CC BY
13
джень xÍMÍ3My процесу [13, 14]. При цьому bmíct металу-модифiкатора íctot-но бшьший, нiж у випадку простого катюнного o6MÍHy [15].
Табл. Змша хiмiчного складу глини у процеЫ iiмодифшування солями _перехiдних метал'ш_
Зразок Визначуват елементи, % мас.
Ca2+ Mg2+ Fe3+ Cu2+
Природна глина 3,99 0,33 1,12 -
Зал1зовм1сна глина 0,89 0,18 4,54 -
Мвдевмшна глина 1,23 0,20 - 4,28
Висновки
Було дослщжено процес синтезу нових сорбцшних матерiалiв для зне-шкодження сiрководневих газових викидiв.
Розроблено методику синтезу, яка дае змогу наносити на глинисту мат-рицю максимальну кiлькiсть гiдроксидiв залiза (III) та мiдi (II).
Анал^ичним шляхом визначено максимальну кiлькiсть вщповщних металiв, яку можливо нанести на глинисту матрицю.
Лiтература
1. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочишников Н.С. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1989. - 511, [1] с.
2. Комаров В.С. Адсорбционно-структурные, физико-химические и каталитические свойства глин Белоруссии. - Минск: Наука и техника, 1970. - 317 с.
3. Zhe Ding, Ray L. Frost. Thermochimica Acta 416 (2004) 11-16.
4. Zhu H.Y., Zhu Z.H., and Lu G.O., Phys J. Chem. B 2000, 104, 5674-5680.
5. Skoularikis N.D., Coughlin R.W., Kostapapas A., Carrado K., Suib S.L., Appl. Catal. A 1988, 39, 61.
6. Lenarda M., Ganzerla B.J., Storaro L., Enzo S., Zanoni R., Mol J. Catal. 1994, 92 (2), 201.
7. Jia-Qian Jiang, Colin Cooper, Sabeha Ouki, Chemosphere 47 (2002) 711-716.
8. Jia-Qian Jiang, Colin Cooper, Sabeha Ouki, Chemosphere 53 (2003) 53-62.
9. Comets J.-M., Kevan L., Phys J.Chem. 97 (1993) 466.
10. Ghagiri M., Farzaneh F., Ghandi M., Alizadeh M., Mol J. Catal. A Chem. 233 (2005) 127.
11. Joseph T., Shanbhag G.V., Halligudi S.B., Mol J. Catal. A Chem. 236 (2005) 139.
12. Даценко Н.М., Кузьма Д.Б. Литолого-минералогическая характеристика глинистых пород Язовского серного месторождения// Деп. в УкрНИИНТИ 22.06.1988 № 1584 - Ук88.
13. Kpin 1.М., Степова К.В. Модиф1кування с1рих яз1вських глин кислими розчинами хлориду зал1за (III) з метою одержання зал1зовмюних глинистих сорбенпв// Вюник НУ "Льв1вська полггехшка". - Льв1в: НУ "Льв1вська полггехшка". - 2005, № 536. - С. 163-165.
14. Kpin 1.М., Феткова М.А. Модиф1кування бентоттових глин рщкими в1дходами хлориду мвд1// Вюник НУ "Льв1вська пол1техтка". - Льв1в: НУ "Льв1вська пол1техтка". - 2005, № 536. - С. 160-162.
15. Овчаренко Ф.Д., Тарасевич Ю.И. Адсорбция на глинистых минералах. - К.: Наук. думка, 1975. - 351 с.
УДК 66.047 Проф. Я.М. Ханик, д-р техн. наук; асист Т.1. Римар;
ст. викл. 1.О. Гузьова, канд. техн. наук - НУ "Львiвська полтехмка"
ОСОБЛИВОСТ1 Г1ДРОДИНАМ1КИ П1Д ЧАС РУХУ ТЕПЛОНОС1Я КР1ЗЬ ШАР СУХОГО ДИСПЕРСНОГО МАТЕР1АЛУ
Наведено результати дослщжень пдродинамши монодисперсних шарiв сухо! глини, сформовано! у виглядi частинок цилшдрично! форми, що мають рiзний дiа-
метр. Встановлено, що коефiцieнт опору залежись вщ величини критерiю Рейнольд-са та дiаметру частинки.
Ключов1 слова: пдродинамша, монодисперсний шар, глина.
