Влияние вибрации на нелинейные эффекты в механических системах (15.06.2009)

Автор: Васильков Владислав Борисович

расход вначале убывает, а затем начинает возрастать. Такой характер зависимости, а также

, несколько больших единицы. Это можно объяснить влиянием поверхностного натяжения при образовании пузырьков.

Некоторые технологические процессы, в частности, в горно-обогатительной и химической промышленности протекают в аппаратах, снабженных системами с близко расположенными отверстиями. Организация этих процессов с использованием явления вибрационной инжекции способна привести к повышению эффективности таких аппаратов.

В главе приводятся результаты экспериментальных исследований условий возникновения вибрационной инжекции при системе круглых и щелевидных отверстий [8-10, 17].

(2) для системы круглых отверстий.

– суммарная площадь отверстий, S – площадь, занятая отверстиями) и расстояния между отверстиями (кривая 2).

Результаты этих экспериментов показывают возможность насыщения жидкости в вибрирующем сосуде газовыми пузырьками в необходимом объеме с использованием системы достаточно близко расположенных круглых и щелевидных отверстий. Кроме того, имеется возможность за счет подбора соответствующих размеров отверстий управлять не только количеством насыщающих жидкость пузырьков, но и их размерами. Последнее, вероятно, может оказаться полезным для интенсификации процесса флотации, где возникает необходимость продуцировать пузырьки разных размеров для закрепления минеральных частиц соответствующей крупности. Кроме того, распределение отверстий по боковой поверхности позволяет обеспечивать поступление дополнительного количества газовых пузырьков по высоте камеры флотационной машины, что также может оказаться весьма полезным.

В этой главе диссертации обосновываются технические решения, использующие явление виброинжекции – капельная подача жидкости, способ аэрирования пульпы при флотации, способ проверки сосудов на герметичность, способ гидравлического грохочения [8, 35, 36].

Свободное истечение жидкости непосредственно из сосуда или через магистраль связано с гидравлическими потерями, величина которых зависит от конфигурации отверстия, гладкости поверхности магистрали, ее длины, наличия в ней арматуры, от свойств текущей жидкости и т.п. Методика оценки гидравлических потерь в этом случае достаточно полно представлена в различных справочных материалах.

Однако отсутствие данных о величинах гидравлических сопротивлений в условиях вибрации, затрудняет выбор оптимальных условий протекания технологических процессов.

При теоретическом исследовании виброинжекции использовалась, так называемая, гипотеза стационарности: коэффициенты сопротивления принимались такими же, как при стационарном истечении. Между тем, наличие эффектов виброинжекции, дополнительной турбулизации жидкости при ее взаимодействии с вибрирующей боковой поверхностью сосуда и магистрали может привести к существенным изменениям значений коэффициентов сопротивления и, соответственно, расходов жидкости.

Суммарный средний расход жидкости за период вибрации (см. (3)) будет

были проведены эксперименты по истечению воды из вибрирующего сосуда через коническую вставку с изменением направления сужения относительно движения потока [19]. Коническая вставка устанавливалась либо непосредственно в дне сосуда, либо на некотором расстоянии от дна в присоединенной к отверстию магистрали. В последнем случае коническая вставка не испытывала вибрации.

В соответствии с (5) выражения для величин средних расходов при установке конической вставки с сужением и расширением по потоку могут быть представлены в виде:

в верхнем индексе обозначает истечение в условиях вибрации сосуда.

= 6.3).

(о) от величины гидростатического напора H.

эта разница возрастает.

(10–30) Гц практически не зависит от частоты вибрации.

250 , 450, 600 и 900) при ориентации последней непосредственно в дне сосуда на расход при вибрации незначительно.

Из проведенных экспериментов следует, что вибрация может оказывать существенное влияние на величину местных коэффициентов сопротивления в случаях, когда давление в потоке от вибрационной составляющей сравнимо с давлением, обеспечивающим течение жидкости в магистрали.

Полученные результаты позволяют дать рекомендации по организации ряда технологических процессов, например, тонкого гидравлического грохочения на ситах с коническими отверстиями в горно-обогатительной промышленности. Они сводятся к выбору частоты и амплитуды колебаний сита, толщины слоя грохотимого материала, обеспечивающих возникновение как медленных направленных в сторону сужения отверстий потоков жидкости, так и вибрационной инжекции. Это приводит к дополнительному разрыхлению слоя материала на сите, рациональному распределению его по площади сита, очистке сита и, как следствие, к повышению эффективности грохочения.

, величина которого зависит от параметров вибрации

– плотность жидкости, g – ускорение свободного падения.

В приведенных в работе экспериментах диску 4 (рис.10), помещенному в сосуд с жидкостью 1, сообщаются вертикальные гармонические колебания. Формирующееся при этом избыточное давление между диском и неподвижным дном сосуда фиксируется дифференциальным манометром 2, соединённым с сосудом при помощи трубки 3.

Рис. 10. Схема подключения манометра.

При измерении давления показания манометра искажаются наличием в трубке 3, соединяющей сосуд с дифференциальным манометром, сжимаемого при вибрации диска газа. В диссертации разработан метод измерения давления в этом случае, основанный на нижеследующем соображении.

Процесс сжатия газа в трубке, соединяющей сосуд и дифференциальный манометр, считаем изотермическим, поэтому справедливы соотношения

– длина заполненной газом трубки, индексы 1, 2 – соответствуют параметрам до и после сжатия.

Исходя из принятой гипотезы (7) и соотношений длин трубок, занятых газовой средой и жидкостью, получено выражение для величины избыточного давления

– корректирующий коэффициент.

Гц и амплитудах, равных 1, 2 и 3 мм соответственно. При этом сплошными линиями показаны теоретические зависимости в соответствии с формулой (6), а точками – результаты эксперимента.

между диском и дном

Результаты эксперимента, как можно видеть, вполне удовлетворительно согласуются с предложенным теоретическим описанием.

Таким образом, проведенный эксперимент подтвердил факт возникновения избыточного давления в зазоре между колеблющимся диском и неподвижной стенкой.

Глава 4 посвящена исследованию малоизученных процессов истечения сыпучей среды из отверстий вибрирующих сосудов [2, 13, 15, 32]. Наблюдение за сыпучей средой в условиях вибрации выявили серьезные отличия в ее поведении от поведения в тех же условиях жидких и твердых сред. Одним из первых обнаруженных эффектов, возникающих при достаточно интенсивной вертикальной гармонической вибрации сосуда с сыпучим материалом, является циркуляционный характер его перемещения и переход в псевдоожиженное состояние.

Экспериментальная установка включала прозрачный цилиндрический сосуд 3 диаметром 30 мм, высотой 300 мм и проходным отверстием диаметром 3 мм, размещенный на платформе 1 вибрационного стенда (рис. 12). Верхний торец сосуда оставался открытым, и дозатор 6 обеспечивал поддержание заданного уровня рабочей среды. Просыпавшийся сыпучий материал собирался в приемник 7 и взвешивался. В качестве сыпучей среды использовался песок крупностью -0,5+ 0,3 мм, что обеспечивало его свободное истечение из отверстия.

(г), просыпавшегося за 3 минуты при постоянном его уровне в сосуде.

При свободном истечении, как показали эксперименты, расход песка не зависит от уровня заполнения сосуда. При вертикальной гармонической вибрации с амплитудой А =2.5 мм и частотой 23.7 Гц зависимость секундного расхода песка от его уровня в сосуде представлена на рис. 13 (для плоского дна сосуда – сплошная кривая, для конического – пунктирная).

Рис. 12 . Схема экспериментальной установки.


загрузка...