Гидродинамические основы методики расчета электромагнитных очистителей тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

.■ На правах рукопису

, і & и

ЯМКОВА МАРІЯ АНДРІЇВНА

УДК 622.002.5-822-776

ГІДРОДИНАМІЧНІ ОСНОВИ МЕТОДИКИ РОЗРАХУНКУ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ ОЧИСНИКІВ

Спеціальність 01.02.05 - Механіка рідини, газу та плазми (технічні науки)

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Київ 2000 р.

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі Гірничої енергомеханіки Донбаського гірничо-металургійного інституту Міністерства Освіти України, м. Алчевськ.

Науковий керівник: заслужений діяч освіти України,

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Шрайбер Олександр

Авраамовнч, 'Інститут Загальної Енергетики НАН України, провідний науковий співробітник;

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Бермі В'ячеслав Петрович, Інститут Гідродинаміки НАН Украй начальник відділу трубопроводного транспорту.

Провідна установа - Харківський державний політехнічний універа

Міністерства Освіти України, м.Харків

Захист відбудеться « (і » КК? 2000 р. о /3 годині на засіданні спеціалізовг

-вченої—ради___Д 26.002.09 у Національному технічному університеті Укрг

«Київський Політехнічний інститут» за адресою ¿5205бГМ-Київрпр -Перемоги, корпус 5, ауд. 406.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету України «Київський Політехнічний інститут».

доктор технічних наук, професор Фінкельштейн Зельман Лазарович, Донбаський гірничо-металургійний інститут, професор кафедри Гірничої енергомеханіки

Автореферат розісланий

2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Електромагнітні очисники зі складною конфігурацією кітного поля можуть використовуватися в багатьох галузях промисловості для стки робочих та охолоджувальних рідин від феромагнітних забруднень. Від :ті робочих та охолоджувальних рідин залежить точність обробки деталей та гота їхніх поверхонь, що дуже важливо для поліпшення експлуатаційних

іКТСрИСТИК ГіДрОСИСТбМ. '

При недостатньому очищенні робочих та охолоджувальних рідин у «системах знижується ресурс машин, виникають позапланові простої та витрати на запасні вузли. При надмірній очистці рідин значно підвищується вартість гіки, збільшуються матеріальні і трудові витрати на технічне обслуговування, що зж знижує продуктивність обладнання і збільшує видаток самих робітничих і лоджувальних рідин.

Ступінь очистки залежить від гідравлічних параметрів рідини і параметрів зрюваного очисником магнітного поля, в тому числі від намагнічювальиої сили. :і не наведені рекомендації по оптимальному значенню намагнічювальиої сили, бхідної для бажаного ступеню очистки від ферромагнитных забруднень рідини, тече при певних умовах (при заданій витраті рідини і її в'язкість). Це зводить до завишених значень намагнічювальиої сили і, завдяки цьому, до евитрати електроенергії і міді;

На теперешній час методика розрахунку електромагнітних очисників не існує, свідчить про актуальність даної роботи.

Зв'язок з науковими програмами, темами, планами. Актуальність роботи тверджена тим, що вона виконувалася в відповідності з планом НДР і ОКР Зюджетного фінансування НІПКІ "Параметр" по темі N 18 "Розробка наукових ов, засобів розрахунку і конструкції электромагнитного фільтру підвищеної зеемкости".

Мета роботи. Метою цієї роботи є:

- розробка методів розрахунку гідродинамічних параметрів течії в'язкої лектропроводної немагнітної рідини, що містить феромагнітні частки, в ктромагнітному очиснику зі складною конфігурацією магнітного поля під :ивом постійного неоднорідного магнітного поля, і вибір на цій основі ;іональних конструктивних та силових параметрів очисника;

- дослідження впливу параметрів цієї течії на ефективність роботи очисника;

- проведення експериментального дослідження течії в'язкої рідини в ктромагнітному очиснику з метою апробації запропонованих теоретичних новків.