Prof. Ya.M. Khanyk; assist. T.I. Rymar; senior teacher I.O. Huzyova -NU "L'vivs'kaPolitekhnika"
Features of hydrodynamics during motion of air through the layer of dry dispersion material
The results of researches of hydrodynamics of layers of the dry clay, formed as the particles of cylinder form, which have a different diameter, are resulted in the article. It is set that coefficient of resistance lie too long from the size of Re and diameter of particle.
Keywords: hydrodynamics, dispersion layer, clay.
Постановка завдання. Дослщження пдродинамжи руху газового потоку кр1зь дисперсне середовище з точки зору тепло- та масообмшу м1ж сере-довищем i потоком мае важливе значення тд час вивчення процесу сушшня дисперсного матерiалу продуванням гарячого повггря. Суть такого методу зневоднення матерiалiв полягае у тому, що шд дiею перепаду тисюв теплоно-сш вщбуваеться ^зь пори, капшяри чи канали об'екта сушшня в напрямку "поверхня шару матерiалу - перфорована поверхня" i його рух збшаеться з вектором дИ сили ваги. Залежшсть гiдравлiчного опору шару матерiалу вiд швидкостi руху теплоносiя визначае енергетичш витрати на процес сушшня, а також дае змогу його прогнозувати.
Аналiз останшх дослiджень та публжацш. Енергозбереження у всiх галузях народного господарства, на сьогоднi, е одшею з актуальнiших сучас-них проблем. Шляхи штенсифжацп сушiння дисперсних матерiалiв спрямо-ванi на енерго- та ресурсозбереження i успiшно реашзуються застосуванням методу 1х зневоднення в умовах фшьтраци теплоносiя крiзь шар матерiалу. Теоретичнi та експериментальнi дослщження [1, 2] доводять ефективнiсть цього методу. Однак, цшковитого вирiшення задач з питання руху потоку у дисперсному середовищд довшьно! форми не юнуе.
Формулювання мети статтi. На основi експериментальних досль джень, встановити залежшсть гiдравлiчного опору монодисперсного шару матерiалу вiд його структурних характеристик.
Виклад основного матерiалу. Встановлення закономiрностей змiни гiдравлiчного опору шару матерiалу вiд його структурних особливостей i швидкостi теплоносiя дае змогу аналiзувати енергетичнi витрати на процес. Вивчення пдродинамжи руху теплоносiя крiзь шар сухого матерiалу викону-валось в дiапазонi його висот вiд 0,02 до 0,3 м. Дослщний матерiал - моно-дисперснi частинки iз глини, сформованi у виглядi цилiндрiв, розмiром:
d х h = 0,006 м х 0,01 м; d х h = 0,008 м х 0,01 м; d х h = 0,01 м х 0,01 м; d х h = 0,012 м х 0,015 м.
Залежшсть гiдравлiчного опору вщ фiктивноl швидкостi теплоносiя ^зь монодисперсний шар матерiалу розмiром частин (d х h = 0,006 м х х 0,01 м) для рiзних його висот представлено на рис. 1, а. Встановлено, що щ залежнос^ мають параболiчний характер з випуклiстю до оЫ ординат. Подiб-
нии характер мають 1 1нш1 пдродинам1чн1 залежност1 досл1джуваних моно-дисперсних шар1в частинок глини, сформовано! у вигляд1 цилшдр1в з шшими д1аметрами (рис. 1, б). Збшьшення висоти шару матер1алу призводить до зростання Иого пдравл1чного опору (рис. 1, а), а збшьшення д1аметра цилш-дричних частин монодисперсного шару - до зменшення АР (рис. 1, б).
Основною характеристикою дисперсного середовища, що визначае Иого пдродинам1чш властивост1, е коефщент опору X, якиИ е прямо пропор-цшним до вщношення АР/1, екв1валентного д1аметра каналу ^ \ обернено пропорцшним до швидюсного тиску р • с1 /2 [3]
я = (1)
Н р • с
де: с - швидюсть потоку, м/с; АР - перепад тиску (Па) по висот шару Н (м), та екв1валентному д1аметру каналу - dе (м); р - густина потоку, кг/м .
