CC BY
24
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Т р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., Ш м о р г у н В.Г. Титано-стальные композиты и соединения. - Волгоград: изд. ВолгГТУ, 2013. - 344 с.
2. Т p ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., К у с-к о в Ю.Н., К и с е л е в О С., Б о г д а -н о в А.И. Расчет прочности сваренных взрывом композиционных соединений с механически неоднородными мягкими прослойками // Деформация и разрушение материалов. 2010. № 3. С. 11 - 14.
3. Т р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., П р он и ч е в Д.В. Композиционные переходники. - Волгоград: РПК «Политехник», 2007. - 328 с.
4. Т р ы к о в Ю.П., Г у р е в и ч Л.М., К у с-к о в Ю.Н., С а м а р с к и й Д.С., К и с е -л е в О.С., Б о г д а н о в А.И. Прочность свариваемых взрывом соединений с композитными прослойками // Конструкции из композиционных материалов. 2009. Вып. 4. С. 17 - 25.
5. Трыков Ю.П., Белоусов В.П., Гуревич Л.М., Рогозин В.Д., Писарев С.П. Исследование кинетики деформации и разрушения сваренных взрывом четырехслойных тита-но-стальных композитов // Деформация и
разрушение материалов. 2007. № 8. C. 31 -37.
6. Sia Nemat-Nasser, Weiguo Guo. Flow stress of commercially pure niobium over a broad range of temperatures and strain rates // Materials Science and Engineering A284 (2000). Рр. 202 - 210.
7. Johnson G.R., Cook W.H. A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures // Proceedings of the 7th Int. Symp. on Ballistics. 1983. Рр. 541 - 547.
8. Chandrasekaran R. M'Saoubi H. Chazal, Modelling of material flow stress in chip formation process from orthogonal milling and split Hopkinson bar tests // Machining Science and Technology. (2005). № 9. Рр. 131 - 145.
9. Li L., He N., A FEA study on mechanisms of saw-tooth chip deformation in high speed cutting of Ti-6A1-4V alloy, in: Fifth International Conference on High Speed Machining (HSM), Metz, France, 14-16 March 2006. Pp. 759 - 767.
© 2015 г. Л.М. Гуревич, ЮЛ. Трыков, Е.В. Соколова, Р.Е. Новиков, А.А. Загребина Поступила 22 июня 2015 г.
УДК 621.745.34:662.87 А.В. Феоктистов, О.Г. Модзелевская, И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, А.А. Куценко
Сибирский государственный индустриальный университет
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ДИСПЕРСНЫХ ЧАСТИЦ ПО КАНАЛАМ СЛОЯ ТОПЛИВА
Пылеугольное топливо в доменном процессе используют уже порядка 50 лет. Практика его применения показала экономическую эффективность такого вида топлива в сравнении с другими заменителями кокса - природного газа и мазута.
В ваграночной плавке пылеугольное топливо не применяют, хотя технология процесса намного проще. С экономической точки зрения проблема использования этого топлива в ваграночном процессе заслуживает внимания
исследователей технологического и теоретического направлений специализации.
Установлено [1], что дисперсные частицы должны сгореть в пределах кислородной зоны для получения максимального теплового эффекта. Угольные частицы, попадая в восстановительную зону, где нет свободного кислорода, механически взаимодействуют со шлаком, изменяют его физико-механические свойства и удаляются из печи вместе с ним.
Время выгорания угольной частицы не должно быть больше времени т ее пролета по кислородной зоне, которое связано со скоростью движения зависимостью
x = ^
(1)
где Як, - высота кислородной зоны; и - скорость движения твердой частицы по каналам слоя кокса топливной насадки.
Скорость дисперсных твердых частиц в канале различного диаметра определяется формулой
ит = и - V,
о.пр,
(2)
где и - скорость несущего газового потока; иопр -относительная предельная скорость частиц.
Эффективный диаметр ёэф каналов в слое кускового топлива (кокса, антрацита) связан со средним размером а?к куска зависимостью
¿эф = dK
1
1 "В f
(3)
где е - порозность слоя; / - геометрический коэффициент формы фрагмента слоя.
