Способ исследования струйных течений газа в сыпучей среде Советский патент 1991 года по МПК G01M7/00 G05D27/00 

Изобретение относится к исследованию механики процесса лсевдо- ожижения сыпучей среди газом, что иг т(ользустся в машиностроении, химической промышленности, металлургии, нефтепереработке, энергетике,,

Целью изобретения является обеспечение возможности исследования процессов псевдоожижения в сыпучих сре- дах в условиях трехмерного газового потока при отсутствии визуального контроля, приближение условий исследования к натурным и повышение их .экономичности.,

На фиго 1 изображена схема nKi-iit-- риыептг лыюй установки j нл с1.ьт02 - гибкий стержень, глоденный в ij, nuj, псёвдоож.чжения (а) ,; 1)асчо ; нал схема стерших (б); па - спек rp uiMiajj функция внешнего воздейс. ;ШГ(; на фнги4 - спектральная функции отклика упругого стержня; на фиг.5 - гзрпро- вочные графики зависимости длины j-ro стержня от частот собственных K YIC- баний по 1 - и 2-му токам (Ci),,i: .ij

Способ исследования струйн:.-1х течении газа в сыпучей среде заключается в том, что в емкости 1, .по.тшенной

зьи,

с

KJ

J

оо -1

со

i aJSSu

ci uy u и средни 2, создают поток п- ii 3 от гочечпог г источника 4, поме- цсипого HI дно емкости, свободной к г ( нг к 1 и РМКОСТ-ИО Поток г аза 3 фо мируюг по о и симметрии емкости, по- димя г т ) в дчннои части емкости,при MOM нрс дп1} ительно помещают в ci тучу ю сред 2 гибкие стержни 5, длину 1 которых т дают из соотношения 1 0,7 Н, i ;;t И - высота слоя сыпучей i рг if.if с icp-мш j располагают ьо одном, in нескочьких различных по вм- с т« v жн п пределах слоя снпучей с ре/Ц), ориентируя их по нормали к о( и симметрии 6 емкости 2 в направивши от оси симметрии b гмкосги к трикирии, 1 механические харакгери- iiUMi .ича стержней задают из с човпч

Oj (6 - 12) h ,

,u с, - скорость рif прост ранения из гибных упругих волн в j-м стер/кие;

1 - ртссюяние о г источника газ до j-ro стержня в проекции на огь симметрии емкости, pi i IK ри уют 1мчгш:уду, частоту и фо 1 к Mrefvmmr гтерднеи и по их нзме- й нк i очре I, я от конфигурацию и раз- ML i 11 IK орд ят М1женн ш зоны.,

i осой осуществляют следующим обр 1 ОМ

Mi i,ne . MI-OCIH на максимальном v i, пени i 01 ье ьоковых стенок раз- MI щают ш гочник 4 1аза„ Им быт форг нк, с1 я чнная трубопргвс ;ом с pi с ши ром, другой генератор га- 1

л 1змещени источника 4 вдали от вертиь (ънпх стенок емкости позволяет максимально прибпизить условия источония i повои струи 3 в сппуьии н mojiHHTo и 7 } натурным и исключить влияние ст(нок емкости 1 на процесс формь,юв ншя потокт газа0

r5iipf- емкость н шочняют сыпучей cpiMon iio м ре запогшения емкости на РСМЛИЧНЫХ по высоте уровнях в нее пометгнт гибкие стержни Ь, осна- щепные датчиь IMH г;еЛормаций и ускорения системл изм1ренияи Стержни 5 ориентируют чо -гори-ши к оси емкости и от ог и к периферии0

Длину сюрлнеи Ь задают из условия гарантированного яагцрмления не менее 30/ дли н стержня в невозму- LUOHHOH зоне н июли, Б.фш