1600
Па
1200
800
400
й = 0,006 М й = 0,008 м (1 = 0,010 м а = 0,012 м
а)
б)
Рис. 1. Залежтсть гiдравлiчного опору монодисперсного шару сухо'1 глини вiд фжтивноХ швидкостiруху теплоноЫя: а) для цилтдричних частинокрозм1ром ^хк = 0,006 м х 0,01 м) за висот шару: 1 - Н = 0,3 м; 1 - Н = 0,1 м; 3 - Н = 0,13 м; 4 - Н = 0,06 м; 5 - Н = 0,01 м; б) для р1зних д1аметр1в цилтдричних частинок за
висоти шару Н = 0,13 м
Величина коефщента опору X залежить вщ пдродинам1чного режиму, що визначаеться критер1ем Яе, якиИ характеризуе структуру потоку. Однак, необхщно враховувати И шш1 параметри, що залежать вщ структури та фор-ми шару. Теоретично розкрити змют величини X дуже складно, тому задачу виршують, базуючись на тому, що коефщ1ент опору е функщею багатьох па-раметр1в [3, 4]: величини Яе, структурних характеристик дисперсного шару, коефщ1ента форми Ф, що характеризуе форму частин тощо.
ПриИмаючи у загальному вигляд1, значення коефщента опору, можна записати [3]
С
А = —. (1)
Яеп
Показник степеня п величини Яе з рiвняння (2) залежить вiд режиму руху газового потоку ^зь шар матерiалу [3, 4] i зменшуеться в межах вiд одиницi (в ламшарнш областi) до нуля (в турбулентнш областi).
Структура дисперсного шару в об,емi апарата i безпосередньо бшя об-межуючих його стшок дещо вiдрiзняеться. Тому висоту шару матерiалу Нап доцiльно вибирати залежно вiд дiаметру цилшдрично! частинки d, користу-ючись спiввiдношенням Нап > 20 • d [3, 4].
Для визначення залежност коефщента опору вiд величини Яв вико-ристали результати експериментальних дослiджень гiдравлiчного опору ви-сотою шару в межах 0,13-0,3 м (рис. 1, а кривi 1-3), а також результати досль джень пдродинамжи монодисперсних шарiв за змiнного дiаметру частин (рис. 1, б). Узагальнення пдродинамжи монодисперсного шару у дiапазонi його висот 0,02-0,06 м (рис. 1, а кривi 4, 5) е недоцшьним, оскшьки не вико-нуеться умова Нап > 20 • d.
X
-
- Не
X
♦ 1
1*е
X
ч. * 1_
- •VI 1—
- Ре
ю
20
30
10
20
30
40
10
20
30
40
а)
X
- к
- А
- Ре
б) в) Рис. 2. Залежшсть коефщента опору вiд величини Яг мд час руху теплоноЫя крнь монодисперсний шар
сухоХ глини, сформованоI у виглядi цилшдричних частинок за змши висоти його шару вiд 0,13 до 0,3 м:
3 02
а) d х И = 0,006 м х 0,01 м; " "
ю
20
30
40
2)
б) d х И = 0,008 м х 0,01 м;
в) d х И = 0,01 м х 0,01 м;
г) d х И = 0,012 м х 0,015 м;
Я = Я 2 = Я =
А 4 =
Яе0'15 2,88
Яе0Д3 2,85
2,64 Яе0Д
(3)
(4)
(5)
(6)
Коефщенти С та показник степеня п з рiвняння (2) визначено експе-риментально (рис. 2, а, б, в, г) для рiзних дiаметрiв цилшдричних частинок, з яких утворений монодисперсний шар. Це необхщно для розрахунку коефь щента опору X та гiдравлiчного опору АР шару глини, сформовано! у виглядi частин цилшдрично! форми рiзних дiаметрiв. На основi експериментальних дослщжень визначено коефщент опору (за залежшстю (1)), а також величину критерш Рейнольдса.
Залежностi коефщента опору вiд величини Кв з рiвнянь (3)-(6) для цилшдричних частинок рiзних дiаметрiв мають степеневий характер та вказу-ють на залежшсть к вiд дiаметра. Також, встановлено, що коефщент С з рiв-няння (2) залежить вщ дiаметру частин.
С
(1, м
4000
3000
2000
1000
0.000
0.004
0.008
0.012
0.016
4000
Рис. 3. Залежшсть С = щ(ё) вiд Рис. 4. З^тавлення експериментальних
дiаметру цилшдричних частинок тарозрахункових, визначених за
матер^у залежшстю (11), значень гiдравлiчного опору
На цш основi побудовано графiчну залежшсть коефщента С (з рiвняння (2)) вщ дiаметра цилшдрично! частинки матерiалу (рис. 3), за якою визначено:
С = 1,24 • а "0Д8. (7)
Шд час аналiзу рiвняння (7) встановлено, що збшьшення а цилшдрич-но! частин глини призводить до зменшення коефщента С. Це пояснюеться тим, що внаслщок невпорядкованого укладання цилшдричних частин монодисперсного шару збшьшення розмiру частин призводить до зростання еквь валентного дiаметру каналiв ав, а, отже, i до зменшення швидкост руху теп-лоносiя ^зь монодисперсний шар.
