CC BY
17
1. Невзоров В.Н., Бырдин П.В., Дырдин С.Н. Энергосберегающая технология и оборудование для обработки лесных сеянцев. [Электронный ресурс] Режим доступа: http://science-bsea.narod.ru/
2. Сумм Б. Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания. М.: Химия, 1976. 232 с.
3. Бородин С. А. Исследование процесса растекания капли жидкости, наносимой на поверхность подложки // Коллоидный журнал. 2003. № 45. С. 156-158.
4. Адамсон А. Физическая химия поверхностей. М.: Мир, 1979. 568 с.
\ский список
5. Зенгуил Э. Физика поверхности. М.: Мир, 1990. 537с.
6. Руденко М.Г., Гришин А.М., Молокова С.В. Изменение смачиваемости поверхности при её контакте с переохлаждённым водяным паром // Экологические системы и приборы. 2008. № 7. С. 44-49.
7. Руденко М.Г., Молокова С. В. Изменение гидрофильности поверхности под воздействием переохлажденного водяного пара // Сопряжённые задачи механики, информатики и экологии: материалы междунар. конф. (25-28 июня 2007 г.). Томск, 2007. С. 246-247.
УДК 622.734:622.76
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ЛАМИНАРИЗИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ВЗВЕСЕЙ
В.В. Надршин1, В.В. Мельников2, И .А. Огнев3, А.Н. Роговой4
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Представлен анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей в желобах. Выяснено, что для улавливания более мелкодисперсных компонентов необходимо перевести турбулентный режим течения гидросмеси в псевдоламинарный. Представлен метод ламинаризации режима движения гидросмеси установкой плоскопараллельных пластин вдоль потока. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: режимы движения жидкостей; обогащение полезных ископаемых.
STUDY AND CALCULATION OF LAMINARIZING ELEMENTS OF LIQUIDS AND SUSPENSIONS FLOW V. V. Nadrshin, V. V. Melnikov, I. A. Ognev, A. N. Rogovoy
National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The article presents the analysis of the major dependencies of hydraulic calculation of hydromixture motion in chutes. It is found out that, to capture more fine-dispersed components it is necessary to convert the turbulent mode of hydromixture flow into pseudolaminar one. The authors present a method to laminar the hydromixture motion regime by placing plane-parallel plates along the stream. 1 figure. 1 table. 3 sources.
Keywords: motion regimes of fluids; mineral processing.
Для обеспечения условий и увеличения степени извлечения примесей необходимо при повышенных скоростях взвесенесущих потоков по гладким шлюзам обеспечить псевдоламинарный режим движения. Одним из методов обеспечения этого режима является установление успокоительных пластин, но при этом требуется рассчитать расстояние между пластинами. Этому вопросу посвящены ниже описанные исследования.
Зависимость коэффициента сопротивления частицы от числа Рейнольдса имеет сложный вид. В первом приближении она может быть описана формулой
24 I-
сд=-Яе+^
или
(
СД = 0,112
1+. 1+
214 ~Re
Л2
, которая действительна
при Re < 10 . При малых числах Рейнольдса 24
С Д = —, при очень больших числах Рейнольдса н Яе
Сд*0,45 [1].
Скорость равномерного падения частицы в покоящейся жидкости или её гидравлическая крупность определяется из формулы
w =
d( pTB -Рж )
СД Рж
1Надршин Владимир Вагизович, доцент кафедры мировой экономики, тел.: 585313, e-mail: nadrshin@istu.edu
Nadrshin Vladimir Vagizovich, Associate Professor of the chair of International Economy, tel.: 585313, e-mail: nadrshin@istu.edu
2Мельников Василий Викторович, аспирант, e-mail: mvv999@mail.ru
Melnikov Vasily Viktorovich, postgraduate student, e-mail: mvv999@mail.ru
3Огнев Игорь Анатольевич, кандидат технических наук, доцент кафедры математики.
Ognev Igor Anatolievich, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the chair of Mathematics.
4Роговой Александр Николаевич, аспирант, e-mail: bwc9501197713@rambler.ru
Rogovoy Alexander, postgraduate student, e-mail: bwc9501197713@rambler.ru
где рТВ - плотность твёрдого тела; рЖ - плотность жидкости; Сд- коэффициент сопротивления твёрдой частицы.