5 0

5

5

П

-1

0

5

с тем, тобы обеспечить надежную заде тку стержня в ж юзмущешти rprj/i и фикгчцию его на опредетеином pjr- стоянпи h от источника газа Д0 Kai покатiни проведенные эксперименты, видимый диаметр зоны псевдоодидения D ИР превышает 0,80 о о 1,1 Н, где II - высота слоя засыпки„ ОчевиДно, HIO данный диаметр D (фиг01 чарактори- зует максимальный поперечн1 1Й ра мср факеча псевдоожихения (зона i Таким обр зом, /тлина стержня 1 мо-it-J быть определена из соотношения

L .н +0э3Ы.н. .о,/ „

При п )T,i4e рази в сыну и1 i шо г

H,i I ПЬ ИСХОДИ (tuinbTJMHH I М

от m т i 4 к ел ч д i п 1 и

При шределенном ис L t ь, xipciKT еризуемом для г анно: о IHIII д

высогь ( он наполнит ( и м 1 ,.,,

,,К1

и г кундным расходом гi a d Ku н п ходе ит источника, в слое обр -о - ся jiia течения газа, в которой л з- iiOT iHi чь переходит го вчвыюн j со troinHt. и Лакеч г евдооди,ен ш )т 1л исходи ари достижении г IM iv на II.IB i мои инимaльнoи ci jpoi ти ncij

ДОолПЖс-Н -1 при К i j (HI JI 1 Сопро17 IL , действующая д i ч ic со ia-iOBOi(5 лото i, - г a L cnriv тяжес и Ча 1Н1,ь и iu м i i i, ют раздви: агься, и им Р icii (/к т ся вверх

Ь л не карам ердп 1.ки jici - Д1 o/Ki t-HHor о слот (точа А; с лес1- венно о личаютсч от i юис)) ч пни го згня Б) и близ и j, OJ опт i вам хиулЧ

Гибкие cier+ни Ь, пред арлтсч1 рт мощенные в сыпуче среде т pat- ны у)оичях по высоте ело н т.г г ии- те , и ориентированные по си по

с к периферии, при ичммснич , четких характеристик среды j i н (фак( те псевдоожижеьия) ок чы j ti i , вьедр}1ными в поток г-па ь sr чу

доо 4irteiti i HI величину

j

диусу по еречног с ния ft) uj i пгеид„1 ч ления,, При ом н MI н п - гганичн ,е условия на t он 1,1ч en рлнл , взеарнного в поток, и его м, дно р ic - ма гр IB 1ть как чонгот ън де пь f стер/f-f Hf на гранчцг р дь-л юн ь Б - фак. чг вдоожиж ни .1 нег щеннои iinoriHUTi ч т

51627873

помещенный в среду, в которой проходит колебательное движение частиц евдоожиженной среды0 Собственные стоты консольно заделанных стержй длиной

I1. определяются по формуле

И;

. о - i4i

м J ч

со

в с ф о

же та (р ни ис ем не де на но на

где

(2)

«i -iW- объемный вес материала

стержня; F - площадь поперечного сечения стержня;

EI - изгибн ая жесткость стержня а первые шесть членов ряда (Klj); независимо от длины 1; равны i,875; 4,694; 7,855; 10,996; 14,137; 17,279

Таким образом, собственные частоты стержня, введенного в псевдоожи- инную зону, обратно пропорциональны j-вадрату длины консоли 1., равной ради;, су факела псевдоо/ ижения на высоте hj от источника газа, на которой установлен гибкий стержень

На стержень (), введенный перпендикулярно направлению тока гя- за в факел псевдоожижения, ,,еиствуют с т - i t t tttL чшы: статическая а „ч чга tJi -ir подъемная сила от попнп га за; с п/чайныи воздействия дьн , .- ся тгердои фазы газоны i.: ui- реи с ш финои спектра ча. юч Q- фиг О;

двнл i jiithj c. i ерлня среде

.ТЪРШЙ интерес случайные воздействия движущихся частиц или частиц, а присутствующих в псердоожчженном слое газовых пузырей

В псеьдоо/- иженной среде частицы и конгломераты частиц совершают сложное движение. Часть из них вместе с газовыми пузырями поднимается к свободной поверхности, другая часть п поп IPIL и1 в след пузыря группа частиц со орим г колебания вокруг некоторого положения равновесия.

