РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ
АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КЛАССИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛА
В ПОМОЛЬНЫХ АГРЕГАТАХ СУХОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ
В помольных агрегатах замкнутого цикла аэродинамическая классификация частиц осуществляется в газодисперсном потоке, который создается в мельнице (проходные классификаторы) либо в узле смешения загружаемого исходного материала с несущим газом (классификаторы с механической загрузкой). Частица в газодисперсном потоке испытывает действие альтернативных сил, приводящих к разделению частиц по крупности. Одна из таких сил - аэродинамическое сопротивление, другая - массовая - пропорциональна объему частицы.
По взаимной ориентации аэродинамической и массовой сил классификаторы разделяются на противоточные (равновесные) и инерционные. Но во всех случаях определяющую роль для процесса классификации играют силы аэродинамического сопротивления.
Целью моделирования процесса классификации является получение зависимостей, которые связывают параметры кривой разделения с конструктивными параметрами аппарата.
Модель движения частицы в стационарном потоке газа определяется совокупностью следующих уравнений в векторной форме:
поля скоростей несущего газа:
; (2.1)
результатов действия альтернативных сил:
,
;
(2.2)
с начальными условиями: , при t = 0,
где m - масса частицы;
- радиус-вектор частицы;
- скорость несущего газа;
- скорость частицы;
Fm - равнодействующая массовых сил;
dч - диаметр частицы;
?г - плотность газа;
? - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы.
Для определения скоростей движения частиц (соответственно и траекторий) по уравнениям математической модели необходима информация:
- о влиянии параметров движения на ? - коэффициент аэродинамического сопротивления частицы потоку несущего газа;
- о реальных значениях скоростей несущего газа в соответствующих точках.
Величина ? зависит от критерия Рейнольдса, зависящего от диаметра частицы dч и относительной скорости обтекания ее потоком v-w:
,
где ? - коэффициент динамической вязкости газа.
Зависимость ? = f(Re) дается опытной кривой Рэлея, табличные данные, для построения которой приведены в ряде работ, например [75]. Там же дана сводка предложенных различными авторами аппроксимирующих ее зависимостей и оценка вносимых при этом погрешностей.
При решении уравнений 2.1-2.2 наиболее сложным оказывается вопрос описания поля скоростей несущего газа. Проточная часть большинства аэродинамических классификаторов имеет весьма сложную форму, вследствие чего в потоке несущего газа возникают вихревые структуры и теоретическое описание поля скоростей на основе решений уравнений газодинамики либо сталкивается с непреодолимыми вычислительными трудностями, либо, если использованы далеко идущие упрощения, значительно отличается от реальной картины. При использовании модельных представлений о поле скоростей несущего потока газа, без учета влияния крупномасштабных вихревых структур, получение адекватных аналитических зависимостей, описывающих процесс классификации, невозможно.
2.1. Новые принципы воздушной классификации материала на базе аэродинамической классификации с использованием отражательных элементов
Решением для эффективной классификации является обеспечение для заданного диаметра равновесных частиц необходимых параметров однородности турбулентного потока [4,7,22].
Однако присутствие в потоке частиц, значительно превышающих размер равновесных частиц, приводит к созданию турбулентного следа за ними во время движения в потоке, что резко снижает эффективность разделения.
Кроме того, присутствие в потоке частиц значительно меньших размера равновесных частиц приводит к их конгломерации или налипанию мелких частиц на частицы большего диаметра, что также снижает эффективность разделения.
Создание классификатора новой конструкции, позволяющего значительно повысить эффективность разделения газодисперсного потока, предлагается за счет использования трех принципиально новых решений:
- осаждения крупной фракции в первой ступени;
- разрушения конгломератов из мелких частиц и отделение их от общего потока на входе во вторую ступень;
- повышения турбулентной однородности во второй ступени точного разделения.
Поэтому на первом этапе предлагается из двухфазного потока выделить частицы твердой фракции, диаметр которых превышает равновесные частицы более чем в 4-5 раз и отправить их на домол. Другими словами, необходимо создать двухступенчатый классификатор, причем его первая ступень должна производить грубое разделение, а во второй ступени производится точное разделение, где размер равновесной частицы соответствует заданному значению. Такое решение в несколько раз снижает циркуляционную нагрузку во второй ступени классификатора и предотвращает появления в нем крупных вихрей турбулентного следа. Однако создание первой ступени классификатора должно основываться на принципиально новых решениях разделения, т.к. в ней необходимо полностью исключить осаждение мелкой фракции и подготовить материал к точному разделению во второй ступени. Во время движения крупных частиц в турбулентном потоке происходит налипание на них мелких частиц, кроме того, мелкие частицы часто объединяются в конгломераты и при традиционных методах разделения уходят в крупную фракцию. Поэтому в первой ступени предлагается установить экран на пути двухфазного турбулентного потока, частично перекрывающий газоход. Мелкие частицы, время релаксации которых невелико, будут огибать экран вместе с потоком воздуха и уходить во вторую ступень сепаратора на точное разделение. Крупные частицы и конгломераты будут ударяться об экран. В результате удара конгломератов об экран про