Для реалізації мети дослідження треба було вирішити наступні задачі:

- розробити математичну модель течії в'язкої рідини через перфорорувану югородку в електромагнітному очиснику без врахування дії магнітного поля;

- визначити вирази для сил, що впливають на феромагнітні частки забрудне з боку потоку в' язкої рідини;

- визначити вираз для знаходження пондеромоторної сили, діючої феромагнітную частку з боку магнітного поля очисника;

- розробити методи розрахунку руху феромагнітних часток в в'язі неедектропроводній немагнітній рідині під дією магнітного поля;

- навести рекомендації по розрахунку раціональних параметі

електромагнітного очисника, що забезпечують необхідну тонкість очистки п заданій витраті рідини;

- розробити програмне забезпечення для розрахунків течії і раціональн параметрів очистителя;

- провести експериментальне дослідження руху феромагнітних часток в'язкій неедектропроводній немагнітній рідині під впливом постійне неоднорідного магнітного поля для апробації теоретичних висновків.

Методика дослідження. Теоретичні дослідження течії в’язкої рідини електромагнітному очиснику здійснювались на основі рівнянь Стокса для тс рідини при малих числах Рейнольдса, функції току для осесиметричної те використання потенційних функцій і методу конформних відображень для аиал магнітного поля.

Експериментальні дослідження проводились у Донбаському гірни металургійному інституті та на Брянківському рудо-ремонтному заводі.

Дослідження розподілу магнітного поля в очиснику здійснювалося по влас методиці.

Отримані результати експериментальних досліджень є основою для апробі запропонованих теоретичних висновків.

Наукова новизна дисертаційної роботи складається з таких основ] —результатів;^_________________________

1.Вперше розроблено методи розрахунку гідродинамічних параметрів в'язкої неелекгропроводної немагнітної рідини, що містить феромагнітні частю електромагнітному очиснику зі складною конфігурацією магнітного поля виливом постійного неоднорідного магнітного поля.

2.Вперше розглянуто вплив параметрів рідини, феромагнітних часток

магнітного поля на течію в електромагнітному очиснику зі складною конфігураи магнітного поля. -

3.Запропоновано залежності для розрахунку раціональних параме’ електромагнітного очисника зі складною конфігурацією магнітного поля.

Практична цінність. Запропоновані гідродинамічні основи метод розрахунку електромагнітних очисників можуть бути використані проекти організаціями під час проектування електромагнітних очисників зі склад: конфігурацією магнітного поля, що застосовуються для очистки від феромагнп

з

руднень мастильних та охолоджуючих рідин. Розроблений метод розрахунку ктромагнітних очисників зі складною конфігурацією магнітного поля дозволяє ьш точно та обгрунтовано підходити до питання визначення гідравлічних та ктричних параметрів очисника, що забезпечує зниження виробничих та плуатаційних затрат при реалізації проектів цього обладнання. Складені іграми розрахунку на ПЕОМ дозволяють автоматизувати гідравличний та ктричний розрахунок при проведенні проектних робіт.

Реалізація результатів. У межах цього дослідження розроблені інженерні ;омендації з гідравличних та електричних розрахунків електромагнітних ісників зі складною конфігурацією магнітного поля, а також програми для їх ілізації на ПЕОМ. Отримані результати дозволяють підвищити якість та 'рунтованність проектних рішень, що приймаються, та скоротити строки ілізації проектів.

Спроектований по результатам досліджень електромагнітний очисник зі іадною конфігурацією магнітного поля використовується на Брянківському рудо-монтному заводі (м.Брянка Луганської області).

Апробація роботи. Основні результати досліджень автора доповідались на: »річних Науково-технічних конференціях “Гідромеханіка в інженерній практиці“ .Київ, 1996-1999); 137 засіданні Українського наукового семінару по гідравлиці .Київ, 1998); Міжнародній науково-технічній конференції “Прогресивна техніка та шологія машинобудування, приладобудування і зварювального виробництва” .Київ, 1998); щорічних конференціях професорсько-викладацького складу знбаського гірничо-металургійного інституту (м.Алчевськ, 1995-1999).

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 наукових робіт.

Обсяг та структура роботи. Дисертація складається з вступу, п' яти розділів, ключення, списку літератури та додатку. Викладена на 147 сторінках ііпинописного тексту, вміщує 15 таблиць, 65 малюнків та 10 додатків. Список гератури містить 120 наіменувань.

У вступі обгрунтовано актуальність теми досліджень, сформульовано сутність : загальний напрямок роботи.

У першому розділі проведено огляд проблем розробки засобів очистки та безпечення чистоти робочих та охолоджувальних рідин; дана загальна ірактеристика магнітно-фільтрувальних пристроїв і електромагнітних очисників жрема; наведено огляд літературних джерел про двухфазні течії рідини та про ;оретичні та експериментальні методи дослідження магнітного поля; формульована мета дослідження, а також задачі, необхідні для її реалізації.