Оскшьки експериментальнi дослщження з гiдродинамiки проводились у перехщнш областi (10 < Яе < 30), то з деяким припущенням приймаемо усе-
реднене значення показника степеня п = 0,13. Тод^ враховуючи залежнiсть (7) у дослщжуваному дiапазонi розмiрiв частинок, вираз (2) набувае вигляду:
, 1,24 • а -0'18
А = —
Яе
0,13
(8)
Експериментально встановлено, що iз зменшенням розмiру частинок монодисперсного шару зменшуеться його порiзнiсть, зростае коефiцiент опору к, а, отже, i швидкiсть потоку та гiдравлiчний ошр монодисперсного шару.
Користуючись залежностями (1), (2) та (8) величину гiдравлiчного опору к монодисперсного шару можна розрахувати:
1,24 Н Р •ы1
а0'18 • Яе0Д3 ^ ± ' 2 .
АР
(9)
Е^валентний дiаметр каналу пов'язаний iз дiаметром частинки такою залежшстю [3]:
1 2 • Ф •£• d (
^ = ~ТГл—), (10)
3 •(1 -е)
де: Ф - фактор форми; е - порiзнiсть шару.
Тод1, АР = ¿»^ • 3• Н-(1~Е) .р.*. (11)
^18 • Яе013 4 • Ф •е
За результатами експериментальних даних та розрахункових, визначе-них за рiвнянням (11), побудовано графiчну залежнiсть (рис. 4).
Варто зауважити, що реальнi перепади тиску у досл1джуваному шарi мо-жуть вдаилятись вiд розрахункових, визначених за залежшстю (11), на ±15 %.
Висновок. Вивчення пдродинамши руху газового потоку кр1зь моно-дисперснi шари глини, сформовано! у виглядi цилшдричних частинок змш-ного дiаметра' дало змогу встановити вплив !х дiаметра та режиму руху теп-лоноЫя на гiдравлiчний опiр цього шару у дiапазонi 10 < Яе < 30. Також, встановлено, що коефщ1ент опору X залежить вщ величини Яв, та d частинки. Отримано аналiтичну залежнiсть для розрахунку гiдравлiчного опору монодисперсного шару глини, сформовано! у виглядi цилшдричних частинок за-лежно вiд !х дiаметра' висоти шару та швидкост руху теплоносiя.
Лiтература
1. Гузьова 1.О., Ханик Я.М. Пдродинамша фшьтрацшного процесу сушшня диспер-сних матер1ал1в// Вюник ДУ "Льв1вська под1техн1кам: Х1м1я, технология речовин та !х застосу-вання. - Льв1в: ДУ "Льшвська подiтехнiкам. - 2000, № 414. - С. 168-172.
2. Ханик Я.М., Римар Т.1., Креховецький О.М. Пдродинамша i кiнетика процесу су-шiння глини в щiдьному шарi пiд час 1Ч нагрiвання// Наук. вюник УкрДЛТУ: Зб. наук.-техн. праць. - Львiв: УкрДЛТУ. - 2006, вип. 16.5. - С. 310-312.
3. Аэров М.Э., Тодес О.М., Наринский Д.А. Аппараты со стационарным зернистым слоем. - Л.: Химия, 1979. - 176 с.
4. Чудновский А.Ф. Теплообмен в дисперсных средах. - Л.: Химия, 1979. - 436 с.
УДК 621.86.001 Проф. €.В. Харченко, д-р техн. наук - НУ "RbeiecbKa
полтехшка"; тж.-мех. О.1. Квашенко -Дрогобицький ДПУ
M. 1вана Франка
РОЗРАХУНОК ДИНАМ1ЧНИХ ПРОЦЕС1В У П1Д1ЙМАЛЬНИХ ПРИСТРОЯХ З НЕСНИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ ЗМ1ННО1
ДОВЖИНИ
Розглядасться методика математичного моделювання динамiчних процеав у ni-дшмальних пристроях, роботах i манiпуляторах з несними елементами змшно! довжини.
Prof. Ye.V. Kharchenko-NU "L'vivs'kaPolitekhnika"; engineer-mechanic O.I. Kvashenko - Drogobych state pedagogical
university of the name of Ivan Franco
A calculation of dynamic processes is in jecks with the bearings elements of variable length
The methodology of mathematical modelling of the dynamic processes in robots and manipulators was considered. The analysis moves from regard the variable of length of supports the construction.
