Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ СМЕСИ В ОБЪЕМЕ СМЕСИТЕЛЯ НА ОДНОРОДНОСТЬ ПРИГОТАВЛИВАЕМОЙ СМЕСИ'

ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ СМЕСИ В ОБЪЕМЕ СМЕСИТЕЛЯ НА ОДНОРОДНОСТЬ ПРИГОТАВЛИВАЕМОЙ СМЕСИ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
25
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТУРБУЛЕНТНЫЙ СМЕСИТЕЛЬ / ПЕНОБЕТОННАЯ СМЕСЬ / ОДНОРОДНОСТЬ СМЕСИ / ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ / ОКРУЖНАЯ СКОРОСТЬ ПЕНОБЕТОННОЙ СМЕСИ / TURBULENT MIXER / FOAM CONCRETE MIX / MIX HOMOGENEITY / HYDRODYNAMIC FORCES / CIRCUMFERENTIAL SPEED

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Шуйский Анатолий Иванович, Щербань Евгений Михайлович, Стельмах Сергей Анатольевич, Доценко Наталья Александровна, Ельшаева Диана Михайловна

Цель исследования - изучение закономерностей движения потоков пенобетонной смеси и их влияния на однородность перемешивания. Результаты анализа закономерностей турбулентного переноса в смесителях указывают на особенности гидродинамики течения перемешиваемой среды применительно к смесителям без внутренних устройств или с внутренними устройствами малого сечения. Несмотря на более широкое распространение в промышленности смесителей без внутренних устройств, экспериментальные исследования проводились преимущественно в смесителях с перегородками, так как они обеспечивают высокую турбулентность процесса перемешивания, что позволяет эффективно приготовить пенобетонную смесь и равномерно распределить компоненты по всему объему смесителя. Проведенные экспериментальные исследования зависимости окружной скорости от характеристик внутренних устройств смесителя при приготовлении пенобетонной смеси показали высокую степень адекватности экспериментальных и расчетных данных. Расчеты по уравнениям, приведенным в статье, а также результаты измерений указывают на то, что при креплении в смесителе неподвижных элементов окружная скорость пенобетонной смеси существенно снижается. Необходимо отметить, что на неподвижные устройства, установленные в смесителе, действуют гидродинамические силы. Результаты проведенных исследований и анализ сравнения достигнутых результатов позволили нам сделать выводы о том, что при приготовлении пенобетонной смеси в турбулентном смесителе без внутренних отражательных перегородок эффект наличия цилиндрической поверхности с коэффициентом турбулентной диффузии, равным нулю, не дает возможности равномерно распределить компоненты смеси по всему объему и поризовать растворную смесь.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Шуйский Анатолий Иванович, Щербань Евгений Михайлович, Стельмах Сергей Анатольевич, Доценко Наталья Александровна, Ельшаева Диана Михайловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF THE MIXTURE FLOW PATTERN IN THE VOLUME OF A MIXER ON THE HOMOGENEITY OF THE PREPARED MIXTURE

An analysis of turbulent transport patterns in mixers revealed specific features of the flow hydrodynamics of the mixed medium with regard to mixers either without internal devices or with internal devices of small cross-section. Despite the increasing popularity of mixers without internal devices, experimental studies were carried out mainly in mixers with baffles, since they provide a higher turbulence of the mixing process allowing effective preparation of foam concrete mixtures with evenly distributed components throughout the mixer volume. Experimental studies of the dependence of peripheral velocity on the characteristics of the internal devices of the mixer in the preparation of foam concrete mixtures showed a high degree of agreement between the experimental and calculated data. Calculations based on the equations provided in the article and measurement results indicate that, when fixed elements are attached to the mixer, the circumferential velocity is significantly reduced. It should be noted that the fixed devices installed in a mixer are affected by hydrodynamic forces. The results of the conducted experiments and comparisons demonstrated that, when preparing a foam concrete mixture in a turbulent mixer without internal reflective baffles, the effect of a cylindrical surface with a turbulent diffusion ratio equal to zero makes it impossible to evenly distribute the mixture components throughout the volume and pore the mortar mixture.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРА ДВИЖЕНИЯ ПОТОКОВ СМЕСИ В ОБЪЕМЕ СМЕСИТЕЛЯ НА ОДНОРОДНОСТЬ ПРИГОТАВЛИВАЕМОЙ СМЕСИ»

Оригинальная статья / Original article УДК 691.327.333

DOI: http://dx.doi.org/10.21285/2227-2917-2020-4-618-627

Влияние характера движения потоков смеси в объеме смесителя на однородность приготавливаемой смеси

© А.И. Шуйский, Е.М. Щербань, С.А. Стельмах, Н.А. Доценко, Д.М. Ельшаева, М.С.