С учётом вышеотмеченного, при
а = (рТВ - рЖ )/ рЖ ; ж - в см/с; б - в см; V -
2 т2
2 а а
см /с: = 52 —
V + а
3/2
Н
«X
Ц'
Схема шлюзов с прямоугольным и треугольным поперечными сечениями и установлением в них плоскопараллельных ламинаризующих пластин (схема
для расчёта оптимального расстояния между пластинами): 1 -шлюз; 2 -ламинаризующие пластины
При равномерном течении взвесенесущего потока расход гидросмеси 0, глубина Л, форма и размеры поперечного сечения <в остаются постоянными по длине потока. Уклон свободной поверхности жидкости I равен уклону дна шлюза /.
При продольном турбулентном движении взвесенесущего водного потока (гидросмеси) вихри смеси можно представить в виде обращающихся вокруг мгновенных центров вращения кольцевых слоёв жидкости (воды), переносящей частицы твёрдого. Частицы твёрдого в вихрях двигаются по своим концентрическим траекториям в зависимости от диаметра взвешенных частиц: внутри вихря - тонкодисперсные,
ближе к периферии вихря - максимального диаметра б/для данного /-го слоя вихря. Через определённые отрезки времени вихри распадаются, твёрдые частицы перемешиваются, и процесс начинается заново с образования нового вихря. Принимаем диаметр вихря й = 1-10" 4; 1,510-4; 2,0-10"4 м (10, 15, 20 мм). Расход потока гидросмеси через ^-образный гладкий шлюз (таблица): 0 = 0 0001105-0,00145 (м3/с). Плотность твёрдых частиц (кварца) р = 2,65-103 кг/м3, кинематическая вязкость жидкости V = 110- 6 м2/с.
Живое сечение потока изменялось в пределах 0,003-0,020 м2 (от начала работы шлюза до его полной разгрузки). Величина коэффициента Шези находилась в диапазоне С = 0,9-1,06, смоченный периметр изменялся при этом в диапазоне / = 0,17-0,45 м.
Разделение твёрдых частиц водного потока смеси при постоянстве плотности частиц происходит за счёт действия центробежной силы. Масса твёрдых частиц в единице объёма гидросмеси:
М п а3
МТ = рт-п
где
п а-
6
6
- объём частицы; п - число частиц в еди-
нице объёма гидросмеси.
Центробежная сила, действующая на твёрдые частицы в единице объёма гидросмеси:
Мту2 ¥ = —т—
ртп а-
г 6 г
здесь г - расстояние от центра вихря до рассматриваемого слоя этого вихря, на котором движется данная частица.
Если радиальную скорость частиц обозначить через ж, то силу Р0, действующую на одну частицу, можно представить как
п а2
-Рт
¥ = С
Г0 ^ Д
4 2
где Сд - коэффициент гидродинамического сопротивления частицы.
При дальнейшем рассмотрении и расчётах принимаем Сд = 0,4.
Для рассматриваемого единичного объёма гидро-
смеси, содержащего г твёрдых частиц: Результаты гидравлического расчёта типоразмеров У-образного шлюза
Л, м В, м 2 а, м X м ^, м С, м05/с 0
м3/с м3/ч
0,0375 0,1500 0,00281 0,1677 0,01678 0,93956 0,0001105 0,3978
0,0450 0,1800 0,00405 0,2012 0,02013 0,96113 0,0001785 0,6426
0,0500 0,2000 0,00500 0,2236 0,02236 0,97385 0,0002353 0,8471
0,0600 0,2400 0,00720 0,2683 0,02683 0,99631 0,0003798 1,3673
0,0650 0,2600 0,00845 0,2907 0,02906 1,00628 0,0004685 1,6866
0,0700 0,2800 0,00980 0,3130 0,31310 1,01570 0,0005693 2,0495
0,0757 0,3028 0,01146 0,3385 0,03385 1,02565 0,0006990 2,5164
0,0800 0,3200 0,01280 0,3578 0,03577 1,03276 0,0008080 2,9095
0,0850 0,3400 0,01445 0,3801 0,03802 1,04065 0,0009478 3,4121
0,0925 0,3700 0,01711 0,4137 0,04136 1,05166 0,0011830 4,2584
0,1000 0,4000 0,02000 0,4472 0,04472 1,06200 0,0014500 5,2200
2
V
F = F0n = С д
п D2
-Рт
w
-n.
