 с.

23. Hutter,K. Rapid Plane Flow of Granular Materials down a Chute / K. Hutter, T. Sheiwiller // Mechanics of granular Materials : Elsevier Science Publishers. Amsterdam, 1983. - P. 283-293.

24. Левеншпиль, О. Инженерное оформление химических процессов / О. Левеншпиль-М. : Химия, 1969 -624 с.

25. Bates, L. User Guide to Segregation / L. Bates // British Materials Han-1 dling Board, Ellsinore house. United Kingdom, 1997. — 134 p.

26. Долгунин, B.H. Модель механизма сегрегации при быстром гравитационном течении частиц / В.Н. Долгунин, А.А. Уколов, П.В. Классен // ТОХТ. 1992. - Т. 26, № 5. - С. 707-716.

27. Долгунин, В.Н. Кинетические закономерности сегрегации при быстром гравитационном течении зернистых материалов / В.Н. Долгунин, А.А. Уколов, О.О. Иванов // ТОХТ. 2006. - Т 40, № 4. - С. 393-416.

28. Shinohara, К. General Mechanism of Particle Segregation during Filing Hoppers / K. Shinohara // Int. Congress of chemical Engineering, chemical Equipment, Design and Automation. CHISA - A. 3.5. - Praha, 1987.

29. Kanatani, K.I. Mechanical Properties of Ideal Granular Materials / K.I. Kanatani // Mechanism of granular materials : Elsevier Science Publishers. -Amsterdam, 1983.-P. 235-244.

30. Ogawa, S. Measurement of flow properties of powders / S. Ogawa, A. Umemura // J. Appl. Math. Phys. 1980. - Vol. 31. - P. 482.

31. Jenkins, J.T. The Theory for Rapid Flow of Identical Smooth, Nearly Elastic Spherical Particles / J.T. Jenkins, S.B. Savage // J. Fluid Mech. 1983. — Vol. 130.-P. 180.

32. Takahasi, K. The Gravity flow in nature / K. Takahashi // Geophys. Mag.-1937.-Vol. 11.-P. 165-175.

33. Roberts, A.W. Trans. ASME / A.W. Roberts // J. Engng. Ind., 1960. -91.-P. 373-381.

34. Ridgway, K. Ghem. / K. Ridgway, R. Kupp // Process Engng., 1970. -51.-P. 82-85.

35. Suzuki, A. Measurement of flow properties of powders along in inclined plane / A. Suzuki, T. Tanaka // Ind. Engng Ghem. Fund. 1971. - Vol. 10. -P. 34-91.

36. Ishida, M. Velocity Distributions in the Flow of Particles in an Inclined Open Channel / M. Ishida, T. Shirai // J. Chem. Eng. Jpn., 1979. - Vol. 12. -P. 45-50.

37. Flow of granular Materials / S.B. Savage, R.M. Nedderman, U. Tuzun, G.T. Houlsby // Chem. Eng. Sei., 1982. - Vol. 37. - P. 782-791.

38. Augenstein, D.A. An Experimental Study of the Flow of Dry Powders Over Inclined Surfaces / D.A. Augenstien, R. Hogg // Powder Techn. 1978. -Vol. 19.-P. 205-215.

39. Ishida, M. The Flow of Solid Particles in an Aerated Inclined Channel / M. Ishida, H. Hatano, T. Shirai // Powder Techn. 1980. - Vol. 27. - P. 7-12.

40. Campbell, C.S. Computer Simulation of Shear Flows of granular Materials / C.S. Campbell, C.E. Brennen // Mechanics of granular Materials. — Amsterdam : Elsevier Science Publishers, 1983. P. 313-326.

41. Kanatani, K.I. A micro polar Continuum Theory for Flow of granular Materials / K.I. Kanatani // Int. J. Engng. Sci. 1979. - Vol. 17. - P. 419^132.

42. Jenkins, J.T. Theories for Flowing granular Materials / J.T. Jenkins, S.C. Cowin // Mech. Fluid Engng. and Bioengng. Conf. AMD 1979. - Vol. 51. -P. 79-89.

43. McTigue, D.F. A nonlinear continuum model for flowing granular materials : Ph. D. Dissertation / D.F. McTigue. 1979.

44. McTigue, D.F. A model for stresses in shear flow of granular material / D.F. McTigue // Proc. U.S.-Japan Seminar on Continuum Mechanical and Statistical Approaches in the Mechanics of Granular Materials. Tokyo, 1978. - P. 266-271.

45. Marble, F.E. Mechanism of particle collision in the one-dimensional dynamics of gas-particle mixtures / F.E. Marble // Phys. Fluids. 1964. P. 1270-1282.

46. Coy, С. Гидродинамика многофазных систем / С. Coy // М. : Мир, 1971.-536 с.

47. Savage, S.B. The stress tensor in a granular flow at high shear rates / S.B. Savage, D.J. Jeffrey // J. Fluid Mech. 1981. - Vol. 110. - P.255-272.

48. Augenstein, D.A. An Experimental Study of the Flow of Dry Powders Over Inclined Surfaces / D.A. Augenstein, R. Hogg // Powder Technology. 1974. — Vol. 10.-P. 43-49.

