Файл: Лукьянов, П. И. Аппараты с движущимся зернистым слоем. Теория и расчет.pdf

Ширина центральной зоны вторичного блока, по дуге СВг, определяется из равенства

ного блока (В х0 2) и точкой М, обозначающей место выхода легких

до 0,04/?0. Значительное расхождение между расчетным и средним

верхность слоя лежит правее участка, обозначенного точкой М. Для уточнения положения этого участка определяем расстояние

Длина проекции отрезка А 2А 3 на поверхность слоя не пре­ вышает 0,01/? 0, поэтому совпадение с опытными данными можно считать удовлетворительным.

151

Расстояние между поверхностью слоя и точкой А 3, обозначаю­ щей зону наиболее интенсивного выделения легких веществ из сырьевой смеси веществ средней плотности,

А 3М' л* А 3В 1 cos а 3 = (0 2В 1— 0 2Л3) cos а 3 = 0,0557?0.

Эта величина совпадает с опытными данными, определяющими положение канала с веществом малой вязкости в области между центральной и периферийной зонами первичного блока.

Угол между прямыми ООі и ОС{, ограничивающими полностью застойную («мертвую») зону,

0,с[

Р» = і н ^ 360 = 11 -

Угол между прямыми ООі и ОВ{, ограничивающими застой­ ную зону,

0\В1

ß2 = 2яR0 360= 15,4°.

По опытным данным, этот угол равен 18,3°.

Отношение площади наружной поверхности слоя над застой­ ной зоной ОгОВ{ к площади наружной поверхности всего первич­ ного блока

По опытным данным рассматриваемое отношение равно 0,29. Значительное расхождение между расчетными и опытными дан­ ными объясняется тем, что граница JiB\ области погружения по­ верхностного слоя под уровень гидростатического равновесия смещена во внутреннюю зону вторичного блока, а не ограничена плоскостью ОВ{, как принято в расчете.

Данный вывод согласуется со схемой сил, действующих на деформируемую среду в рассматриваемой зоне. Действие пери­ ферийной вторичной полости пониженного давления здесь ослаб­ лено влиянием центральной зоны пониженного давления, дей­ ствующей в противоположном направлении.

Отношение площади S 2 наружной поверхности слоя над пол­

По опытным данным это отношение равно 0,11.

Определим общую длину L0 границ между первичными бло­ ками на поверхности слоя, при развертке которой на плоскость получается круг радиусом Rc, определяемый из равенства

ілЯІ = 2nRt; Rc = 2Rq.

152

Принимаем, что на этом круге поверхности отдельных первич­ ных блоков изображены одинаковыми секторами, каждый пло­ щадью S c. Учитывая двукратные измерения длины границы по окружности, получим

Последний результат подтверждает вывод, согласно которому

впервый период гравитационной дифференциации сырьевой смеси образуются два первичных блока: один в области Пъ второй — между областью Л 2 и сечением WE (см. рис. 84). В этот период вторичные самовозбуждающиеся полости пониженного давления функционируют менее интенсивно, так как действие сводовых структур ослаблено процессом релаксации напряжений. Поэтому

вцентральной зоне первичного блока существует устойчивый погружающийся и сходящийся к оси ООх поток веществ повышен­ ной плотности, что способствует конслидации блоков, образо­ ванию одного или двух первичных блоков больших размеров. Данный вывод согласуется с представлением о том, что процесс гравитационной дифференциации заканчивается сначала в глубин­ ных зонах, и, следовательно, в начальный период устойчиво дей­ ствует механизм консолидации первичных блоков,

По мере того как реагирующие вещества приобретают свойства кулоновской среды, удовлетворяющей уравнению (29), возрастает интенсивность действия вторичных полостей пониженного давле­ ния, что приводит к формированию поля деформаций, показанного на рис. 82. Главная его особенность состоит в том, что во всем

к поверхности слоя. Это означает, что в центральной зоне первич­ ного блока направление движения веществ изменяется на обрат­ ное и вместо условий консолидации блоков возникают условия рас­ пада больших первичных блоков на части. Этот вывод подтверждает исчезновение застойной зоны под поверхностью 0\В[, в области ГЦ. Как было показано выше, рассчитанный по величине угла ß2

системы вторичных полостей пониженного давления инверсия потоков в центральной зоне первичного блока не возникает, что подтверждается устойчивостью его застойной зоны.

Расстояние между зонами опускания легких веществ поверх­ ностного слоя над периферийной и центральной вторичными по­

лостями пониженного давления первичного блока с полюсом гра­ витационного погружения в точке О

0 1В 1 = 0 ХС + СВХ = 0,42^0 + 0,15Я0 = 0,57R 0.