4 2
Принимая, что движение частицы в радиальном направлении равномерное, приравниваем правые части полученных выражений:
Рт
пd3 v2 „ -n— = С
Д
т2 2
п d w
Рт n
4 2
6 г
и находим зависимость для радиальной скорости движения частиц
1,15
и =
Обозначим через Т среднее время пребывания частицы в вихре, за которое частицы размером больше dМАКС пройдут в поперечном направлении путь, равный D/2, и вырвутся из вихря:
т = = В
V 2и'
здесь Dп - диаметр круговой траектории движения частицы в вихре.
Для частиц диаметром dмакс.
и В
v
2ЮТ
Подставляем в это соотношение выражение для радиальной скорости [2]
1,15 \2й В 1
лСд V
2пВп 2п
при D = D№
Максимальный размер частиц, вихре:
вращающихся в
d М
Cl в
102 DT
СдВ 102
Частицы больших размеров выходят из объёма вихрей.
При Сд = 0,4 dA
СдВ 102
м.
w = v
dmKc = (0,4х0,01)/102=0,00003923 м = 39,23 мкм. dMMc = (0,4х0,02)/102=0,00007843 м = 78,43 мкм. Радиальная составляющая скорости D = 4Q D = 2Q
2пВп пВ2 2nDn n2D2
м/с.
w = (2x0 0001105)/(3.142х0012) = 0,22415 м/с. w = (2х000145)/(3142х0 022) = 0,73532 м/с. Число Рейнольдса для радиального движения частиц
wd М
Re1 =
1МЛКС1
V
=(0,22415х0,00003923)/1,01 10" 6=8,706; wd М
Re1 =
1МЛКС1
V
=(0,73532х0,00007843)/1,01 10" 6=57,1.
24 I-
Вычисляем Сд по формуле Сд =--+ 0,6^Сд
(
или С д = 0,112
1 + . 1 +
214 Re
Re
л2
В первом приближении при Re = Re1 находим
404=
= (24:8,706) + 0,67х = 0,27567+0,8325 = = (24:57,1) + 0,67х0,6324 = 0,0420+0,8325 =
Сд 3,1804;
Сд 0,844.
В первом приближении можно принять Сд2 = (3,1804+0,844)/2 = 2,0122*2.
Тогда dM^Kc2 = (2/102)х(0,01-0,02)= =0,000196 - 0,000392 м = 196 - 392 мкм.
Число Рейнольдса при втором приближении
wd МЛКС2 =(0,22415х0,000196)/1,01 10" 6=43,5.
Re2 =
V
Re = wdMAKc2
V
=(0,73532х0,000392)/1,01 10" 6=285,391.
При этих значениях числа Рейнольдса
Сд = (24:Re)+0,0423708 = 0,975-0,507803.
Именно такой диапазон значений Сд и был принят в начале расчёта.
Расчёт дополнительно показал невозможность улавливания тонкодисперсных примесей на существующих промприборах. Для снижения крупности улавливаемых примесей необходимо перевести турбулентный режим течения гидросмеси в псевдоламинарный.
Пусть гидросмесь, содержащая минералы различной плотности, движется по плоскому прямолинейному жёлобу шириной B = 0,5 м достаточно большой длины L (рисунок). Перепад давлений Ар = 1,5.104 Па, начальное напряжение сдвига т0 = 22 Па. Требуется найти ширину центрального ядра (расстояние между плоскопараллельными пластинами), в котором гидросмесь движется в псевдоламинарном режиме, слоисто, как единое целое, без относительного смещения слоёв. При таком минимальном перепаде давления АрМИН центральное ядро распространится на весь поток между плоскопараллельными пластинами.
Чтобы не образовывались косые волны в потоке около этих пластин, последние не соединяют с дном, а устанавливают пластины с зазором относительно дна жёлоба.
Касательные напряжения при движении гидросмеси уменьшаются линейно к центральной оси между плоскопараллельными пластинами от их максимального значения. Вблизи центральной оси между пластинами касательные напряжения могут оказаться меньше предельных касательных напряжений сдвига. В этом случае центральное ядро между пластинами будет двигаться в псевдоламинарном режиме при достаточно высоких скоростях.