49. Ogawa, S. On the Equations of Fully Fluidized Granular Materials / S. Ogawa, A. Umemura, N. Oshima // Zeitschrift fur angewandte Matematik und Physik. 1980. - Vol. 31. - P. 482-493.

50. Ackermann, N.L. Rapid Shear Flow of densely packed granular Materials / N.L. Ackermann, H.H. Shen // Mechanics of granular Materials. Amsterdam : Elsevier Science Publishers, 1983. - P. 295-304.

51. Savage, S.B. Theories for Flow Granular Materials / S.B. Savage, S.C. Cowin // American Society of Mechanical Engineers, Buffalo. N.Y., June 1999.-P. 79-82.

52. Ogawa, S. Multitemperature Theory of Granular Materials / S. Ogawa // Proceedings of the U.S. Japan Seminar on Continuum Mechanical and Statistical Approaches in the Mechanics of Granular Materials. — Tokyo, 1978. — P. 208-217.

53. Ackerman, N.L. Stresses in rapidly sheared Fluid Solid Mixtures / N.L. Ackerman, H.H. Shen // Dev. Eng. Mech. ACSE. - 1982. - Vol. 108. -P. 95-113.

54. Matsuoka, H. A stress-strain model for granular materials considering the mechanism of fabric change / H. Matsuoka // Department of Civil Engineering. -Nagoya, 1983.-P. 201-208.

55. Ширко, И.В. Статистическое исследование течений гранулированных сред / И.В. Ширко // Деп. в ВИНИТИ 12.04.1982, №1738-82.

56. Nedderman, R.M. A kinematics model for the flow of granular materials / R.M. Nedderman, U.A.Tuzun // Powder Technology. 1979. - Vol. 2, №. 2. -P. 243-253.

57. Tuzun, U.A. Experimental evidence supporting kinematics modeling of the flow of granular media in the absence of air drag / U.A. Tuzun, R.M. Nedderman // Powder Technology. 1979. - Vol. 24, № 2. - P. 257-266.

58. Чемпен, С. Математическая теория неоднородных газов / С. Чем-пен, Т. Каулинг. М. : Мир, 1980. - 415 с.

59. Dolgunin, V.N. Segregation modeling of particle rapid gravity flow / V.N. Dolgunin, A.A. Ukolov // Powder Technology 83. 1995. - P. 95.

60. Аэрофизика и геокосмические исследования : сб.ст. / И.В. Ширко, А.В. Семенов. -М. : МФТИ, 1984. 100 с.

61. Долгунин, В.Н. О кинетических закономерностях сегрегации неоднородных частиц в быстром сдвиговом потоке / В.Н. Долгунин, А.А. Уколов,

62. В.Я. Борщев // Гидромеханические процессы разделения гетерогенных систем : тез. докл. Всесоюз. конф. Тамбов, 1991 - С. 17-18.

63. Берлинер, М.А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности / М.А. Берлинер. -М—Л. : Энергия, 1965. -324 с.

64. Лопатин, Б.А. Кондуктометрия / Б.А. Лопатин. — Новосибирск, 1964.-215 с.

65. Марин, В.И. Моделирование акустического тракта устройства измерения процентного содержания связующего / В.И. Марин, Б.А. Диденко // Математические методы в технике и технологиях : сб. трудов XV Междунар. науч. конф. Тамбов, 2002. -С. 59-62.

66. Глинкин, Е.И. Схемотехника микропроцессорных систем / Е.И. Глинкин. Тамбов : ТГТУ, 1998. - 228 с.

67. Tomographic measurements and distinct element simulations of binary granular flow voidage / P.A. Langston, M.S. Nikitidis, V. Tiiztin, D.M. Heyes // World Congress on particle Technology 3. Brighton, UK. 1998. - P. 333 (in Compact Disk).

68. On-line measurement of pulverized coal mass flow using an ultrasonic technique / M.J. Millen, B.D. Sowerby, D.A. Abemethy, R. Kingsiey and C. Grima // Powder technology. 1997. - Vol. 92. - P. 105-113.

69. Schlaberg, H.I. Ultrasound process tomography system for hydro cyclones / H.I. Schlaberg, F J. W Podd, B.S. Hoyle // Ultrasonics. 2000. - Vol. 38. -P. 813-816.

70. Sederman, A.J. Magnetic resonance imaging of liquid flow and pore structure within packed beds / A.J. Sederman // Chem. Eng. Sci. —1997. —Vol. 52. -P. 2239-2250.

71. Sederman, A J. Structure of packed beds probed by Magnetic Resonance Imaging / A.J. Sederman, P. Alexander, L.F. Gladden // Powder Technology. — 2001.-Vol. 117.-P. 255-269.

72. Structure-flow correlations in packed beds / A J. Sederman, M.L. Johns, P. Alexander, L.F. Gladden // Chem. Eng. Sci. 1998. - Vol. 53. - P. 2117-2128.

73. George, D.L. Three-phase material distribution measurements in a vertical flow using gamma-densitometry tomography and electrical-impedance tomography / D.L. George // Int. J. Multiphase Flow. 2001. - Vol. 27. - P. 19031930.