Самофалова, Ю.В. Жеребцов

Донской государственный технический университет, г. Ростов-на-Дону, Россия

Резюме: Цель исследования - изучение закономерностей движения потоков пенобетонной смеси и их влияния на однородность перемешивания. Результаты анализа закономерностей турбулентного переноса в смесителях указывают на особенности гидродинамики течения перемешиваемой среды применительно к смесителям без внутренних устройств или с внутренними устройствами малого сечения. Несмотря на более широкое распространение в промышленности смесителей без внутренних устройств, экспериментальные исследования проводились преимущественно в смесителях с перегородками, так как они обеспечивают высокую турбулентность процесса перемешивания, что позволяет эффективно приготовить пенобетонную смесь и равномерно распределить компоненты по всему объему смесителя. Проведенные экспериментальные исследования зависимости окружной скорости от характеристик внутренних устройств смесителя при приготовлении пенобетонной смеси показали высокую степень адекватности экспериментальных и расчетных данных. Расчеты по уравнениям, приведенным в статье, а также результаты измерений указывают на то, что при креплении в смесителе неподвижных элементов окружная скорость пенобетонной смеси существенно снижается. Необходимо отметить, что на неподвижные устройства, установленные в смесителе, действуют гидродинамические силы. Результаты проведенных исследований и анализ сравнения достигнутых результатов позволили нам сделать выводы о том, что при приготовлении пенобетонной смеси в турбулентном смесителе без внутренних отражательных перегородок эффект наличия цилиндрической поверхности с коэффициентом турбулентной диффузии, равным нулю, не дает возможности равномерно распределить компоненты смеси по всему объему и поризовать растворную смесь.

Ключевые слова: турбулентный смеситель, пенобетонная смесь, однородность смеси, гидродинамические силы, окружная скорость пенобетонной смеси

Для цитирования: Шуйский А.И., Щербань Е.М., Стельмах С.А., Доценко Н.А., Ельшаева Д.М., Самофалова М.С., Жеребцов Ю.В. Влияние характера движения потоков смеси в объеме смесителя на однородность приготавливаемой смеси. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2020. Т. 10. № 4. С. 618-627. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-4-618-627

Influence of the mixture flow pattern in the volume of a mixer on the homogeneity of the prepared mixture

Anatolii I. Shuiskii, Evgenii M. Shcherban', Sergei A. Stel'makh, Natal'ya A. Dotsenko, Diana M. El'shaeva, Mariya S. Samofalova, Yurii V. Zherebtsov

Don State Technical University, Rostov-on-Don, Russia

Abstract: An analysis of turbulent transport patterns in mixers revealed specific features of the flow hydrodynamics of the mixed medium with regard to mixers either without internal devices or with internal devices of small cross-section. Despite the increasing popularity of mixers without internal devices, experimental studies were carried out mainly in mixers with baffles, since they provide a higher turbulence of the mixing process allowing effective preparation of foam concrete mixtures with evenly distributed components throughout the mixer volume. Experimental studies of the dependence of peripheral velocity on the characteristics of the internal devices of the mixer in the preparation of foam concrete mixtures showed a high degree of agreement between the experimental and calculated data. Calculations based on the equations provided in the article and measurement results indicate that, when fixed elements are

Том 10 № 4 2020

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 618-627 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No.4 2020 _pp. 618-627

ISSN 2227-2917 eio (print)

618 ISSN 2500-154X (online)

attached to the mixer, the circumferential velocity is significantly reduced. It should be noted that the fixed devices installed in a mixer are affected by hydrodynamic forces. The results of the conducted experiments and comparisons demonstrated that, when preparing a foam concrete mixture in a turbulent mixer without internal reflective baffles, the effect of a cylindrical surface with a turbulent diffusion ratio equal to zero makes it impossible to evenly distribute the mixture components throughout the volume and pore the mortar mixture.

Keywords: turbulent mixer, foam concrete mix, mix homogeneity, hydrodynamic forces, circumferential speed

For citation: Shuiskii AI, Shcherban' EM, Stel'makh SA, Dotsenko NA, El'shaeva DM, Samofalova MS. Influence of the mixture flow pattern in the volume of a mixer on the homogeneity of the prepared mixture. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2020;10(4):618-627. (In Russ.) https://doi.org/10.21285/2227-2917-2020-4-618-627

Введение

Конструкции турбулентных смесителей (ТС), наиболее эффективных аппаратов для приготовления ячеистобетонных смесей, были заимствованы из технологий химической промышленности. Однако там ТС исследовались для гомогенизации химических растворов и слабоконцентрированных суспензий. Адаптация ТС к технологии приготовления ячеисто-бетонных смесей с принципиально отличными реологическими характеристиками - сложная научно-техническая проблема, требующая решения.

Результаты анализа закономерностей турбулентного переноса (ТП) в смесителях указывают на особенности гидродинамики течения перемешиваемой среды применительно к смесителям небольшого диаметра с внутренними деталями либо без них [1-6]. Опорной точкой является окружная скорость и ее радиальный градиент, которые значительно больше аналогичных показателей остальных пространственных составляющих. Вследствие этого можно принять подобными 2 параметра: градиент скорости осредненного течения и радиальный градиент окружной скорости при определении единичных значений коэффициентов ТП [7].