Касательные напряжения непосредственно у пластины в движущемся потоке гидросмеси определяются с помощь формулы
Я хЛр
т
МАКС
2L
где Я - гидравлический радиус; Лр - перепад давлений, I - длина шлюза.
На любом расстоянии г от осевой линии между пластинами определяется из соотношения
г г хЛр
т = т -=-—
Тг Тмакс 0,5В 2 Ь ■
При некотором г = г0 касательные напряжения станут равны предельным касательным напряжениям
2 L т0 2 х 30 х 22
ro =■
= 0,088 м
[3].
Лр 1,5.10 Следовательно, псевдоламинарный слой начинается от оси потока и распространяется в обе стороны. В этом случае расстояние между пластинами составит Ь = 0,176 м « 0,2 м. В зависимости от ширины гладкого шлюза принимается количество вертикальных успокоительных пластин для ламинаризации режима движения гидросмеси.
При гидравлическом радиусе Я = 0,15 м:
г0 0.088 п ^
— =-= 0,587, то есть Го = 0,587Я = (0,5-0,6)Я.
Я 0.15
Центральное ядро распространяется на весь поток при условии тМАКС = т0. Минимальный перепад давления находим из соотношения:
. тх 2Ь 22 х 2 х 30 ооп лРмин =---= 880 па.
Я 1,5
Представлен анализ основных зависимостей гидравлического расчёта движения гидросмесей в желобах. Выяснено, что для большего улавливания мелкодисперсных компонентов необходимо перевести турбулентный режим течения гидросмеси в псевдоламинарный. Представлен метод ламинаризации режима движения гидросмеси установкой плоскопараллельных пластин вдоль потока.
Данный метод благодаря установке успокоительных пластин обеспечивает перевод турбулентного движения взвесенесущего потока в псевдоламинарный, что позволяет снизить крупность извлекаемых примесей и увеличить глубину обогащения с повышением извлечения ценного компонента.
Библиографический список
1. Развитие теории и методов очистки природных и сточных вод: монография / Ястребов К.Л. [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. 259 с.
2. Совершенствование теории и практики подготовки и очистки природных и сточных вод: монография / Ястребов К.Л. [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. 302 с.
3. Мельников В.В. Разработка и совершенствование эффективной технологии промывки и обогащения металлоносных песков: дис ... канд. техн. наук. Иркутск, 2010. 134 с.
УДК 541.64:547.741:547.32
СОПОЛИМЕРИЗАЦИЯ 2,3 -ДИХЛОРПРОПЕНА-1 СО СТИРОЛОМ
H.С. Шаглаева1, В.Г. Дронов2, Р.Г. Султангареев3, Е.А. Орхокова4
I,2,4 Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
3Учреждение Российской академии наук Иркутский институт химии им. А.Е.Фаворского Сибирского отделения РАН, 664033, г. Иркутск, ул. Фаворского, 1.
Найден простой и удобный способ получения 2,3-дихлорпропена-1 и изучена его реакционная способность в реакции со стиролом. Методами ИК-и ЯМР-спектроскопии доказано образование сополимеров. Исследованы состав и свойства полученных сополимеров. Табл. 1. Библиогр. 12 назв.
Ключевые слова: эпихлоргидрин; аллиловые полимеры; константы сополимеризации; температура размягчения.
COPOLYMERIZATION OF 2,3-DICHLOROPROPENE-1 WITH STYRENE N.S. Shaglaeva, V.G. Dronov, R.G. Sultangareev, E.A. Orhokov
1Шаглаева Нина Савельевна, доктор химических наук, профессор кафедры химической технологии. Shaglaeva Nina, Doctor of Chemistry, Professor of the chair of Chemical Technology.
2Дронов Виктор Геннадьевич, аспирант. Dronov Victor, postgraduate student.
3Султангареев Радмир Галеевич, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, e-mail: shagl2@istu.edu Sultangareev Radmir, Candidate of Chemistry, Senior Research Worker, e-mail: shagl2@istu.edu
4Орхокова Елена Александровна, аспирант. Orhokova Elena, postgraduate student.