74. Mann, R. Development of mixing models using electrical resistance tomography / R. Mann // Chem. Eng. Sci. 1997. - Vol. 52. - P. 2073-2085.

75. Mann, R. Application of electrical resistance tomography to interrogate mixing process at plant scale / R. Mann // Chem. Eng. Sci. 1997. - Vol. 52. -P. 2087-2097.

76. Dyakowski, T. Application of electrical tomography for gas-solids and liquid-solids flows a review / T. Dyakowski, L. F. C. Jeanmeure, A.J. Jaworski // Powder Technol. - 2000. - Vol. 112. - P. 174-192.

77. McKee, S.L. Solids flow imaging and attrition studies in a pneumatic conveyor / S.L. McKee // Powder Technol. 1995. - Vol. 82. - P. 105-113.

78. Ostrowski, K. Real time visualization and analysis of dense phase powder conveying / K. Ostrowski // Powder Technology. — 1999. Vol. 102. - P. 1— 13.

79. York, T.A. Particle detection using integrated capacitance sensor / T.A. York // Sensors and Actuators A: Physical. 2001. - Vol. 12. - P. 74-79.

80. Warsito, W. Measurement of real-time flow structures in gas-liquid and gas liquid-solid flow system using electrical capacitance tomography (ECT) / W. Warsito, L.-S.Fan // Chem. Eng. Sci. 1195. - Vol. 47. - P. 1178-1185.

81. Application of medical computer tomography measurements in 3D reservoir characterization / T. Foldes, G. Argyelan, B. Kiss, P. Bogner, I. Repa // Conference Volume of EAGE & SAID Conference. Paris, 2000. - P. 345-358.

82. Bartholomew, R.N. Measuring solids concentration in fluidized systems by gamma-ray absorption / R.N. Bartholomew, R. M. Casagrande // Ind. Eng. Chem., 1957.-Vol. 49.-P. 428-431.

83. Martin, M.P. Gas and solid behavior in cracking circulating fluidized beds / M.P. Martin et al // Powder Technol. 1992. - Vol. 70. - P. 249-258.

84. Chester, A.W. Mixing dynamics in catalyst impregnation in double-cone blenders / A.W. Chester, et al. // Powder Technology. 1999. - Vol. 102. - P. 85-94.

85. Computer Tomography Measurements in Shear and Gravity Particle Flows / B. Denes, J. Szepvolgy, P. Bogner, T. Folder, J. Gyenis // 4-th World Congress of Particle Technology, Full text of paper in CD-Rom, Sydney. Australia, 2002.

86. Bridgwater, J. Interparticle Percolation: Equipment Development and mean Percolation Velocities / J. Bridgwater, M.H. Cooke, A.M. Scoott // Trans. I Chem. E. 1978.-P. 157-167.

87. Williams, J.C. The segregation of particulate materials / J.C. Williams // Powder Technology. 1976. - 15. - P. 245.

88. Enstad, G.G. Segregation of powders and its minimization in Kalman H. Ed. / G.G. Enstad // The 2-nd Israel conference for conveying and handling of particulate solid. Proceedings. Jerusalem, 1997. - P. 11-52.

89. Shinohara, K. Mechanism of density segregation of particles in filling vessels / K. Shinohara, S. Miyata // Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev. 1984. -23(3).-P. 423.

90. Shinohara, K. Some segregation mechanisms and their preventation / K Shinohara, G.G. Enstad // Proc. Int. Sump. Reliable flow of particulate solids. -Oslo, 1993.-P. 819.

91. Петренко, A.JI. Стохастическая модель классификации полидисперсных смесей частиц / А.Л. Петренко // Материалы Всесоюзной конференции «Применение аппаратов порошковой технологии и процессов термосинтеза в народном хозяйстве»,- Томск, 1987. С. 67-68.

92. Cooke, М.Н. Interparticle percolation: a statistical mechanical interpretation / M.H. Cooke, J. Bridgwater // Int. Eng. Fumdam. 1979. -Vol. 18.1.-P. 25.

93. Гельперин, Б.С. Сегрегация твердых частиц в псевдоожиженном слое и равновесное распределение / Б.С. Гельперин, В.В. Захаренко, В.Г. Айнштейн // Теор. основы хим. технол. 1977 — Т. 11, № 4. - С. 572—578.

94. Гордонов, Б.С. Модель сегрегации дисперсных материалов в псевдоожиженном слое / Б.С. Гордонов, В.В. Захаренко, В.Г. Айнштейн // Хим. пром-сть. 1984. -№ 12. - С. 749-752.

95. Гордонов, Б.С. Сегрегация зернистых материалов в однородном псевдоожиженном слое / Б.С. Гордонов, В.Г. Айнштейн, В.В. Захаренко // Хим. пром-ть. 1988. - № 12. - С. 737-740.

96. Stephens, D.J. The Mixing and Segregation Cohesionless Particulate Materials. Part I. Failure Zone Formation; Part II. Microscopic Mechanisms for

97. Particles Differing in Size / D.J. Stephens, J. Bridgwater // Pow. Technology. -1978. Vol. 21. - P. 17-44.

98. Drahun, J.A. Free Surface Segregation / J.A. Drahun, J. Bridgwater // I. Chem. E. Symposium. — 1979. P. 65.

99. Неддерман, P. Толщина зоны сдвига движущихся гранулированных материалов // Механика гранулированных сред / Р. Неддерман, К. Лаоха-куль // Теория быстрых движений : сб. ст. / пер. с англ. ; сост. И.В. Ширко. — М.: Мир. 1985.-С. 65-85.

