Файл: Циклонная плавка. (Теоретические основы, технология и аппаратурное оформление).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 254
Скачиваний: 0
Rjl V *2 |
R |
|
Выражение JV* 2 |
d { I |
из-за подобия скоростных полей — вели- |
rjl
чина постоянная и равна 0,14 [61],
тогда |
у*2 |
= ____ L о |
|
max |
0,28-Ptgaa |
(3.58)
Определив локальную ха-
|
|
|
|
рактеристику крутки |
V |
|||
|
|
|
|
у— —= |
||||
|
|
|
|
= |
tgcp, |
где |
|
^zmax |
|
|
|
|
cp — угол наклона |
||||
|
|
|
|
максимума |
вектора скорости |
|||
|
|
|
|
к оси струи, можно найти со |
||||
|
|
|
|
ставляющие скорости* |
||||
|
|
|
|
^ w - пЫ^отІг |
<3-59> |
|||
|
|
|
|
|
V |
— |
1 1 /" |
L " |
Рис. 81. |
Сравнение расчета максимальных |
|
гтах |
I t g * V 0,28-itgoB ' |
||||
скоростей закрученного |
потока |
с экспери |
|
|
|
|
(3.60) |
|
ментом. |
1 — расчетная |
кривая; |
2 — экспе |
В сечениях, где ф = 45°, |
|
|||
|
риментальная. |
|
|
|||||
|
|
■=Ѵап = _ І— |
Г |
0,28кГ |
|
(3.61) |
||
|
|
|
I tg а |
|
|
|||
Результаты расчета по формуле (3.58) хорошо согласуются с эк спериментом (рис. 81). Небольшое расхождение в начальной части струи объясняется тем, что в принятой схеме расчета вытекание струи исходит из точки, а не из конечного источника (диафрагмы). По формуле (3.61) можно определить необходимое расстояние от диафрагмы до поверхности расплава или порога по выбранной мак симальной скорости потока у этих поверхностей.
Угол раскрытия закрученной неизотермической струи, вытекаю щей из циклона в виде горящего факела, находится в пределах 25—32° [61]. Использование этих данных позволяет выбрать опти мальное расстояние от диафрагмы циклона до порогатак же, как и ширину отстойника, что весьма существенно для циклонных агре гатов, предназначенных для пироселекции с возгонкой металлов.
Поскольку кратность обогащения возгонов металлами в значи тельной мере определяется величиной пылеуноса и потерь металла
176
-со шлаком, при соответствующей компоновке ограждающих поверх ностей разделительной камеры, как это будет показано ниже, можно подобрать оптимальные показатели технологического процесса.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАКРУЧЕННОЙ СТРУИ С ВАННОЙ РАСПЛАВА
Если циклонная камера расположена над расплавом, закручен ный лоток газов имеет значительную энергию и, соприкасаясь с по верхностью расплава, вовлекает его во вращение. В связи с этим, кроме химического воздействия расплава, на огнеупорные стенки отстойника влияет эрозия, вызывающая быстрый износ футеровки. В первых установках циклонная камера размещалась по схеме, пред ставленной на рисунке 76. В этом случае вращающимся потоком га зов, насыщенным содержащимися в нем каплями расплава, быстро изнашивалась верхняя часть стен отстойника в области, расположен ной под циклоном. Нижняя часть на границе раздела расплав — газовая среда также изнашивалась в течение короткого срока на укрупненной и полупромышленной установках [63, 64]. Влияние вы ходящего потока на эрозию стен можно уменьшить, увеличив габа риты отстойника до таких величин, когда скорость вращения распла ва у его стен окажется близкой к нулю. Для этого необходимо решить задачу увлечения расплава во вращение газовой струей. Допускаем, что струя воздействует на расплав только в пределах окружности, которую на нем описывает продолжение внешних границ закручен ной струи, а вне ее вращение расплава распространяется силами вязкости.
Допускаем далее, что влияние закрученной струи на жидкость равно воздействию, оказываемому на нее фиктивным диском с им пульсом, равным количеству движения, передаваемого жидкости воздушной струей, и радиусом, равным радиусу окружности макси мальных скоростей.
При анализе структуры струи рассматриваются только значения Ѵ9 и Ѵ2, вызывающие возмущение жидкости. Радиальная состав ляющая незначительна и в расчет не принимается.
Для нахождения вращательной скорости в расплаве использова но решение задачи, впервые полученное Т. Карманом, об увлечении вязкой несжимаемой жидкости наложенным на нее вращающимся диском. Суммарный момент количества движения для закрученной струи в сечении, перпендикулярном оси, равен
(3.62)
О
1 2 -2 2 |
177 |
где |
jF21 — радиус внешней границы струи; рг— плотность газов. |
|
|
Импульс, переданный диском жидкости, эквивалентен сопротив |
|
лению, испытываемому этим диском при вращении: |
|
|
|
-ЯI |
|
|
М ж= —2тЛR% dB, |
(3.63) |
|
О |
|
где |
"<j>=tM~ ^х I — тангенциальная составляющая |
касательного на |
|
пряжения ; |
|
|
(.1— динамическая вязкость газа. |
|
|
Для нахождения -с* принимается, что |
|
|
Кж = B<oxG(t), |
(3.64) |
где G(|) — функция, определяемая при численном решении урав__ нений Навье-Стокса;
л— безразмерная координата.
Учитывая, что ц= рѵ, получим
** =Р«Д“І’ ^ 2G'(S). |
(3.65) |
Заменив мж через Ѵ9Ж и используя уравнение (3.64), найдем
2 -р ж 'Л .2 G ’(r) |
|
|
(3.66) |
М ж= --------- RZ!3V J3 4 R . |
?ж |
||
G(£)3 |
J |
|
|
О
Введя коэффициент k, учитывающий долю количества движения, пе реданного струей расплаву, и приравняв значения выражений (3.62) и (3.66), получим
Д1;і РгУ fr VzG(03/2 |
2/3 |
У<рж-- |
(3.67) |
Ржѵ^3е'(« |
|
Это выражение связывает тангенциальную |
скорость жидкости не |
178
только с характеристиками газового потока, |
но и с физическими |
|
свойствами жидкости, вовлекаемой во вращение. |
|
|
Значения величин (?(£) и (?'(£') в виде таблиц приводятся в ра |
||
боте [65]. |
по данным [56], и подстав |
|
Используя значения Ѵч и Ѵг (3.49), |
||
ляя их в формулу (3.67), найдем ■ |
|
|
„ t w |
|
(3.68) |
|
|
|
Л=°'15Ч |
|
(3.69) |
) |
■ |
|
f А |
■ |
(3.70) |
|
|
|
Здесь Mo — момент количества движения закрученной струи; ~ оо
Хо= 1іт 2лрх sin© I V 2dR —постоянная, равная сумме радиаль
ных проекций секундных количеств движения элементарных объемов струи, расположенных на данном радиусе.
Исследовав полученное решение (3.68), можно найти радиус ли нии максимальных скоростей
Д п а х = ~ |
( 3.71) |
и значение максимальной скорости
Х 3К о
2УЗ
( КМйу Г■
Иитах— 0,137 1 -
Рг^г (3.72)
Опыты [60, 61] показали, что значения коэффициента передачц энергии от газовой струи к жидкости К при различных вязкостях и расстояниях от выходной диаграммы находятся в пределах 0,28—0,8» На рисунке 82 для сравнения приведены экспериментальный и расчетный профили вращательной скорости жидкости по завися-
мости (3.68). Смещение максимума скорости объясняется тем, что четкой зависимости йГ=/(ѵж) выявить не удалось. Расчеты показали,
£79