Газовьк пузьри движутся oi источника . свободной новерхност с разными скоростями и со случайными ян- lepbfiiiMn времени друг относите ILHO дру: а„ Потому выделить ка vi-j-либо фик- ipvi iainiyio частоту внегането в.) j- ЧгК гиц и nv чыреи на i ибкии t гер/лсиь. п )Ми1 еннын в пг ндос лис -шы вязкого сопротивления в псевдоож 1женноп

предстан. 1Н1 . на CTt- pA Hi конглсшспа

це

,

20

25

10

35

4 О

слой, не представляется воз10

15

женныи

мощным Эксперименты показали, что внешнее воздействие Р (t) в данном случае представляет собой случайную функцию времени в диапазоне частот от 0 до 50-80 Гц.

Ввиду того, что процесс псевдоожи жения является стационарным, тэео таким процессом, в котором параметры (расход газа через источник, давление на выходе из источника, скорость истечения газа и дро), за исключением начального переходного процесса, не зависят от времени, внешнее воздействие Р (t) также является стационарной случайной функцией, вероятностные характеристики которой одинаковы при всех значениях времени

l tncin где снач время пЈРе ходного процесса от момента подачи

газа в среду до начала установившегося режима псевдоожижения о

Важнейшей характеристикой стационарной случайной функцией внешней нагрузки Р (t) является спектральная функция Sp(cD), представляющая собой плотность распределения дисперсии коэффициентов разложения слуU)

Р Д

1C 1 L .

лени1 ь

ч ,, И V iil iMIJI

и iM CJ

с : у т . ч i

с .oj aHi.i л (|ЦА ел. ,iei M ь t . ,1 i (L;, действу one,, TTu j .i т авдоочил;енно , г , cri т 11ыь ат чапную с. с ai.ji/ i v, - i пги naipy bH Р виде in. no г о . i fa . fn шзонс частоте oi 0 ло 5i - b j i

Стектральн ч функция в iemaeiо 13- д. .Ti iix S, f jj) приведет на 6ni 0 о

См f ; яльияч функнп i -к t ли

СТепжн 1 S

имеет ярко вь-ра еьнъкS

0

максим ч на (.огсгвенныл частотах i иОкот о стержня GO, , i.on здлмщич ъ диапазон ЧРСТОТ ччегччего воздинствип:

w; оз о ТсПчНм обраэом, построив по н Ольтиам испытаний :пектрал ( Ьун1 пню oi клика j-ro ьтержнь на ь,

ВОМСИСТВК( II ОП; С/, ЫВ N .iKOI -1} МЫ

частот, нч которых с.лектр а ILI.,I Ji iiKi .fi Sq (&3) имеет м %симуг1 1 1.0п (Ј Л (Фиг, 4), можно определить и собстгеннпе частоты колеб.ш i j-ro cit./Hij, которые, в СЕОЮ очередь, з-, висчт от ртины 1 j-и части crepAiit, начодяпейся в факеле псечдо л чс-ния ( юна А9 фиг. 2) Длина II мож т быть

определена из тарировочных графиков зависимости длины консольной части стержня от собственной частоты колебаний гтержчя, построенных для пер- в ix двух токов колебаний, вычисленных по формуле (1)о

Для реализации предлагаемого способа существенным является требование попадания по меньшей мере одной (первой) собственной частоты колебаний стержня в диапазон частот внешнего воздействия О -CJ0 , при этом наиболее предпочтительным является диапазон 20fr-G,}0 1/с, что соответст- вует диапазону собственных частот 10 - ао/21Г Гц с