100. Сугимото, М. Совмещенный процесс гранулирования классификации, проводимый в коническом сосуде./ М.Сугимото, С. Накамура // Экспериментальное исследование влияния замкнутой системы. - Дзайрё (Япония), 1984. - Т. 33, № 372. -С. 1135-1140.

101. Arnold, Р.С. The influence of segregation on the flow pattern in silos // Int. Congress of chemical Engineering, chemical Equipment / P.C. Arnold // Design and Automation : CHISA-90. Praha, - 1990. - P. 5.

102. Dolgunin, V.N. Int. Congress of chemical engineering, chemical equipment, design and automation / V.N. Dolgunin, A.A. Ukolov, A.N. Kudy // CHISA-93.-Prague, 1993.-P. 113.

103. Долгунин, В.Н. Сегрегация при гравитационном течении зернистых материалов : дис. докт. техн. наук: спец. 05.17.08; защищена 17.04.93; утв. 11.12.93 / Долгунин Виктор Николаевич. — М., 1993. — 345 с.

104. Williams, J.C. Segregation of powders and granular materials / J.C. Williams // Fuel. Soc. J. 1963. - Vol. 14. -P. 29-34.

105. Dolgunin, V.N. The segregation mechanisms in failure zones of particulate solids gravity flow / V.N. Dolgunin, A.A. Ukolov, A.N. Kudy // World Congress of Particle Technology 3. Brighton. UK, 1998.

106. Долгунин, В.Н. В столкновении узнаются свои / В.Н. Долгунин // Изобретатель и рационализатор. 1989. - № 6. - С. 18-19.

107. Micro-mechanics of segregation and stratification in granular heaps / J. Baxter, U. Tezen, D.M. Hayes and P. Fredlund // World Congress on Particle Technology 3. Brighton. UK, 1998.

108. Долгунин, В.Н. О кинетических закономерностях сегрегации неоднородных частиц в быстром сдвиговом потоке / В.Н. Долгунин, А.А. Уколов, В.Я. Борщев // Гидромеханические процессы разделения гетерогенных систем : тез. докл. Всесоюз. конф. Тамбов, 1991.

109. Долгунин, В.Н. Об эффективности сегрегации и перемешивания в гравитационном потоке сыпучего материала / В.Н Долгунин., А.Н. Куди, A.M. Климов // Механика сыпучих материалов : тез. докл. Всесоюз. науч. конф. — Одесса, 1991.

110. Долгунин, В.Н. Влияние условий течения смесей зернистых частиц по наклонной плоскости на их однородность / В.Н Долгунин., А.Н. Куди // Хим. пром-ть. 1993. - № 9. - С. 45-50.

111. Долгунин, В.Н. Об условии однородности среды в процессах с дисперсной твердой фазой / В.Н. Долгунин, А.А. Уколов, А.Н Куди // Тез. докл. П-ой Региональной науч.-техн. конф. Тамбов, 1994. -С. 86-87.

112. Dolgunin, V.N Development of the model of segregation of particles undergoing granular flow down on inclined chute / V.N. Dolgunin, A.N. Cudi, A.A. Ukolov // Powder Technology. 1998. - P. 211-218.

113. Куди, A.H. Моделирование сегрегации при сдвиговом течении зернистых материалов и разработка способов интенсификации процесса : дис. . канд. техн. наук: спец 05.17.08; защищена 247.12.93; утв. 07.10.94 / Куди Андрей Николаевич. Тамбов, 1993. — 168 с.

114. Segregation kinetics in moving granular media / V.N. Dolgunin, A.N. Cudi, A.A. Ukolov, A.G. Tyalin // The forum for Bulk Solids Handling, Proceedings. Jerusalem, 1997.— P. 1175-1181.

115. Dolgunin, V.N. Segregation in aerated gravity flows of particulate solids / V.N. Dolgunin, A.N. Cudi, A.M.Klimov // World Congress on Particle Technology. Brighton. UK, 1998.

116. Surface and resilience effects of particles undergoing rapid shear flow / V.N. Dolgunin, A.A. Ukolov, D.N. Allenov, O.O. Ivanov // 4 World Congress of Particle Technologies : Sydney, Australia, full texts of papers in CD. 2002.

117. Granular materials separation based on segregation effects / V.N. Dolgunin, A.N. Cudi, A.A. Ukolov, V.A. Pronin, A.M. Klimov // The forum for Bulk Solids Handling, Proceedings. Jerusalem, 1997. - P. 1163-1169.

118. Иванов, O.O. К расчету частоты столкновения частиц при гравитационном течении дисперсного материала / О.О. Иванов, A.A. Уколов // Труды ТГТУ. Тамбов, 1999. - С. 25-30.

119. Долгунин, В.Н. Моделирование сегрегации в сдвиговом потоке зернистого материала. Проблемы и решения / В.Н. Долгунин // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. -1998. Т. 4, № 4. -С. 140-144.