У другому розділі розроблено математичну модель течії в’язкої рідини через ерфоровану перегородку в електромагнітному очиснику без урахування дії агнітного поля.

У третьому розділі розглянуті особливості руху феромагнітних часток у ' язкій немагнітній неелектропроводній рідині під впливом постійного

неоднорідного магнітного поля, а також вплив параметрів рідини, геометричних ■ електромагнітних параметрів очисника на ступінь очистки.

У четвертому розділі проведене експериментальне дослідження ру: феромагнітних часток у в'язкій рідині під впливом магнітного поля. Проведи співставлювальна оцінка експериментальних та теоретичних досліджень.

У п'ятому розділі наведені практичні рекомендації по створенню використання електромагнітних очисників зі складною конфігурацією магнітно поля.

У додатку приведені програми та результати розрахунків течії в’яз* немагнітної неелектропроводної рідини, в якій містяться феромагнітні частки, п впливом постійного неоднородного магнітного поля, а також протоколи та ак випробувань.

ЗМІСТ РОБОТИ

Електромагнітний очисник зі складною конфігурацією магнітного поля мож< успіхом використовуватися в галузях промисловості, що зв’язані з металообробке (таких як машинобудівна, гірнича, металургійна), в системах центрального опален для очистки смазочних, охолоджувальних та робочих рідин від феромагніти забруднень. При цьому очисник забезпечує велику тонкість очистки при значі грязеємкості.

Визначення раціональних параметрів очисника потребує вивчення те двухфазної в’язкої немагнітної неелектропроводної ньютонівської рідини, і містить феромагнітні частки, в ньому під дією постійного неоднорідного магнітне поля. Для опису руху гетерогеїшх двохфазних течій використовуються мет класичної механіки, що оснований на рівняннях Ейлера та Нав'є-Стокса, та мето механіки суцільного середовища. Як указано В.П. Берманом і С.І.Крилем, мет класичної механіки призводить до точної постановки задачи, але вона є настіль складною, що розв'язання її в загальному вигляді не уявляється можливим. Та п -деяких—допущеннях, приблизний розв’язок можливо отримати для так зван ползучих течій, що описуються гідродинамікою при малих чйслазГРейнолБдса.-вказано О.О.Шрайбером, важливими параметрами двухфазної течії є масс концентрація часток та число Стокса. Якщо масова концентрація часток дуже ма то можливо застосування наближення пасивної домішки, тобто можно вважати, присутність часток не впливає на параметри течії рідини, а рух часток визначает: параметрами течії. Такий підхід доволі часто зустрічається при виріше: практичних задач (Фінкельштейн, Сандуяяк, Деркач).

Дослідження подібних двухфазных течій без врахування впливу магнітні поля проводилися Левичем В. Г., Лойцянським Л. Г., Полубариновой-Кочиной Я., Седовим Л. І., Стоксом Дж., Финкельштейном 3. Л.

Течії злектропроводної в'язкої рідини, що містить феромагнітні часі розглядали Ландау Л. Д. і Лифшиц Є. М., Повх 1. Л., Шеркліф Дж. та інші. Г описі процесів мокрого магнітного збагачування корисних копалин розглядаст поведінка феромагнітних часток-у потоці неелектропроводної, немагнітної ріди

ак, треба відзначити, що феромагнітні домішки, що знаходяться в рідинах, і по (енграції, і по крупности, і по магнітній сприйнятливості значно відрізняються часток, що беруть участь в процесі збагачування. При розгляді процесів вчування практично не розглядаються гідродинамічні аспекти цих процесів, лідження руху феромагнітних часток нашого розміру та концентрації у в' язкій іектропроводній немагнітній рідини під дією магнітного поля до теперешнього і Не проводилися. „

Течія відбувається при малих числах Рейнольдса. ІТри створенні математичної елі течії використовувались такі допущення: рідина нестислива, однорідна, ермічна, неелектропровідна та немагнітна; частинки кулясті та однорідні; іщки пасивні; відсутні електростатичні чи поверхневі сили, сили адгезії, не ковуються вплив стінок і взаїмодія рухаючихся часток, Броуновський рух; не ховується інерційність частинок, тобто проковзування частинки відносно рідини ювздовжньому потоці; не враховується можливий дрейф частинки через її ртання під дією різних швидкостей на її поверхні, для визначення сумарної їдкості рідини використовується лінійна суперпозіція.

