РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО
ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ
ПОРЦИОННОМ РЕЖИМЕ ДВИЖЕНИЯ
2.1. Обоснование конструктивной схемы пневмотранспортной установки с порционным режимом движения аэросмесей, основные допущения
Улучшение технико-экономических показателей пневматического транспорта, прежде всего, основано на увеличении концентрации смеси газоматериального потока, путём перехода от режима движения частиц сыпучего материала "в полете" к режиму порционного движения аэросмесей [108]. Реконструкция режима движения аэросмесей от "полета отдельных частиц во взвешенном состоянии" к порционному режиму движения позволит обеспечить равные или очень близкие скорости движения несущей среды и масс сыпучего материала, движущихся в форме отдельных порций объема сыпучего материала. Последнее позволит уменьшить ограничения по транспортабельным свойствам материала, снизить энергозатраты на процесс транспортирования , повысить дальность доставки, уменьшить износ материалопровода и выброс пыли в окружающую среду.
Практически такой режим движения осуществляется вводом в материалопровод аэрированных объемов сыпучего материала чередующихся с объемами воздуха. С точки зрения конструкции более рациональной представляется загрузка транспортного трубопровода сплошным потоком сыпучего материала в аэрированном состоянии и последующей разбивкой его на отдельные порции, далее сохраняющиеся на всем участке транспортирования. Как в одном, так и в другом случае, движение аэросмесей можно рассматривать как газодинамический гетерогенный поток с периодически повторяющимся по длине трубопровода распределением объемных концентраций двухфазного потока. Область высокой объемной концентрации твердой фазы характеризуется как "порция" сыпучего материала, а область ее разделяющая - (воздушные объемы) - воздушная прослойка. Период чередования этих масс величина постоянная. Движение центров тяжести каждого элемента так же является постоянным, что соответствует установившемуся режиму.
Перемещение сыпучих материалов в пневмотранспортном трубопроводе, рассматривается как движение системы "газ - твердые частицы". Основной особенностью этого движения является ее неоднородность. Взятый в данном объеме каждый отдельный компонент не представляет непрерывную среду, что вызывает определенные затруднения при теоретических исследованиях газоматериального потока в пневмотранспортном трубопроводе. Поэтому, используется подход, основанный на осреднении в пределах фазы, что равновесно принятию допущения о сплошности каждой отдельной фазы [66...68, 70...72].
Любая двухфазная гетерогенная среда по сути представляет собой неоднородную сплошную среду. Основное ее отличие от однородной заключается в том, что область пространства, занятая неоднородной средой, содержит границы раздела фаз, на которой претерпевают разрывы непрерывности плотность, импульс, кинетическая и внутренняя энергии среды на единицу объема. В данном случае граница раздела фаз с точки зрения математики является сингулярной поверхностью относительно упомянутых характеристик. Сплошная однородная среда не имеет таких поверхностей [68]. Принятие гипотезы о сплошности позволяет провести сглаживание для каждой фазы, превращая ее в непрерывную сплошную среду, для которой сглаживаются все параметры фазы, становясь непрерывными функциями координат. Двухфазная среда рассматривается как два взаимопроникающих и взаимодействующих континуума, что позволяет описать поведение отдельно взятой фазы уравнениями механики жидкости и газа [59, 60, 61, 77, 78, 98...103].
В пневматическом трубопроводе в общем случае могут перемещаться гомогенные и гетерогенные, неоднородные или многофазные смеси. Газовзвеси или аэровзвеси - это смеси газа с твердыми частицами. Твердые частицы в дисперсной смеси называют дисперсными частицами или дисперсной фазой, а окружающую несущую фазу - дисперсной фазой.
При моделировании процессов и движений будут полагаться справедливые два главных допущения [4]:
- размеры включений или неоднородностей в смеси (диаметры дисперсных частиц) во много раз больше молекулярно-кинетических характеристик;
- размеры указанных неоднородностей во много раз меньше расстояний, на которых осредненные или макроскопические параметры смеси или фаз меняются существенно.
Таким образом, размеры неоднородностей намного меньше длин и диаметров каналов, в которых течет двухфазная смесь, размеров исследуемых гетерогенных образцов.
Первое допущение позволяет применить классические представления и уравнения механики сплошных однофазных сред для описания процессов в масштабах самих неоднородностей. Для описания физических свойств самих фаз, при таком подходе, становится возможным использование уравнений и параметров, полученных из опытов с соответствующими материалами в однофазном состоянии. Второе допущение делает возможным описывать макроскопические процессы в гетерогенной среде методами механики сплошных сред с помощью осредненных параметров.
При анализе движения газоматериальной смеси в пневмотранспортном трубопроводе принимается следующее:
- каждая фаза, представляющая собой набор отдельных включений (частиц), между которыми находятся пустоты, либо сплошная среда (воздух) с набором пустот, заменяется осредненной соответствующим образом сплошной средой (континуумом);
- континуумы, соответствующие каждой фазе, являются взаимопроникающими;
- дисперсная фаза состоит из частиц сферической формы одного и того же диаметра;
- размеры включений намного больше молекулярно-кинематических размеров;
- размеры включений и неоднородностей во много меньше расстояний, на которых осредненные параметры смеси или отдельных фаз изменяются существенно;
- диаметры движущихся частиц намного меньше диаметра транспортного трубопровода;
- состояние потока квазистационарное;
- гомогенное (однородное) распределение несомого компонента по поперечному и продольному сечению транспортного трубопровода в пределах отдельно взятой