120. Savage, S.B. Interparticle percolation and segregation in granular materials / S.B. Savage A review // in A.P.S. Selvaduraj (ed.) Development in Engineering Mechanisms, Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam, 1987. -P.347-363.

121. Rose, H.E. A suggested equation relating to the mixing of powders and its application to the study of performance of certain types of machines / H.E. Rose // Trans. Instn. Chem. Engrs. 1959. - 37(2). - P. 47-56.

122. Surface effects of particles undergoing rapid gravity flow / A.A. Ukolov, V.N. Dolgunin, D.N. Allenov and O.O. Ivanov // 14th International

123. Congress of Chemical and Process Engineering, full texts of papers in CD. — Praha, 2000.

124. Першин, В.Ф. Моделирование процесса смешения сыпучего материала в поперечном сечении вращающегося барабана / В.Ф. Першин // Теор. основы хим. технол. 1986. - № 4. - С. 508-513.

125. Моделирование динамики сегрегации в быстром гравитационном потоке зернистых материалов / В.Н. Долгунин, А.А. Уколов, О.О. Иванов // Тез. докл. IV науч. конф. ТГТУ. Тамбов, 1998.

126. Иванов, О.О. Определение кинетических характеристик сегрегации в быстром сдвиговом потоке зернистого материала / О.О. Иванов, А.А. Уколов // Труды ТГТУ. Тамбов, 1999. - С. 12-18.

127. Дженике, Э.В. Складирование и выпуск сыпучих материалов / Э.В. Дженике ; пер. с англ.; под ред. М.И. Агошкова // —М. : Мир, 1986.

128. Kosova, S. Powder Technol / S. Kosova, N. Pipel // 1971/72. Vol. 5, №6.-P. 329.

129. Химия и химическая технология / Л.И. Корнаущенко и др. // Изд. высш. учеб. заведений. 1974.-Т. 17, № 11.-С. 1721.

130. Novosad, J. Studies on granular materials. 2 Aparatus for measuring the dynamic angle of internal and external friction of granular materials / J. Novosad // Collect. Czech. Chem. Commun. 1964. - (29). - P. 2697-2714.

131. Hvorzlev, M.J. Torsion chear tests and their place in the determination of the chearing resistance of soils / M.J. Hvorzlev // Proc. Am. Soc. Test. Mater. -1939.-(39).-P. 999-1022.

132. Bridgwater, J. Annular shear cell desing and operation: considerations arising from some detailed studies / J. Bridgwater and D.F. Bagster // Paper presented at 3rd CHISA Congr., Marienbad. Czchoslovakia, 1969.

133. Carr, J.F. An annular sear cell for granular materials / J.F .Carr and D.M. Walker // Powder Technol. 1967/68. - (1). - P. 369-373.

134. Scarlett, В. Split ring annular shear cell for the determination of the shear strength of a powder / B. Scarlett and A. Todd // J Phus. E, Ser. 2. 1968. — (l).-P. 655.

135. New ring shear apparatus and its application to the measurement of residual strength / A.W. Bishop, G.E. Green, V.K. Garga, A. Andressen and J. A Brown // Geotechnique. 1971. - (21). - P. 273-328.

136. Schwedes, I. Powder Technol /1. Schwedes // 1974. № 1. - P. 51.

137. Пчельников, Ю.Н. Электроника сверхвысоких частот / Ю.Н. Пчельников, В.Т. Свиридов. -М.: Радиосвязь, 1981.- 89 с.

138. К исследованию динамики быстрых гравитационных течений зернистых сред / В.Я. Борщев, П.А. Иванов, Н.А. Малков, В.М. Нечаев // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. — Тамбов, 1999. — Вып. 3. -С. 14—18.

139. Борщев, В.Я. Разработка метода бесконтактного измерения концентрации твердой фазы в быстром сдвиговом потоке зернистой среды /

140. B.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамбовского университета (серия : Естественные и технические науки). 2001. — Т. 6, вып. 4. —1. C. 428-430.

141. Experimental and analytical research on rapid gravity flows particulate solids./ V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov, A.M. Klimov // 4th World Congress of Particle Technology. Full text of paper in CD-ROM. Sudney, Australia, 2002.

142. Dolgunin, V.N. The Research on Rapid Gravity Flows of particulate solids./ V.N. Dolgunin, VJ. Borschov, P.A. Ivanov // Trans. Of TSTU. 2004. Vol. 10. -№ 3. - P. 689-696.

143. Борщев, В.Я. Разработка метода определения толщины слоя гравитационного потока на шероховатом скате / В.Я. Борщев, П.А. Иванов, Г.А. Деев // Труды ТГТУ: сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. — Тамбов, 2002. Вып. 11. - С. 17-20.

144. Dolgunin, V.N. Development of simulation model of rapid gravity flows of particulate solids on a rough chute / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov // In Kalman. Israel, 2000. -P. 11.33-11.37.

145. Першин, В.Ф. Машины барабанного типа: основы теории расчета и конструирования / В.Ф. Першин. Воронеж : Изд-во ВГУ, 1990. — 168 с.