Исследователями установлено, что в смесителе присутствует так называемая цилиндрическая поверхность, в районе которой коэффициент ТП стремится к нулю или вовсе равен нулю (формула (1)) [7]. Вследствие этого внутренний объем смесителя как бы делится на пару концентрических зон. Радиальный обмен между такими зонами гораздо менее выражен, нежели внутри них. Смешивание частиц между этими двумя зонами протекает в основном путем меридиональной циркуляции. Граница, разделяющая выделенные зоны, и есть та самая цилиндрическая поверх-

ность, радиус которой чуть меньше радиуса мешалки и равен радиусу максимума окружной скорости. Параметр га (радиус активации) определяется по формуле (1), при помощи дифференцирования уравнения окружной скорости в зоне 0 < г < га:

Ыг) / ёг = 4^г;3 + 3^2г;2 +1 = 0, (1)

где ф1 - градиент скорости центральной зоны смеси; ф2 - градиент скорости периферийной зоны смеси.

Цель работы - изучение закономерностей движения потоков пенобетонной смеси и их влияния на однородность перемешивания.

Методы

С целью перехода от эмпирического поиска новых составов пенобетона к поиску на основе научных критериев исследования свойств пеноцементных систем были использованы современные методы испытания.

Количественная оценка структурно-механических свойств выполнена на ротационном вискозиметре «RHEOTEST-2.1». Этот прибор пригоден как для определения динамической вязкости ньютоновских жидкостей, так и для проведения более точных реологических исследований неньютоновских жидкостей. С его помощью можно определить такие характеристики, как структурная вязкость, ди-латансия, пластичность (предел текучести), тиксотропность.

При подготовке и проведении экспериментальных исследований для уменьшения числа независимых переменных (внешних факторов) предусматривались следующие мероприятия:

- использование во всех опытах одной серии компонентов бетонной смеси из одной партии;

- хранение сырьевых компонентов в герметично закрытой таре.

Определение свойств сырьевых материа-

Том 10 № 4 2020 ISSN 2227-2917

лов проводилось по общепринятым методам в соответствии с действующими нормативными документами.

Результаты и их обсуждение

Через поверхность радиуса га ТП в радиальном направлении оказывается затрудненным. Этот вывод подтверждается визуальными наблюдениями (рис. 1) распространения окраски или обесцвечивания жидкости в сосуде. Эксперимент, заключающийся в наполнении сосуда слабым щелочным раствором и добавлении избыточного количества кислоты вблизи стенки в присутствии фенолфталеина, приводит в результате к моментальному обесцвечиванию раствора в периферийной

части объема. При этом в центре сосуда будет сохраняться окрашенный столб жидкости в виде цилиндра (20-30 с). Данное явление изображено на рис. 1.

По наблюдениям диаметр и высота окрашенного столба не уменьшаются с течением времени. Если в среднюю и периферийную зоны смеси одновременно ввести кислоту, то внутренняя часть смеси обесцвечивается почти одновременно с периферийной, окраска сохраняется только в узкой кольцевой области. Значения радиуса этой области, то есть радиуса окрашенного цилиндра, оказываются весьма близкими к значениям га, вычисленным по уравнению (1).

ш

Рис. 1. Визуализация центральной зоны перемешиваемой среды посредством окрашивания Fig. 1. Visualization of the central zone of the stirred medium by staining

На рис. 2 изображено явление, полученное иным методом - фиксированием геометрии участка концентрированной зоны твердых частиц, имеющих меньшую плотность, нежели плотность среды [8]. Пути движения таких частиц во вращающемся потоке, создаваемом центробежными силами, направленными к оси вращения, при этом обратно, к стенке смесителя, их направляет турбулентная диффузия

(ТД). В таких условиях пересечение цилиндрической поверхности с нулевым коэффициентом ТД легкими частицами происходит фактически только от стенок смесителя к его центру. Большинство частиц концентрируется именно в центре объема смесителя, что показывает эксперимент с использованием частиц каучука и полиэтиленовых гранул (рис. 2).

Рис. 2. Измерение зоны концентрации твердых частиц с использованием частиц каучука) Fig. 2. Particulate zone measurement (using rubber particles)

Концентрация таких частиц вблизи стенки смесителя ничтожно мала вследствие перемещения небольшого их количества из цен-

тральной зоны циркуляционным потоком. Вращательное движение смесителя образует в смеси центральную воронку, и поэтому про-

ISSN 2227-2917

(print) ISSN 2500-154X (online)

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate

Том 10 № 4 2020

с. 618-627 Vol. 10 No.4 2020 pp. 618-627

исходит подъем уровня пенобетонной смеси в периферийной зоне (рис. 3). При высоких значениях угловой скорости перемешиваемой среды глубина воронки больше либо равна расстоянию от поверхности смеси до перемешивающих лопастей. Если поверхность воронки имеет большой радиус, то в смесь остаются погруженными только нижние части лопастей. Это приводит к уменьшению полез-

ной площади лопастей, и вследствие этого -величины крутящего момента, приложенного к пенобетонной смеси. При этом в зоне охвата лопастей образуется смесь газа и жидкости с одновременным вовлечением воздуха в смесь и его диспергированием. В итоге плотность среды в районе лопастей становится несколько ниже средней ее плотности во всем смесителе.

Рис. 3. Центральная воронка в смесителе без отражательных перегородок с трехлопастной мешалкой Fig. 3. Center hopper in mixer without baffle plates with three-blade stirrer

Большой объем образующейся внутри смесителя воронки способствует, как уже было сказано выше, повышению уровня пенобе-тонной смеси в периферийной зоне и, как следствие, повышению гидравлического давления на стенку сосуда. При этом наблюдения показывают, что повышение уровня смеси у стенок смесителя невелико, поэтому крутящий момент увеличивается также незначительно; происходит значительное снижение потребляемой мощности вследствие погружения внутренних кромок лопастей мешалки в объем воронки. Рассмотренное выше влияние образующейся в центре перемешиваемой среды воронки неполное, так как еще имеют место несовпадения оси вращения лопастей и оси смесителя. В реальных условиях присутствуют эксцентриситет и вибрация валов, а также несовершенства в геометрии корпусов, поэтому ось воронки двигается прецессионно относительно оси смесителя, а ее глубина, скорость смеси и крутящий момент на валу непостоянны, особенно при наличии в смесителе неподвижных внутренних устройств. Данное явление приводит к быстрому износу подшипников и уплотнений вследствие колеблющихся динамических нагрузок и в результате - к поломке валов мешалок.

С увеличением объема смесителя частота вращения и относительная глубина воронки уменьшаются, и влияние воронки, наиболее

заметное в смесителях малых размеров, при переходе к промышленным масштабам ослабевает. Это обстоятельство накладывает определенные ограничения на физическое моделирование процессов, проводимых при перемешивании. В частности, во многих случаях интенсивность перемешивания, необходимая и легко обеспечиваемая в промышленном смесителе без внутренних устройств, оказывается недостижимой в лабораторной или полупромышленной модели вследствие образования воронки. Для решения этой проблемы целесообразно установить в корпусе смесителя отражательные перегородки. В этом случае характер распределения скорости ф1 становится более хаотичным в различных зонах, количество частиц, концентрирующихся в периферийной части, увеличивается вследствие большего их оттока из этих зон. Это оправдывает даже тот факт, что установка отражательных перегородок в смеситель увеличивает мощность привода смесителя на 10-15%.

Несмотря на более широкое распространение в промышленности смесителей без внутренних устройств, экспериментальные исследования проводились преимущественно в смесителях с перегородками (рис. 4), так как они обеспечивают высокую ТП перемешивания, что позволяет эффективно приготовить пенобетонную смесь и равномерно распределить компоненты по всему объему смесителя.

Том 10 № 4 2020 ISSN 2227-2917

Рис. 4. Схема расположения отражательных перегородок в смесителе с конической частью Fig. 4. Arrangement of baffles in a mixer with a conical part

Уменьшение скорости окружного течения возможно достичь при помощи крепления в смесителе отражательных перегородок. При этом также достигается увеличение радиальной и осевой скорости. Отражательные перегородки, при их обтекании окружным потоком создают гидравлическое сопротивление, оказывая влияние на распределение скоростей. В тех случаях, когда момент сопротивления отражательных перегородок ненамного больше, чем момент сопротивления корпуса смесителя, характер распределения окружной скорости аналогичен, рассмотренному в [911], а осевая и радиальная скорости все так же остаются гораздо ниже, нежели окружная. Наблюдения показывают, что уменьшение окружной скорости пропорционально увеличению сопротивления отражательных перегородок.

В смесителях, имеющих неподвижные внутренние устройства с большим сопротивлением, радиальная и осевая составляющие скорости практически совпадают по величине между собой [12], а гидродинамический процесс в таких условиях в основном зависит от меридиональной циркуляции [13]. При этом имеет место так называемая неуравновешенность поля скоростей потока, а также периодические колебания завихрений смеси [14].

Известны попытки теоретического обоснования данного процесса [15], но из-за значительной сложности картины возникающих потоков течения сред добиться конкретных и точных эмпирических зависимостей, подробно описывающих поле скоростей, пока не удалось. В настоящее время наиболее реально использование упрощенных моделей для качественного описания характера распределения скорости. Характер распределения осевой

скорости по радиусу смесителя при установке активатора вблизи днища может быть оценен при соблюдении следующих условий:

- зависимость осевой скорости от окружного потока бесконечно мала;

- осевая скорость течения постоянна по высоте за счет того, что в радиальном направлении от центра к стенке смесителя осевой поток поворачивает в основном в районе плоскости мешалки, а обратно направляется уже в районе поверхности пенобетонной смеси.

Упрощенная схема течения позволяет выразить циркуляционный расход смеси в виде уравнения (2).

Несмотря на довольно приближенный характер исходных данных (ш Ф 0 при га = R), уравнения удовлетворительно описывают качественные зависимости распределения осевой составляющей скорости. Данные уравнения могут также применяться и для количественных оценок, опираясь на известную величину циркуляционного расхода q. Однако нахождение значения q довольно затруднительно. Опытным путем определено, что циркуляционный расход в смесителях с отражательными перегородками связан с характеристиками активатора. Расчет циркуляционного расхода представлен в уравнении:

q * 2 Rndl

(2)

где п - частота вращения активатора, об/с; dm - диаметр активатора, м.

Коэффициент циркуляционного расхода Rq, входящий в уравнение (2), изменяется в широких пределах [16] и зависит от типа мешалки, соотношений ее размеров, геометрии смесителя [17] и свойств перемешиваемой жидкости [18]. Как следует из результатов экс-

ISSN 2227-2917

(print) ISSN 2500-154X (online)

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate

Том 10 № 4 2020

с. 618-627 Vol. 10 No.4 2020 pp. 618-627

периментов, проведенных с помощью различных методов, в частности прямого измерения скоростей потоков, вычисления времени достижения однородности среды [19], для лопастных мешалок Rq = 0,5-1.

Расчетная оценка окружной составляющей скорости может быть выполнена на основе данных о геометрии смесителя и коэффициенте сопротивления активатора. В смесителях с отражательными перегородками, как и в смесителях без внутренних устройств, свойства окружного потока должны соответствовать требованию равновесия моментов, причем уравнение момента сопротивления должно быть дополнено параметром, характеризующим гидравлическое сопротивление отражательных перегородок, обтекающих окружным потоком [20]: Это выражается следующей формулой:

Мр - Мсопр = Mкорп + Meu ,

мйн = yz- Ml,

вн ¿_ц=2 5

(3)

(4)

где М1 - момент сопротивления ьй отражательной перегородки; Zвн - количество отражательных перегородок.

Если ширина проекции отражательной перегородки на радиальную плоскость не более трети радиуса смесителя, изменением скорости в районе радиуса, занятого отражательной перегородкой, можно пренебречь.

Наиболее часто встречающиеся на практике внутренние устройства - это цилиндрические либо плоские элементы в виде труб, пластин, сплюснутых труб, имеющие значения коэффициентов сопротивления ^ в пределах от 1 до 2.

В тех случаях, когда число и площадь стационарных отражательных перегородок имеют малые значения, момент их сопротивления Мвн не превышает удвоенного момента сопротивления корпуса смесителя, а форма профиля скорости в смесителе с внутренними устройствами остается практически неизменной в сравнении с формой профиля такого же смесителя, но без внутренних устройств.

С увеличением сопротивления отражательных перегородок происходит уменьшение значений окружной скорости в отдельных зонах, сопровождающееся уменьшением разности между значениями окружных скоростей смеси при разных радиусах, то есть как бы сглаживание профиля [21-23].

Различие между локальными значениями окружной скорости в основной части объема смесителя составляет примерно 10-15%. Поэтому можем принять в расчете в первом при-

ближении:

) ~ ^. (5)

и отсюда следует, что момент сопротивления внутренних устройств оказывается значительно больше момента сопротивления корпуса смесителя, и уравнение может быть использовано в упрощенной форме, отражающей только сопротивление внутренних устройств:

0,25 - 0,67v + 0,5v ZnL--

7тк

—+Y pfa (6) 2,2(Rv Re, )°,25 p R3 ( )

Уравнения недостаточно точные, так как отражают только усредненные параметры распределения окружной скорости и не учитывают частные особенности поля скоростей вблизи отражательных перегородок. Однако они описывают влияние основных конструктивных свойств смесителя без применения дополнительных экспериментальных данных. Значения коэффициентов сопротивления отражательных перегородок определяются по справочной литературе, например [1].

Проведенные экспериментальные исследования зависимости окружной скорости от характеристик внутренних устройств смесителя при приготовлении пенобетонной смеси показали высокую степень адекватности экспериментальных и расчетных данных (рис. 5). Для проверки расчетных данных нами проведен эксперимент. В смесителе объемом 250 л устанавливались внутренние устройства (отражательные перегородки) с коэффициентом сопротивления = 1...3, скорость вращения трехлопастного активатора - 500 об/мин, в качестве смеси использовались измельченный каучук и вода.

Расчеты по уравнениям, приведенным в данном исследовании, а также полученные данные измерений указывают на то, что при монтаже в смесителе стационарных деталей окружная скорость смеси существенно снижается (рис. 5). Необходимо отметить, что на неподвижные устройства, установленные в смесителе, воздействуют гидродинамические силы. Расчет таких сил может производиться с использованием значений окружной скорости смеси v(r¡), определяемых с помощью приведенных выше уравнений. Сила, действующая на ье устройство, определяется по формуле

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

i = M = рРЩг1 .

r 2

(7)

Погрешность расчета Pi, составляет 15-20%.

Том 10 № 4 2020 ISSN 2227-2917

1 2 3

Коэффициент сопротивления внутренних устройств £ m

Рис. 5. Характер влияния отражательных перегородок на окружную скорость: 1 - расчетные оценки; 2 - экспериментальные данные Fig. 5. The dependence of the peripheral speed on the characteristics of the internal devices: 1 - estimated estimates; 2 - experimental data

Выводы

Результаты проведенных исследований и анализ сравнения достигнутых результатов позволили нам сделать выводы о том, что при приготовлении пенобетонной смеси в ТС без внутренних отражательных перегородок эффект наличия цилиндрической поверхности, на которой коэффициент ТД стремится к нулю, не

дает возможности равномерно распределить компоненты смеси по всему объему и поризо-вать растворную смесь. Поэтому для получения наибольшей однородности пенобетонной смеси и энергоэффективности перемешивания целесообразно использовать в конструкциях смесителей внутренние неподвижные устройства.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.М. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. Л.: Химия, 1984. 336 с.

2. Васильцов Э.А., Ушаков В.Г. Аппараты для перемешивания жидких сред. Л.: Машиностроение, 1979. 752 с.

3. Фадеева B.C. Формирование структуры пластичных паст строительных материалов при машинной переработке. М.: Стройиздат, 1972. 222 с.

4. Моргун Л.В., Моргун В.Н. Влияние дисперсного армирования на агрегативную устойчивость пенобетонных смесей // Строительные материалы. 2003. № 1. С. 33-35.

5. Румянцев Б.М., Зудяев Е.А., Критарасов Д.С. Технология и оборудование для производства пенобетонов методом сухой минерализации пены // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 1999. № 3-4. С. 3637.

6. Шуйский А.И., Кузнецов С.В., Стельмах С.А., Щербань Е.М., Торлина Е.А. О влиянии некоторых геометрических параметров пенобетонос-

месителя на качество пенобетонной смеси и потребляемую мощность // Вестник ВСГУТУ. 2020. № 2(77). С. 51-58.

7. Shuisky A., Stelmakh S., Shcherban E., Torlina E. Recipe-technological aspects of improving the properties of nonautoclaved aerated concrete. MATEC Web of Conferences. 2017. 129. 05011.

8. Щербань Е.М., Гольцов Ю.И., Ткаченко Г.А., Стельмах С.А. Рецептурно-технологические факторы и их роль в формировании свойств пенобетонов, полученных из смесей, обработанных переменным электрическим полем // Инженерный вестник Дона. 2012. № 3.

9. Щербань Е.М., Ткаченко Г.А., Гольцов Ю.И., Стельмах С.А. О влиянии обработки пенобе-тонной смеси переменным электрическим полем на свойства пенобетона // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 1.

10. Павлов А.Н., Гольцов Ю.И., Стельмах С.А., Щербань Е.М. Прочность пенобетона при воздействии переменного электрического поля // Научное обозрение. 2015. № 10-1. С. 147-150.

ISSN 2227-2917 Том 10 № 4 2020 сп л (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 618-627 624 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No.4 2020 _(online)_pp. 618-627

11. Рейнольдс А.Дж. Турбулентные течения в инженерных приложениях. М.: Энергия, 1979. 405 с.

12. Wallevik J.E., Wallevik O.H. Analysis of shear rate inside a concrete truck mixer // Cement and Concrete Research. 2017. Vol. 95. P. 9-17.

13. Lerch J.O., Bester H.L., Van Rooyen A.S., Combrinck R., de Villiers W.I., Boshoff W.P. The effect of mixing on the performance of macro synthetic fibre reinforced concrete // Cement and Concrete Research. 2018. Vol. 103. P. 130-139.

14. Elgindi T.M., Zlatos A. Universal mixers in all dimensions // Advances in Mathematics. 2019. Vol. 356. № 106807.

15. Valigia M.C., Logozzoa S., Rinchi M. Wear resistance of blades in planetary concrete mixers. Part II: 3D validation of a new mixing blade design and efficiency evaluation // Tribology International. 2016. Vol. 103. P. 37-44.

16. Valigia M.C., Logozzoa S., Rinchi M. Wear resistance of blades in planetary concrete mixers. Design of a new improved blade shape and 2D validation // Tribology International. 2016. Vol. 96. P. 191-201.

17. Liu B., Xu Z., Xiao Q., Huang B. Numerical study on solid suspension characteristics of a coaxial mixer in viscous systems // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019. Vol. 27. Issue 10. P. 2325-2336.

18. Haddadi M.M., Hosseini S.H., Rashtchian D., Olazar M. Comparative analysis of different static

mixers performance by CFD technique: An innovative mixer // Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020. Vol. 28. Issue 3. P. 672-684.

19. Cai R., Hou Z., Zhao Y. Numerical study on particle mixing in a double-screw conical mixer // Powder Technology. 2019. Vol. 352. P. 193-208.

20. Harish V.V.N., Migyung Cho, Jaesool Shim Effect of Rotating Cylinder on Mixing Performance in a Cylindrical Double-Ribbon Mixer // Appl. Sci. 2019. Vol. 9. Issue 23. № 5179.

21. Pavlov A.N., Gol'Tsov Yu.I., Mailyan L.R., Shcherban' E.M., Stel'Makh S.A. Relaxation processes during activation of cement mixing water // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 896. № 012124.

22. Stel'makh S.A., Shcherban E.M., Zholobov A.L. Electroactivation Of Foam Concrete For Buildings And Structures With Improved Constructive And Energy Efficient Characteristics // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 463. Issue 2. № 022034.

23. Stel'makh S. A., Shcherban E. M., Nazhuev M. P., Cherpakov A. V., Parinov I. A. Experimental and Theoretical Approach to Assessing the Strength Properties of Layered Tubular Constructions Made of Heavy Concrete // Proceedings of the 2019 International Conference on "Physics, Mechanics of New Materials and Their Applications", 2020.

REFERENCES

1. Braginskii LN, Begachev VI, Barabash VM. Mixing in liquid media: Physical foundations and engineering calculation methods. Leningrad: Himia; 1984. 336 p. (In Russ.)

2. Vasil'tsov Ea, Ushakov VG. Apparatus for mixing liquid media. Leningrad: Mashinostroenie; 1979. 752 p. (In Russ.)

3. Fadeeva BC. Formation of the structure of plastic pastes of building materials by machine processing. Moscow: Stroiizdat; 1972. 222 p. (In Russ.)

4. Morgun LV, Morgun VN. Influence of dispersed reinforcement on the aggregate stability of foam concrete mixtures. Stroitel'nye materialy = Construction materials. 2003;1:33-35. (In Russ.)

5. Rumyantsev BM, Zudyaev EA, Kritarasov DS. Technology and equipment for the production of foam concrete by the method of dry foam mineralization. Stroitel'nye materialy, oborudovanie, tekhnologii XXI veka = Building materials, equipment, technologies of the XXI century. 1999;3-4:36-37.

6. Shuiskii AI, Kuznetsov SV, Stel'makh SA, Shcherban' EM, Torlina EA. On the influence of some geometrical parameters of the foam concrete mixer on the quality of the foam concrete mixture and the power consumption. Vestnik VSGUTU. 2020;2:51-58. (in Russ.)

7. Shuisky A., Stelmakh S., Shcherban E., Torlina E. Recipe-technological aspects of improving the properties of nonautoclaved aerated concrete. MATEC Web of Conferences. 2017. 129. 05011.

8. Shcherban' EM, Gol'tsov YuI, Tkachenko GA, Stel'makh SA. Recipe and technological factors and their role in the formation of properties of foam concrete obtained from mixtures treated with an alternating electric field. Inzhenernyi vestnik Dona = Engineering Bulletin of the Don. 2012;3. (In Russ.)

9. Shcherban' EM, Tkachenko GA, Gol'tsov YuI, Stel'makh SA. On the effect of processing a foam concrete mixture with an alternating electric field on the properties of foam concrete. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya = Modern problems of science and education. 2012;1. (In Russ.)

Том 10 № 4 2020 ISSN 2227-2917

10. Pavlov AN, Gol'tsov YuI, Stel'makh SA, Shcherban' EM. Strength of foam concrete under the influence of an alternating electric field. Nauch-noe obozrenie = Scientific review. 2015;10—1:147— 150. (In Russ.)

11. Reinol'ds ADzh. Turbulent flows in engineering applications. Moscow: Energiya; 1979. 405 p. (In Russ.)

12. Wallevik JE, Wallevik OH. Analysis of shear rate inside a concrete truck mixer. Cement and Concrete Research. 2017;95:9-17.

13. Lerch JO, Bester HL, Van Rooyen AS, Combrinck R, de Villiers WI, Boshoff WP. The effect of mixing on the performance of macro synthetic fibre reinforced concrete. Cement and Concrete Research. 2018;103:130-139.

14. Elgindi TM, Zlatos A. Universal mixers in all dimensions. Advances in Mathematics. 2019;356:106807.

15. Valigia MC, Logozzoa S, Rinchi M. Wear resistance of blades in planetary concrete mixers. Part II: 3D validation of a new mixing blade design and efficiency evaluation. Tribology International. 2016;103:37-44.

16. Valigia MC, Logozzoa S, Rinchi M. Wear resistance of blades in planetary concrete mixers. Design of a new improved blade shape and 2D validation. Tribology International. 2016;96:191-201.