Нижняя граница диапазона 10 Гц v обусловлена тем, что первая собственная частота стержня должна на порядок отличаться от частоты детерминированной нагрузки, которая в слу- I ie ншружения стержня в псевдоожи- чсипой среде представлена статическо аэродинамической подъемной силой с нулевой собственной частотой

В противном случае случайные вибрации стержня на первой собственной частоте (Ј будет сложно отличить 01 дви/. ения стержня под действием . Р дчнамкческой нагрузки Выход пер 1 ои собственной частоты СО;J за презлы диапазона сверху, (О;: т (00 , не 1 пволит выделить максимум на спек- , ршыюй функции отклика S (Q), следовательно, не позволит определит i обстненную частоту СОц и длину консольной части j-ro стержня lj 0

Учитывая, что угол полураствора vJib c г фякел псёвдоожижения по дан- ным экспериментов составляет 20„0«30 j QQ 10017 условие

.0 fr fe COjj СО о

преобразуется с учетом (О к виду

1

b h

12 h

или

0 5

0

5

Q- (ь т 12)

h2

5

J У

где Q - скорость распространена изгибных упругих волн ц стержне, м/с;

расстояние от источника газа до j-ro стержня, м„ Определив длины консольных участков всех стержней, строят график зависимости lj(hj) и тем самым определяют размеры факела псевдоожиления,Формула изобретения

Способ исследования струйных течений газа в сыпучей среде, путем подачи восходящего потока газа через вертикальное сопло в сыпучую среду, опредоле ния размеров и конфигурации псевдо- ожиженной зоны в зависимости от расхода и давления газа, о т л и ч л - ю щ и и с я тем, что, с целью повышения достоверности и экономичности, исследования ведут в котловане, при этом,в него предварительно засылают горизонтальные слои сыпучей среды, на каждый из слоев помещают вибрационные воспринимающее элементы в ьиде упругих стержней, концы котор : ориентируют по нормали к осевой линии, сопла, причем механические характеристики материала стержней вн игают из условия

гге 0 ; Qj C6...12) ht

hi

скорость распространения нагибных упругих волн в j-м стержне, м/с; расстояние от источника газа до j-ro стержня в лро екции на ось симметрии емкости, м,

измеряю-; амплитуду, частоту и форму колебаний упругих стержней, а конфигурацию и размеры псе доожи- женной зоны определяют по изменениям измеренных величинс

(})d

Изобретение относится к механик г. псевдоожиженных сыпучих сред0 Целыо изобретения является обеспечение возможности исследование пропес- сов псевдоожижения в сыпучих средах к условиях трехмерного iазового потока при отсутствии визуального к чм-роля, приолижение условии исследовании к натурным и повышение их экономичности Для достижения поставленной цели поток газа формируют в донной части емкости, предварительно помещая в среду гибкие стержни по одному на нескольких различных по высоте уровнях в пределах слоя сыпучей среды., Стержни ориентируют по нормали к оси симметрии емкости ., Pern..: грпруя , амплитуду ,; tj.. р- N./ KOiieuaHiiii ,. i, по и:-, нзм- -- К; 11ПГ1 v. Ч) f .C-. ., i pa iMC-pi,- ,1 ; женг.ой 3oiii.it. Дпину 1 а тики .материала ..;; отношений: 1 0,7 i i, i с:юя ci- пучей - i до Q j - скорость рас, xap.iKTi.i i... - зпд;.:, .из i Щ- L - . --( - I )Ь : стра-чо ; . УПРУГИХ И ГИб};1)Х .1Н Jj J-- ( :. .IAJU м/с, h - расстоя1;не в проекции на ос п;к -;с-трпн i мкос L :: rv; .-c l o i iiK.i rasa до j-ro , .... 5 :.,, (/, ir--| ич««

доно

г Т : .

:SVHoЈ-r -- Т. .

ЈLBLZ9

.h

у внзЈ .

и

} -1«ф

Sp(b)

5aj(cJ,

UJ

Фиг3

О)