Для слоев кокса как правило е = 0,5 и / = 2,86, для антрацита е = 0,4 - 0,5 и / = 3,17 - 3,5.
Предельная скорость отставания мелкодисперсных частиц (и0.пр) от скорости газового потока описывается выражением [2]
= U.V 1+ Кт
(4)
где ив - скорость витания частиц; Кст - критерий, учитывающий взаимодействие частиц со стенкой канала и их столкновение с кусками топлива.
Выражение для ив получают из условия равенства веса частицы и ее аэродинамического сопротивления восходящему потоку:
= 4 (Рт "p)gd3 U 13 рС*
(6)
Выражения (5), (6) выведены для стацио-
П
нарного движения газовзвеси, когда —L = 0,
dx
и- = const, где x - время.
В реальных условиях движения пылеуголь-ного топлива по каналам слоевой засыпи эффективный коэффициент Су следует представить в виде произведения
C* =C С
C f = сшс f Ep ,
(7)
где Сш - коэффициент сопротивления шара; С/ - поправка к коэффициенту сопротивления, учитывающая отклонение геометрии поверхности частицы от сферы; Ер - поправка, учитывающая стесненность движения частиц в канале или концентрацию пылеугольного топлива в газовзеси.
Для шара в переходной области обтекания, когда 3<Яет<400, аэродинамический коэффициент сопротивления определяется по формуле [3]
C = JL + _4_
(8)
где Яе = иопр^э - критерий Рейнольдса; V -
т V
кинематическая вязкость газа.
Для частиц с большим коэффициентом формы />1,5 (для пылеугольного топлива / = 1,62 - 2,58) автомодельный режим наступает при Яет > 50. В этом режиме имеем [2]
C, = 5,31- 4,88 f-1
(9)
Поправка Ер для всех режимов обтекания шаров описывается выражением [4]
1 ж*?(Рт-Р) g = С* ^ ри2, (5)
Е _(1-P)475(18 + 0,61^) (10) Р 18 + 0.6^Ar, (1-Р)4-75 ,
где = ^/т 0 5 - эквивалентный диаметр частицы; - средний геометрический размер частицы; / — коэффициент формы твердой частицы (для угольной пыли / = 1,62 - 2,58); рт и р —плотности твердой частицы и газа; С ^
- эффективный коэффициент аэродинамического сопротивления,
где в - объемная концентрация частиц;
дг _ § (Рт ~Р) - критерий Архимеда; велит 2
ру2
чина в определяется выражением
Г) Цт 3/3
р = — м / м , где ц - удельная концентрация
Рт
частиц, кг/м3.
и
т
В
и
Критерий Кст, входящий в формулу (4), выражается через падение давления в слое (ЛРт), обусловленным взаимодействием твердых частиц в потоке со стенками канала [2]:
величине цт. Из выражения (11) неизвестная величина ДРт определяется разностью
ЛРт = АРобщ - (АР + ЛРп).
(16)
=
АР,
РНРТ g
(11)
где Н - высота канала или слоя топлива.
Величина ЛРт входит в общее выражение потерь напора. В первом приближении потери давления суммируются по правилу аддитивности:
АРобщ = АР + Рт + ЛРп
(12)
где АР - потери давления, обусловленные движением только газового потока; ЛРп - потери давления, определяемые подъемом всей газосмеси на высоту Н.
Потери давления ЛР определяются по уравнению Эгона:
АР=,„ i-в НТ_ Р p^i
v в d 273 Р 2 '
(13)
где у = 3,61 + 300/Яе - коэффициент сопротивления; Яе = ийэ/ V; Тг - температура газового потока; Р0 и Р - давление газа при нормальных условиях и в условиях экспериментальной установки или в шахтной печи; и0 - скорость газа в пустой трубе (шахте).
Потери давления ЛРп для восходящих потоков газовзвеси составят [5]
ЛРп = 2Fr^
(14)
где рг _ - критерий Фруда; цв = ц и/ит -и2
удельная истинная концентрация, кг/с пыли ;
кг/с газа
ц - удельная расходная концентрация, кг/с пыли кг/с газа
Связь параметров цт и ц дается формулой
Р
(15)
В эксперименте определяют АР и АРобщ, продувая слой топлива вначале без пыле-угольного топлива, затем в газовый поток добавляют дисперсную твердую составляющую и фиксируют значение АРобщ при различной
Окончательно скорость твердых частиц определяется по выражению (2) с использованием формул (3), (6), (7), (8), (10).