17. Liu B, Xu Z, Xiao Q, Huang B. Numerical study on solid suspension characteristics of a coaxial

Сведения об авторах

Шуйский Анатолий Иванович,

кандидат технических наук, доцент кафедры технологического инжиниринга и экспертизы в стройиндустрии,

Донской государственный технический университет,

344022, г. Ростов-на-Дону,

ул. Социалистическая, 162, Россия,

e-mail: a2293613@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/ 0000-0002-8885-2843

Щербань Евгений Михайлович,

кандидат технических наук,

доцент кафедры инженерной геологии,

оснований и фундаментов,

Донской государственный технический

университет,

344022, г. Ростов-на-Дону,

ул. Социалистическая, 162, Россия,

Se-mail: au-geen@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5376-247X

mixer in viscous systems. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019;27(10):2325-2336.

18. Haddadi MM, Hosseini SH, Rashtchian D, Olazar M. Comparative analysis of different static mixers performance by CFD technique: An innovative mixer. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2020;28(3):672-684.

19. Cai R, Hou Z, Zhao Y. Numerical study on particle mixing in a double-screw conical mixer. Powder Technology. 2019;352:193-208.

20. Harish VVN, Migyung Cho, Jaesool Shim Effect of Rotating Cylinder on Mixing Performance in a Cylindrical Double-Ribbon Mixer. Appl. Sci. 2019;9(23):5179.

21. Pavlov AN, Gol'Tsov YuI, Mailyan LR, Shcherban' EM, Stel'Makh SA. Relaxation processes during activation of cement mixing water. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020;896:012124.

22. Stel'makh SA, Shcherban EM, Zholobov AL. Electroactivation Of Foam Concrete For Buildings And Structures With Improved Constructive And Energy Efficient Characteristics. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018;463(2):022034.

23. Stel'makh SA, Shcherban EM, Nazhuev MP, Cherpakov AV, Parinov IA. Experimental and Theoretical Approach to Assessing the Strength Properties of Layered Tubular Constructions Made of Heavy Concrete. Proceedings of the 2019 International Conference on "Physics, Mechanics of New Materials and Their Applications. 2020.

Information about the authors

Anatolii I. Shuiskii,

Cand. Sci (Eng.), Associate Professor

of the Department of Technological Engineering

and Expertise in the Construction Industry,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

e-mail: a2293613@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8885-2843

Evgenii M. Shcherban',

Cand. Sci (Eng.), Associate Professor

of the Department of Engineering Geology,

Bases and Foundations,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

He-mail: au-geen@mail.ru

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-5376-247X

ISSN 2227-2917 Том 10 № 4 2020 ллл (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 618-627 626 ISSN 2500-154X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 10 No.4 2020 _(online)_pp. 618-627

Стельмах Сергей Анатольевич,

кандидат технических наук,

доцент кафедры инженерной геологии,

оснований и фундаментов,

Донской государственный технический

университет,

344022, г. Ростов-на-Дону,

ул. Социалистическая, 162, Россия,

e-mail: sergej.stelmax@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0364-5504

Доценко Наталья Александровна,

магистрант,

Донской государственный технический университет,

344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, Россия, e-mail: natalya_1998_dotsenko@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7829-6401

Ельшаева Диана Михайловна,

магистрант,

Донской государственный технический университет,

344022, г. Ростов-на-Дону,

ул. Социалистическая, 162, Россия,

e-mail: diana.elshaeva@yandex.ru

ORCID: https://orcid.org/ 0000-0002-8086-6300

Самофалова Мария Сергеевна,

магистрант,

Донской государственный технический университет,

344022, г. Ростов-на-Дону,

ул. Социалистическая, 162, Россия,

e-mail: mary.ss17@yandex.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9950-8696

Жеребцов Юрий Владимирович,

магистрант,

Донской государственный технический университет,

344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, Россия, e-mail: yuri.zherebtsov@gmail.com ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6162-0049

Заявленный вклад авторов

Все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Статья поступила в редакцию 07.09.2020; одобрена после рецензирования 05.10.2020; принята к публикации 08.10.2020.

Sergei A. Stel'makh,

Cand. Sci (Eng.), Associate Professor

of the Department of Engineering Geology,

Bases and Foundations,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

e-mail: sergej.stelmax@mail.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0002-0364-5504

Natal'ya A. Dotsenko,

Undergraduate,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

e-mail: natalya_1998_dotsenko@mail.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0001-7829-6401

Diana M. El'shaeva,

Undergraduate,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

e-mail: diana.elshaeva@yandex.ru ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8086-6300

Mariya S. Samofalova,

Undergraduate,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

e-mail: mary.ss17@yandex.ru

ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9950-8696

Yurii V. Zherebtsov,

Undergraduate,

Don State Technical University,

162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don,

344022, Russia,

e-mail: yuri.zherebtsov@gmail.com ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6162-0049

Contribution of the authors

All authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication.

The authors declare no conflicts of interests.

The article was submitted 07.09.2020; approved after reviewing 05.10.2020; accepted for publication 08.10.2020.

Том 10 № 4 2020 ISSN 2227-2917

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.