146. Борщев, В.Я. Экспериментальное и аналитическое исследование быстрого гравитационного течения зернистой среды / В.Я. Борщев, В.Н. Дол-гунин, П.А. Иванов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2002. - Т. 8, № 3. -С.436-443.

147. Долгунин, В.Н. Закономерности быстрого гравитационного течения зернистой среды / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, П.А. Иванов // Теоретические основы химической технологии. 2005. - Т. 39, №5. - С. 579-585.

148. Долгунин, В.Н. Быстрые гравитационные течения зернистых материалов: техника измерения, закономерности, технологическое применение./ В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев. М. : Машиностроение-1, 2005. 112 с.

149. Борщев, В.Я. Исследование структурных параметров быстрого гравитационного потока зернистого материала / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // IX науч. конф. ТГТУ : тез. докл. Тамбов. - 2004. - С. 58.

150. Campbell, C.S. Computar Simulation of Shear Flows of granular Materials / C.S. Campbell, C.E. Brennen // Mechanics of granular Materials. Amsterdam. Elsevier Science Publishers, 1983. - P. 313-326.

151. A constitutive repationship rapid shear flow of particulate solids / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, P.A. Ivanov, A.M. Klimov // 7th World Congress of Chemical Engineering. Full text of papers. — Glasgow. — 2005. — P. 1—9.

152. Борщев, В.Я. Феноменологический анализ взаимодействия неэластичных несвязных частиц в быстром гравитационном потоке / В.Я. Борщев,

153. В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Теоретические основы химической технологии. 2008. - Т. 42, № 3. - С. 343-347 .

154. Борщев, В.Я. О гравитационном течении частиц неправильной формы на шероховатом скате / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, П.А. Иванов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. — 2004. — Т. 10, № 2. — С. 513—518.

155. Borschov, V.J. The conveyor shear cell for determination of particle tendency to segregation and mixing during shear flow of particulate solids / V.J. Borschov, V.N. Dolgunin, R.A. Schubin // Trans. Of TSTU. 2006. -Vol. 12. - № ЗА.-P. 695-699.

156. Борщев, В.Я. Исследование эффектов взаимодействия частиц при сдвиговых деформациях зернистой среды /В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, О.О. Иванов // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2003. - Т. 9, №2. - С. 230-235.

157. Взаимодействие частиц при сдвиговых деформациях в зернистой среде / В.Я. Борщев, Г.А. Деев, A.C. Пучнин, P.A. Шубин // Труды ТГТУ : сб. науч. ст. молодых ученых и студентов. Тамбов, 2003. — Вып. 13. - С. 7-10.

158. Dolgunin, V.N. The conveyor shear cell for determination of particle tendency to segregation and mixing / V.N. Dolgunin, V.J. Borschov, A.M. Klimov //jL

159. European Congress of Chemical Engineering. Full Text of papers in CD-ROM. — Granada, Spain, 2003.

160. Долгунин, В.H. Моделирование процесса смешения сыпучих материалов при течении зернистой среды в режиме сдвиговых пластических деформаций / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, Р.А. Шубин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. — 2007. — № 6. — С. 6-8.

161. Долгунин, В.Н. Сегрегация при сдвиговой деформации зернистого материала / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, Р.А. Шубин // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2008. -№1. - С. 7-10.

162. Кинетика процесса сегрегации при сдвиговом течении зернистой среды в режиме пластических деформаций / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, Р.А.Шубин, В.А. Пронин // сб. трудов Межд. науч. конф. Иваново, 2007. -С. 29-31.

163. Борщев В.Я. Исследование поведения одиночных частиц при сдвиговых деформациях в зернистой среде./ В.Я. Борщев, P.A. Шубин, A.A. Уколов // Прогрессивные технологии развития : сб. науч. ст. по материалам на-уч.-практ. конф. Тамбов, 2004. - С. 171-173.

164. Борщев, В.Я. Перемещение мелких и крупных одиночных частиц в зернистой среде при умеренных скоростях / В.Я. Борщев, P.A. Шубин,

165. A.A. Уколов // Труды ТГТУ. Тамбов, 2005. - Вып. 13. - С. 7-11.

166. Оценка гидромеханики движения материала в барабанном грану-ляторе-сушилке и совершенствование его конструкции / В.Н. Долгунин,

167. B.Я. Борщев, A.A. Уколов и др. // Химическая промышленность. — 1986. — № 7. С. 422-425.

168. Картошкин, А.Д. Получение минеральных удобрений в барабанных грануляторах-сушилках / А.Д. Картошкин, О.Г. Шаповалова, Ю.И. Ки-приянов // Химическая промышленность. 1979. - № 1. — С. 40-43.

169. Гришаев, И.Г. Опыт модернизации барабанных грануляторов-сушилок в производстве минеральных удобрений / И.Г. Гришаев // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2006. - №6. — С. 11 — 13.

170. Сборник научных программ на Фортране. Вып. 1. Статистика. Нью-Йорк, 1966-1970 / пер. с англ. (США). М. : Статистика. - 1974. - 316 с.