Ниже дан численный расчет скорости твердых дисперсных частиц методом последовательных приближений. Блок-схема расчета приведена на рис. 1. На основе алгоритма создана программа расчета скорости твердых дисперсных частиц в среде C++ Builder. Исходные данные: и0 = 2,0 м/с; s = 0,5; ^т=10-4 м; /т = 2,0; v = 15,03-10-6 м2/^ цт = 14 кг/м3; р=1,2045 кг/м3; рт = 1,4 • 103 кг/м3; температура дутья ^ = 20 °С. В результате расчета получили: и = 4,0 м/c, ит = 2,4 м/с. Получены значения скорости движения твердой частицы в зависимости от ее среднего геометрического размера. Результаты вычислений приведены ниже и отражены в виде графика на рис. 2:
d, м 10-3 5^10-4 10-4 5 10-5 10-5 5 10-6 10-6 ит, м/с 0,27 1,25 2,40 2,83 3,58 3,76 3,95
Выводы. В результате расчета выявлена зависимость скорости движения твердой частицы по каналам слоя кокса топливной насадки от среднего геометрического размера частицы. Увеличение размера твердой частицы приводит к уменьшению скорости ее движения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Я р о ш е в с к и й С.Л. Выплавка чугуна с применением пылеугольного топлива. -М.: Металлургия, 1988. - 176 с.
2. Г о р б и с З.Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. - М.: Энергия, 1970. - 424 с.
3. Л е в и н Л.М. Исследования по физике грубодисперсных аэрозолей. - М.: Изд-во АНСССР, 1961. - 225 с.
4. Г у п а л о Ю.П. О некоторых закономерностях псевдоожиженного слоя и стесненного падения // ИФЖ. 1962. № 2. С. 105 -108.
5. Д з я д э н о А.М., К е м м е р А.С. Пневматический транспорт на зерноперераба-тывающих предприятиях. - М.: Колос, 1967. - 272 с.
Рис. 1. Блок-схема расчета скорости движения твердой дисперсной частицы по каналам слоя топлива
0 -1-1-
0,000001 0,00001 0,0001 0,001
dr, м
Рис. 2. График зависимости скорости движения твердой частицы по каналам слоя кокса топливной насадки от среднего геометрического размера частицы
© 2015 г. А.В. Феоктистов, О.Г. Модзелевская, И.Ф. Селянин, А.И. Куценко, А.А. Куценко Поступила 21 мая 2015 г.
УДК 621.745
В.М. Павловец, А.В. Герасимук
Сибирский государственный индустриальный университет
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ОКАТЫШЕЙ, ВКЛЮЧАЮЩЕЙ ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ЗАРОДЫШЕОБРАЗОВАНИИЕ, НА ОСНОВЕ РАСЧЕТА ДАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНОШИХТОВОЙ СТРУИ
Технология получения сырых окатышей на тарельчатом окомкователе по технологии принудительного зародышеобразования включает две основные стадии: формование зародышей теплосиловым напылением влажной шихты на гарнисаж холостой зоны тарели и формирование оболочки окатышей доокомкованием зародышей в рабочей зоне окомкователя. Для этого загружаемую шихту расходом Gт (производительность агрегата) делят на два потока: поток шихты с расходом Gш, необходимый для принудительного зародышеобразования, и поток шихты с расходом Gоб, направляемый к зародышам для формирования оболочки окатышей. Для получения зародышей в струйный аппарат (СА) диаметром ёСА загружают влажную шихту расходом Gш, кг/с. В корпусе СА она ускоряется сжатым воздухом, нагретым до температуры tв, °С, который подается под давлением Рв, кПа, через воздушное сопло, распо-
ложенное на оси СА. На выходе из СА формируется воздушношихтовая струя (ВШС), которая при взаимодействии с шихтовым гарниса-
Рис. 1. Схема получения окатышей способом принудительного зародышеобразования:
