Диссертационная работа:

Бушмелев Андрей Викторович. Моделирование процессов смешения и уплотнения тонкодисперсных материалов в новом аппарате центробежного действия : диссертация ... кандидата технических наук : 05.17.08 / Бушмелев Андрей Викторович; [Место защиты: Ярослав. гос. техн. ун-т (ЯГТУ)].- Ярославль, 2007.- 148 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/5280

Введение 5

Глава 1. Анализ современного оборудования центробежного действия для смешения и уплотнения сыпучих материалов. Конструкции аппаратов и

математическое моделирование 10

1.1. Оборудования центробежного действия для смешения и уплотнения
сыпучих материалов 10

1. Центробежные смесители сыпучих материалов 10

2. Уплотнители сыпучих материалов с вращающимся рабочим органом. 18

3. Устройства для смешения и уплотнения сыпучих материалов 20

1.2 Анализ математических моделей процессов смешения и уплотнения сыпучих
материалов в аппаратах центробежного действия 21

4. Математические модели процессов смешения сыпучих сред 21

5. Математические модели процессов уплотнения сыпучих материалов ..28 Глава 2. Исследование процессов смешения сыпучих материалов в новых аппаратах центробежного действия 33

2.1 Экспериментальное исследование процессов смешения сыпучих материалов
в устройстве с горизонтальным валом 36

1. Смеситель с жесткими лопатками * 36

2. Смеситель с эластичными лопатками 44

2.2 Компьютерное моделирование процессов смешения сыпучих материалов в
аппарате с горизонтальным валом 47

1. Моделирование процесса смешения в аппарате с жесткими лопатками50

2. Моделирование процесса смешения в аппарате с эластичными лопастями 56

2.3 Экспериментальные исследования процессов смешения сыпучих
материалов в аппарате с криволинейными лопатками 60

2.3.1 Исследование движения твердых частиц в агрегате 61

2.3.2. Исследование процесса смешения сыпучих материалов 67

2.4 Компьютерное моделирование процессов смешения сыпучих материалов в
аппарате с криволинейными лопатками 69

5. Совместная работа аппаратов с горизонтальным валом и с криволинейными лопатками 72

6. Выводы по главе 74

Глава. 3. Исследование процесса уплотнения сыпучих материалов в новом
аппарате с криволинейными лопатками 75

1. Экспериментальное исследование процесса уплотнения сыпучих материалов в аппарате с криволинейными лопатками 75

2. Математическая модель уплотнения порошка в центробежном аппарате с криволинейными лопатками 79

1. Описание движения и уплотнения твердых частиц тонко дисперсной среды 79

2. Поиск приближенного решения в условиях двухточечной краевой задачи 86

3. Постановка условий двухточечной краевой задачи 89

4. Анализ приближенного решения двухточечной краевой задачи 92

3.2.5 Поиск приближенного решения в условиях двумерной краевой задачи. 96 3.2.6. Описание движения дисперсной смеси в случае максимальной степени

уплотнения без учета скольжения 102

Определение уравнения предельной свободной границы дисперсной смеси 102

Выводы по главе 113

Глава 4. Разработка и расчет агрегата для смешения и уплотнения сыпучих

материалов 114

4.1 Расчет ступени предварительного смешения 115

4.1.10пределение производительности ступени 115

4.1.3.0пределение максимальной угловой скорости 118

4.1.4.0пределение минимальной угловой скорости 118

4.1.5. Расчет мощности привода 119

4.2. Определение оптимальных параметров криволинейной лопатки в центробежном
уплотнителе 120