171. Борщев, В.Я. Кинетика гранулирования и моделирование процесса в барабанном грануляторе-сушилке (БГС): дис. канд. техн. наук: спец. 05.17.08; защищена 18.04.1983; утв. 23.11.1983 / Борщев Вячеслав Яковлевич -М., 1983.-157 с.

172. Борщев, В.Я. К вопросу масштабного перехода при моделировании барабанного гранулятора-сушилки / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Тамб. ин-т хим. машиностроения. Тамбов, 1982. — 4с. - Деп. в ОНИИТЭХИМ г. Черкассы, 02.08.82. № 768 хп Д82.

173. Свиридов, М.М. Исследование движения сыпучего материала на внутренних устройствах машин с вращающимися барабанами : дис. канд. техн. наук: спец. 05.17.08; защищена 18.04.1971; утв. 23.11.1971 / Свиридов Михаил Михайлович. М., 1971. — 157 с.

174. Исследование завесы в барабанном грануляторе-сушилке /

175. B.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, С.П. Рудобашта, А.Н. Плановский ; Тамб. ин-т хим. машиностроения. Тамбов, 1982. 6 с. - Деп. в ОНИИТЭХИМ г. Черкассы, 05.07.82. № 289 хп Д82.

176. Валуйский, В.А. О неравномерности продвижения частиц сыпучего продукта через наклонный вращающийся барабан / В.А. Валуйский // Известия вузов. Пищевая технология. 1965. - № 2. - С. 127-131.

177. Суркова, JI.B. Исследование движения зернистых материалов во вращающихся сушильных барабанах / JI.B. Суркова // Сушка и грануляция продуктов микробиологического и тонкого химического синтеза : тез. докл. Республ. конф. Тамбов, 1981. - С. 39-40.

178. Гусев, Ю.И. Движение материала в грануляторах барабанного типа / Ю.И. Гусев // Химическое и нефтяное машиностроение. — 1968. —№ 11.—1. C. 24-26.

179. Мурашов, A.A. К расчету движения сыпучего материала в устройствах с движущейся гибкой лентой / A.A. Мурашов, М.Ю. Таршис, А.И. Зайцев II Известия Вузов «Химия и химическая технология». — 1989. — №1. — С. 108-114.

180. Классен, П.В. Основы техники гранулирования / П.В. Классен, И.Г. Гришаев. М.: Химия, 1982. - 292 с.

181. Многофункциональные аппараты с противотоком и фракционированием дисперсных частиц / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, A.A. Уколов, A.M. Климов / Ученые высшей школы-производству : тез. докл. обл. науч. конф. Тамбов, 1989. - С. 80.

182. Многофункциональный технологический модуль для процессов с разделением дисперсной твердой фазы / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, A.A. Уколов, A.M. Климов / «Реахимтехника-89» : тез. докл. Всесоюзн. конф. -Днепропетровск, 1989. — С. 56-57.

183. Многофункциональные аппараты для процессов с сепарацией и противотоком неоднородных частиц / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев, A.A. Уколов / «Химтехника-89» : тез. докл. Всесоюз. конф. Днепропетровск, 1989.-С. 14-15.

184. Бесситовая классификация и сепарация зернистых материалов с использованием быстрых сдвиговых течений / В.Н. Долгунин, В.Я. Борщев,

185. A.A. Уколов, A.M. Климов // Проблемы обезвоживания, складирования и утилизации хвостов горнообогатительных комбинатов : тез. докл. Всесоюз. конф. Кривой Рог, 1990. - С. 21-22.

186. Пат. 2233715, Российская Федерация, 7В07В13/00. Способ классификации сыпучих материалов / В. Н. Долгунин, В.Я, Борщев, М.Ю. Дронова,

187. A.M. Климов; заявитель и патентообладатель Тамбовский государственный технический университет заявлен 19.12.2002; опубликован 10.08.2004; Бюл. № 22. - С. 209.

188. Борщев, В.Я. Технология поточной многокаскадной гравитационной сепарации зернистых материалов./ В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // XXIV Российская школа по проблемам науки и технологий: тез. докл. Миасс, 2004. - С. 117.

189. Борщев, В.Я. Технология гравитационной сепарации зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств./ В.Я. Борщев,

190. B.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности : сб. тр. первой междунар. науч.-практ. конф. СПб., 2005. - Т. 1.-С. 104-105.

191. Борщев, В.Я. Каскадная гравитационная сепарация зернистых материалов: особенности технологии и моделирование./ В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2005. - Т.11, № 4.1. C. 903-909.

192. Борщев, В.Я. Гравитационная сепарация зернистых материалов по комплексу физико-механических свойств / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин,

193. М.Ю. Дронова II Прогрессивные технологии и оборудование пищевой промышленности. : тез. докл. П Междунар. науч. конф. Воронеж, 2004. - С. 110-112.

194. Румшинский, JI.3. Математическая обработка результатов эксперимента / JI.3. Румшинский. М. : Наука. 1971. — 192 с.

195. Борщев, В.Я. Моделирование процесса многокаскадной сепарации./ В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин, М.Ю. Дронова // IX науч. конф. ТГТУ : тез. докл. Тамбов, 2004. - С. 63.