Этот результат также согласуется с опытными данными. Известные отклонения от среднего значения рассматриваемой величины объясняется расширением периферийной зоны первич­ ных блоков при неодинаковых смещениях ее частей относительно

тором достигается хорошее согласование характеристик наблю­ даемого и вычисленного полей (по данным Ф. Стейси). Схема кон­ векции веществ, приведенная на рис. 82, согласуется с выводом, что радиальные диполи нельзя рассматривать независимо от цен­ трального диполя, имеющего значительно больший магнитный момент. С учетом сказанного о преимущественном развитии си­ стемы полостей пониженного давления П х, эта схема объясняет ассиметрию центрального диполя, возможность изменения маг­ нитного момента общего поля и его инверсию. Схема показывает, что источник самовозбуждения поля находится не в центре реак­ тора, а выше поверхности СоСо, где образуются вторичные по­ лости пониженного давления.

Действие рассмотренного механизма образования первичных блоков проявляется также в двухфазных системах «газ'—твердое», когда находящиеся в состоянии невесомости и соприкасающиеся одна с другой твердые частицы образуют очень тонкий квазисплош­ ной диск, вращающийся вокруг оси симметрии. При равенстве силы тяжести и центробежной силы в условиях медленного пере­ мещения всех частиц к оси вращения в диске возникают локальные зоны с повышенной скоростью опускания, что является причиной формирования описанного выше поля напряжений (см. рис. 82). Вследствие непрерывного изменения положения этих зон в квазисплошном диске возникает в среднем устойчивая кольцевая сво­ довая структура с нижней границей СоСо. . ., проходящей через точку пересечения изолиний агІаг, 0 с неустойчивыми границами первичных блоков.

Средние значения кольцевых напряжений, действующих в сводовой структуре, очень малы, однако они способствуют обра­ зованию локальных зон с повышенными напряжениями сжатия. В последних образуются конгломераты твердых частиц, являю­ щиеся зародышами крупных компактных глобул.

В результате возникновения кольцевой сводовой структуры в квазисплошном диске формируется полностью уравновешенное периферийное кольцо СоСіОіСо. . ., а в оставшейся центральной части диска ОСоСо. . . повторяется описанный процесс возникно­ вения сводовой структуры меньшего диаметра,второго уравнове­ шенного периферийного кольца меньшей ширины и т. д.

154

В первый период после своего образования квазисплошные кольца примыкают одно к другому и между ними происходит интенсивный обмен количеством движения. Этому способствует образование описанных выше вторичных полостей пониженного давления СА2О2А 2С и других на небольшом расстоянии от по­ верхности каждого кольца (см. рис. 82). В эти зоны с относительно высокой скоростью перемещаются охлажденные твердые частицы поверхностного слоя (кривые 5, 6, 7).

В результате гравитационной дифференциации веществ во вторичных полостях пониженного давления образуются компакт­ ные глобулы веществ повышенной плотности, погружающиеся к нижней границе квазисплошного кольца и частично проникаю­ щие в верхнюю зону смежного внутреннего кольца. Этим объяс­ няется эллиптическая форма траекторий движения глобул вокруг оси вращения системы. На определенном этапе развития процесса в каждом кольце образуется одна устойчивая глобула, аккумули­ рующая все вещество двухфазной системы.

Навстречу основному потоку во вторичную полость понижен­ ного давления с меньшей скоростью движутся твердые частицы поверхностного слоя из «застойной» зоны В'/ОгСь Этот встречный поток является источником образования компактных глобул ве­ ществ пониженной плотности, движущихся в направлении, про­ тивоположном общему потоку, и вращающихся вокруг своей оси также в обратном направлении.

По схеме Вейцзекера процесс образования глобул развивается на границах вихрей. Особенность рассмотренного выше механизма образования глобул в квазисплошных дисках состоит в проявле­ нии свойств кулоновской среды, для которой справедливо соотно­ шение (29) и следствия из него. Кажущееся затруднение в исполь­ зовании этой схемы связано с расчетной величиной толщины диска. По опытным данным относительные размеры глобул, образую­ щихся на различных последовательно возрастающих расстояниях от оси вращения, изменяются так: 0,38; 0,95; 1,0; 0,27; 0,53; 10,97; 9,03; 3,72; 3,83. Плотность этих глобул (в г/см3) соответственно равна 5,47; 5,24; 5,52; 4,0; 3,9; 1,35; 0,71; 1,56; 1,58. Если распре­ делить все вещество глобул в виде диска радиусом, равным рас­ стоянию до наиболее удаленной глобулы, то толщина сплошного диска средней плотности составит 300 мм. Примерно такая же величина получается при расчете толщины диска для первых пяти глобул большой плотности. Следовательно, даже при условии рас­ пределения всех твердых частиц в одном квазисплошном диске без учета их рассеяния в окружающем пространстве, отношение радиуса диска к его толщине значительно больше известной опыт­ ной величины для глобулы с относительной плотностью 0,71.

Вместе с тем очевидно, что это не вносит принципиальных изме­ нений в механизм образования кольцевой сводовой структуры в квазисплошном вращающемся диске, так как среднее значение кольцевых сжимающих напряжений в нем очень мало. Несмотря

155