ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Механика газов из "Основы общей теории тепловой работы печей " Движение материалов в шахтных печах, происходящее под действием силы тяжести, характеризуется закономерностями механики сыпучих сред [183], так как отношение диаметра D шахты к диаметру d кусков представляет большую величину порядка 100 и более. [c.305] Среду называют идеально-сыпучей, если k = О (этому условию довольно близко отвечают крупнозернистый сухой песок и зерно). Для идеально-сыпучей среды угол внутренне.го трения р равен углу естественного откоса. Сыпучими азываются среды,, которые при наличии внутреннего трения обладают только небольшим сцеплением. [c.306] Как известно, сыпучая среда находится в равновесии, если в любой точке на ее поверхности касательная с горизонталью образует угол, меньший угла естественного откоса поэтому для придания объему сыпучей среды определенной формы, ее необходимо ограждать стенками. [c.306] В этом случае сыпучая среда оказывает давление на стенку, что и имеет место в шахтных печах. Нормальное давление N на стенки обусловливает возникновение сил трения (внешнего), которые различны для состояний равновесия и движения сыпучей среды. [c.306] Как видно ИЗ уравнений (205) и (206), значения Р и G прямо пропорциональны высоте слоя Я, что, как уже указывалось, достаточно справедливо для небольших значений высот слоя поэтому указанными формулами можно пользоваться для определения Р и G только в верхних горизонтах шахты. [c.307] Если шахта имеет сложный профиль, то, расчленив его по высоте на составляющие, можно рассчитать величины Р и G для основания каждой составляющей, причем при вычислении величины G для каждого ниже расположенного сечения надо учитывать вертикальное давление на данный слой со стороны вышерас-положенных слоев. [c.307] Очевидно, значение коэффициента существенно зависит от формы шахты. В случае сужающейся книзу шахты (0 9О°) величина К,, будет меньше, чем для цилиндрической шахты, а для цилиндрической шахты будет меньше, чем для шахты, расширяющейся книзу (0 9О°). [c.307] Это обстоятельство соответствует наблюдавшемуся многими явлению [188], заключавшемуся в том, что скорость вытекания сыпучего материала через отверстие не зависит от высоты слоя над ним и, таким образом, количество вытекающего данного сыпучего материала зависит только от диаметра отверстия. [c.308] Рассмотрим некоторые вопросы динамики сыпучих материалов в шахте. [c.309] Таким образом, поверхность эллипсоида выпуска представляет (собой геометрическое место таких частиц, время движения которых к выпускному отверстию одинаково- Поскольку расстояние от различных точек поверхности эллипсоида до отверстия различно (за исключением симметрично расположенных точек), постольку и скорости движения частиц, лежащих на поверхности данного эллипсоида, неодинаковы. [c.310] Естественно предположить, что, начиная с момента истечения сыпучего материала, места, занимаемые частицами, входящими в объем эллипсоида выпуска, будут замещаться частицами из объема слоя, лежащего вне пределов эллипсоида выпуска, а последние — частицами из более отдаленных участков слоя. Перемещение этих частиц будет происходить тем медленнее, чем они дальше отстоят от плоскости отверстия и его оси. [c.311] По данным цитированного выше исследования [188], в движение приходят также частицы объема слоя, расположенные вне объема эллипсоида выпуска. Эти частицы образуют объем, также имеющий форму усеченного эллипсоида вращения, большая ось которого совпадает с большой осью эллипсоида выпуска (рис. 167). Больший из эллипсоидов называется эллипсоидом разрыхления объем его приблизительно в 15 раз больше объема эллипсоида выпуска. [c.311] По мере выпуска материала слоя вершина эллипсоида разрыхления, как и вершина эллипсоида выпуска, перемещается вверх. Это происходит за счет разрыхления слоя вследствие вьь пуска сыпучего материала. Однако если вес и высота слоя в шахте поддерживаются неизменными за счет загрузки сверху на слой новых порций сыпучего материала, то размеры эллипсоида выпуска, представляющего собой некоторый минимально возможный объем сыпучего материала, выпускаемого за определенный промежуток времени, и конечного эллипсоида разрыхления остаются неизменными. Поэтому необходимо различать стационарный процесс движения сыпучего материала в шахте от нестационарного процесса выпуска этого материала из шахты. В первом случае параметры, характеризующие механику движения материала на данном горизонте шахты, неизменны во времени, во втором случае они непрерывно меняются. [c.311] Из рассмотрения любого горизонтального сечения эллипсоида выпуска можно установить, что скорость перемещения частиц будет уменьшаться по мере удаления от центра этого сечения к периферии, так как соответствующие частицы будут находиться все ближе к поверхности эллипсоида выпуска, где скорость частиц меньше, чем в центре рассматриваемого сечения, а на поверхности конечного эллипсоида разрыхления равняется нулю. [c.311] Если теперь вообразить в неподвижном слое горизонтальный монослой, то по мере истечения сыпучего материала этот монослой будет образовывать воронку, симметричную относительно оси отверстия и называемую воронкой выпуска (рис. 167). Образование воронок выпуска легко проследить, например, на песчаных часах. Объем воронки выпуска равен объему выпущенного сыпучего материала, т. е. объему эллипсоида выпуска той же высоты, а кривизна образующей конуса воронки выпуска тем больше, чем меньше эксцентриситет эллипсоида выпуска. [c.313] Как упоминалось выше, процесс сводообразования, по-видимому, возникает тогда, когда на поверхности эллипсоидов разрыхления достигается равновесие сил давления вышележащего слоя и сил трения, вследствие чего в слое может образоваться пустота (подвисание слоя). Чем больше силы внутреннего трения, не говоря уже о силах сцепления, тем больше вероятность сводообразования. [c.313] На основе рассмотрения истечения сыпучего материала через одиночное отверстие можно сделать уверенное предположение, что картина движения материалов в слое принципиально не изменится, если истечение будет происходить одновременно через несколько отверстий. [c.313] Очевидно, в этом случае над каждым отверстием будут располагаться свои эллипсоиды выпуска и разрыхления. При близком расположении отверстий картина усложнится за счет взаимного влияния зон разрыхления, однако сущность процесса останется прежней. [c.313] Если слой составлен из шаров одинакового диаметра, уложенных в определенном порядке, то при отсутствии стеночного эффекта распределение газов по сечению будет равномерным. Если же шары расположить хаотически или заменить их кусками неправильной формы, допустив неодинаковые размеры кусков и т. п., то поле эквивалентных отверстий не будет для каждого сечения равномерным и поэтому неравномерным будет распределение газов. В этих условиях входные и выходные граничные условия, т. е. подача дутья внизу и отбор газа в верху шахты, могут играть суш ественную роль, усиливая или ослабляя эффект неравномерного распределения газов. [c.316] Вернуться к основной статье