196. Борщев, В.Я. Исследование процесса сепарации зерновой смеси в быстром гравитационном потоке / В.Я. Борщев, М.Ю. Дронова, А.Н. Куди // Труды ТГТУ. Тамбов, 2006. - Вып. 19. - С. 7-11.

197. Пронин, В.А. Сепарация полидисперсных зернистых материалов различной плотности : дис. . канд. техн. наук: спец. 05.17.08; защищена 18.12.98; утв. 10.06.99 / Пронин Василий Александрович — Тамбов, 1998. — 135 с.

198. Барский, М.Д. Гравитационная классификация зернистых материалов / М.Д. Барский, В.И. Ревнивцев, Ю.В. Соколкин. -М.: Недра. 1974. -232 с.

199. Козловский, Э.А. Бункеры, затворы, питатели и дозаторы для сыпучих материалов / Э.А. Козловский. Иваново. 1978. - 78 с.

200. Борщев, В.Я. «Температура» зернистой среды и физические эффекты взаимодействия частиц при быстром сдвиговом течении зернистых материалов / В.Я. Борщев, В.Н. Долгунин // Известия Вузов. Химия и химическая технология. 2007. - Т. 50, вып. 8. — С. 78-82.

201. Bridgwater, J. Fundamental powder Mixing Mechanism / J. Bridgwater // Powder Technology. 1976. - Vol. 15. - P. 215-236.

202. Борщев, В.Я. Характеристики сдвигового потока зернистой среды и рекомендации по организации технологических процессов-/ В.Я. Борщев,

203. B.Н. Долгунин // Вестник Тамб. гос. техн. ун-та. 2006. - Т. 12, № 2А. —1. C. 401-408.

204. Реальный годовой экономический эффект от внедрения предложенного способа регулирования гранулометрического состава продукта и повышения производительности аппарата составил 772600 рублей (в ценах 1985 г.).

205. Каскадный гравитационный классификатор сыпучих материалов принят к внедрению в производстве подсолнечного масла в ОАО «Маслобойный завод «Инжавинский».

206. Планируемый экономический эффект от использования каскадного гравитационного классификатора в производстве подсолнечного масла оценивается в 277460 рублей.

207. Расчет планируемого экономического эффекта прилагается.1. Гл. экономист1. Т. П. Минаевапланируемого экономического эффекта от внедрения каскадного гравитационного классификатора

208. В результате количественные нормы отходов в производстве подсолнечного масла изменяются й составляют:- жмых 0,783 тн.;- лузга — 0,627 тн.

209. При этом повышается концентрация растительного белка в жмыхе, вследствие повышения степени его очистки. Данный вид отходов приобретает новые потребительские качества и, как товар, заведомо попадает в более высокую ценовую группу (цена увеличена на 10%).

210. Годовые дополнительные денежные поступления при плановом объеме производства 1000 т составят 277460 руб.

211. Это позволило адекватно определить параметры течения зернистых сред и учесть их при разработке и модернизации гравитационных смесителей, что способствовало повышению производительности и улучшению качества продукта.

212. Заместитель генерального директора, к.х.н. Ю. М. Рапопорт1. УТВЕРЖДАЮ»

213. Это позволило детерминировано учесть эффекты взаимодействия частиц, при технологическом расчете процессов и оборудовании для переработки зернистых материалов.

214. Начальник отдела системного планирования, к.т.н1. Самарин В.Д1. УТВЕРЖДАЮ»

215. Метод определения профилей скорости и порозности в быстром гравитационном потоке зернистых материалов.

216. Метод определения высоты слоя сыпучего материала на шероховатом скате.

217. Программы расчета профилей порозности, скорости в гравитационном потоке сыпучего материала.

218. Зав. кафедрой "ТО и ПТ" д.т.н., профессор1. С.И. Дворецкий

219. Зав. кафедрой "МАХП" д.т.н., профессор1. М.А. Промтов

220. Декан ММФ, к.т.н., профессор1. QH.l2.Olx.1. А. М. Климов

221. Экспериментальная установка для исследования эффектов взаимодействия частиц в режиме сдвиговых пластических деформаций зернистых сред.

222. Метод определения профилей скорости и порозности при течении частиц в режиме сдвиговых пластических деформаций зернистых материалов.

223. Метод определения коэффициента квазидиффузионного перемешивания частиц при сдвиговом течении дисперсных материалов.

224. Метод определения кинетического коэффициента сегрегации при сдвиговом течении зернистой среды в режиме пластических деформаций.

225. Программа расчета концентрационных полей в потоке сыпучего материала.

226. А.М. Климов С.И. Дворецкий М.А. Промтов

227. Директор технологического института, /И к.т.н., профессор

228. Зав. кафедрой «ТОиПТ» д.т.н., профессор

229. Зав. кафедрой «МАХП» д.т.н., профессор

230. Длительность скатывания */1. Ширина слоя */1. Толщина слоя */1. Ширина приемной ячейки */1. Высота падения */

231. Порозность неподвижного слоя1. Диаметр частицы */1. Плотность частицы */1. Плотность трассера */

232. Угол скатывания в градусах */ Коэффициент модели Коэффициент "давления Коэффициент "сдвига" в модели */ */синус угла скатывания косинус угла скатыванияв модели