4.2.1. Метод расчета конструктивных параметров лопатки 120

4.3. Выводы по главе 136

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Производительность, кг/ч

Коэффициент неоднородности смеси,%

Концентрация компонента смеси

Угловая скорость, рад/с

Частота вращения, об/мин

Число лопаток

Масса, кг

Смещение дозаторов, м

Плотность частиц материала, кг/м³

Расстояние между дозаторами,м

Глубина проникновения материала в смеситель, м

порозность

Индекс трения, %

осредненный тензор эффективных

напряжений твердой фазы, Па

компоненты осредненного тензора

эффективных напряжений, Па

число Фруда

число Пи

радиальная координата, м

время, с

скорость, м/с

символ Кронекера

угловая координата, рад

. Актуальность темы исследования. Смешение сыпучих материалов с давних пор широко применяется во многих отраслях промышленности и является одним из самых распространенных процессов в химической, металлургической и других отраслях промышленности. Однако большинство смесительных аппаратов, морально и физически устарели, и во многих случаях не способны обеспечить надлежащее качество смеси Поэтому, для интенсификации процесса смешения необходимо использовать такие пути и подходы, которые позволили бы увеличить производительность смесительных аппаратов и качество приготовливаемых смесей, при одновременном снижении энергопотребления и металлоемкости Среди смесительного оборудования наиболее эффективно проявили себя смесители центробежного типа Ввиду малой изученности процессов, происходящих в центробежных аппаратах необходимы экспериментальные и теоретические исследования механизма смешения с целью совершенствования методов расчета и конструкций этого типа смесителей Однако многие из перерабатываемых сыпучих материалов являются тонкодисперсными, имеют малый насыпной вес и высокую пористость, что приводит к увеличению затрат при их транспортировке, затаривании и хранении Возникает необходимость после операции смешивания проводить принудительное уплотнение полученных смесей, применяя при этом дополнительное оборудование Для уплотнения порошков наиболее широко используются механические деаэраторы В связи с этим возникает необходимость теоретических и экспериментальных исследований процесса дегазации порошкообразных смесей в центробежных уплотнителях Одним из путей повышения эффективности получения качественных деаэрированных смесей является создание оборудования, позволяющего совмещать процессы смешения и уплотнения тонкодисперсных материалов в одном агрегате

Цели работы Целями настоящей работы являются моделирование процессов смешения сыпучих материалов и уплотнения порошковых сред, разработка на их основе методики инженерного расчета устройства, способного работать в режиме смесителя сыпучих ингредиентов, уплотнителя порошков или аппарата для последовательного осуществления операций смешивания тонкодисперсных компонентов и деаэрирования получаемой смеси

Для достижения указанных целей были поставлены и решены следующие научные задачи

1. создание компьютерной модели процесса смешения сыпучих материалов;

2. экспериментальное выявление возможности уплотнения сыпучих материалов в поле центробежных сил и разработка математической модели этого процесса,

3. проверка адекватности разработанных моделей опытным данным, полученным на лабораторных установках,

4. разработка конструкции центробежного устройства для смешения сыпучих сред и уплотнения тонкодисперсных материалов, позволяющего получить достаточно однородную смесь порошков и обладающего высокой производительностью,

5. создание на основе теоретических и экспериментальных исследований методики инженерного расчета, а также получения оптимальных значений режимных и конструктивных параметров устройства

4 Научная новизна работы.

6. впервые изучен процесс деаэрации сыпучих материалов в центробежном аппарате и предложено его соответствующее математическое описание,

7. созданы компьютерные модели процесса смешения в центробежном аппарате,

8. разработана методика определения коэффициента неоднородности для трудноразделимых, отличающихся по цвету компонентов,

9. разработана конструкция устройства для смешения и уплотнения сыпучих материалов,

10. создана научно обоснованная и экспериментально проверенная методика инженерного расчета оптимальных значений режимных и конструктивных параметров устройства

На защиту выносятся следующие положения.

1 плоскодеформационная модель процесса уплотнения тонкодисперсного .материала в рабочей ячейке центробежного деаэратора с криволинейными лопатками, 2. компьютерная модель процесса смешения сыпучих материалов в

центробежном аппарате, 3 конструкция и метод расчета устройства для смещения и уплотнения

сыпучих материалов, Практическая ценность работы.

1 использование разработанного устройства позволяет получать однородные смеси сыпучих материалов, дегазированные порошковые продукты, а также высококачественные уплотненные смеси тонкодисперсных сред при высокой производительности и низких энергозатратах, 2. создана методика инженерного расчета, которая находит использование при разработке оборудования для смешения и уплотнения сыпучих материалов в задачах химической и других отраслей промышленности, Достоверность полученных результатов.

Достоверность научных положений и выводов диссертации базируется на комплексном применении современных физико-механических и математических методов анализа, а также удовлетворительным совпадением теоретических и экспериментальных данных Апробация работы.

Основные результаты работы докладывались на Международном конгрессе по химии и процессам химической технологии «CHISA 2006» в Чехии (г Прага), Международном конгрессе по порошковым технологиям «PARTEC 2007» в Германии (г Нюрберг), XXII научной конференции стран СНГ «Дисперсные системы» в 2006 г в Украине (г. Одесса), XX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ — 20)» в России (г Ярославль) Публикации.

По материалам выполненных исследований опубликовано 9 научных работ Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы - 148 стр,

5 в том числе 145 стр. основного текста, включая рисунки и таблицы, с приложениями и списком литературы из 141 наименований.