Взагалі тривимірна течія в' язкої рідини описується рівняннями Нав' є-Стокса рівнянням нерозривності, при розв' язанні яких можуть виникнути великі днощі. Та в разі течії при малих числах Рейнольдса в рівнянні Пав'є-Стокса рційні члени значно менші за в'язкі, і для опису течії рідини можна іистуватися рівняннями Стокса повільної течії, які у векторній формі мають ‘ляд:

[iV2V - grad р=--0, (1)

V-r=0,

де ц - в'язкість рідини;

V — локальна середня масова швидкість рідини;

р - тиск.

У загальному випадку введення функції току, яка однозначно визначала б гадові скорості у кожній точці, для тривимірної течії неможливо. Але для шачення рішень рівнянь руху в випадку трьохвимірної осесіметрияної течії жна використати функцію тока. При цьому задача зводиться до відшукання однієї ілярної функції. Вводиться оператор Е2, який визначається рівнянням:

Ег.р±[і±}+*

3pVp5pJ

де р - плотність рідини;

Z - декартова координата.

Рівняння Стокса можна записати у такому вигляді:

До

fiV-p ¿(^Н'

де \|/ - функція тока.

При стаціонарній течії і відсутності обертального р>осу це рівняння зводш

Е*у = 0.

Таким чином функція тока дозволяє однозначно визначити поле швидкості разі осссиметричкої течії.

Для визначення функції тока при обтіканні сфери рідиною, що тече ч< кпугяЛ о'ШІр скорясчемося метолом еуперпозщК. Фушш» тока „ рус, к^лий отвір легше всього записується в системі координат сплющеного слшс

Y = -—(j-C0S2Tlj,

2ж V

Рип- криволінійні координати будь-якої точки простору <£, ті, ф). з ЯКИ) визначає сімейство софокусннх сплющених еліпсоїдів; п - сімейство софокус однопорожнинних гіперболоїдів обертання; ер - кут в площині, що перпецдикул осі отвору; ч -об’ємний розхід рідини через отвір.

Для зручності порівняння функції тока при русі через круглии отв функцією току у разі обтікання сфери необмеженою рідиною, вона приведе системі координат сплющеного еліпсоїда’

Ч>1

Uc2ch2i,sin2 п

За

%( .2~ ■ 2 \SA c^lsh2^ + sin2r]

(

'/2{%к2Ъ + чіп2 '

Де а - дшметр частки, с - радГус отвору. Як показало порівняння цих функцій

при наших свіввідношеннях розмірів часток та отвору функція сфери рідиною, що тече через круглий отвір, практично повністю визнача функцією тока при русі через круглий отвір, і частки забруднень це таю течію рідини. Таким чином, наближення пасивної домішки є справедливим.

Для ортогональных криволінійних координат яь Чг, Ч>> компоненти швиді можуть бути визначені з функції тока:

к2 ду к1 дУ

V / = —- —,* у2 ~ — я—»

р дq2 Р ^<11

Де Ьі, - метричні коефіцієнти; р- циліндрична координата.

В нашому випадку 41=11,

= Af i-cos5 л - —1 = 3g'co$ 11 sinv[

dqj St) 12л 2n) 2n

дуг d ( q з </') n

—= — —cos -n - — = 0.

dq2 8E, V 2% 2nJ

Де Vi визначає швидкість, нормальну до лінії току, v2 - швидкість, дотична до лінії току.

Складова швидкості v2 визначається слідуючим чином:

3q cos2 ті

У 2 =-----

2ц ■ c^cht-Jch2q — sin2 Г)

Швидкість, нормальна лінії току, равна нулю, як і повинно бути.

Преобразуемо компоненти' швидкості в циліндричну систему координат з :теми координат сплюснутого сфероида:

1 дці 1 дчі

v --------• v ^ ------X..

р 8z * р Эр

По правилу диференціювання складної функції:

__ / 0VJÍ дг\ 1 д\\і 8Z, ' _ 1 д\у дг\ 1 9\|/ 92,

р р дц 8z р дЕ, dz’ z р Эг) Эр р д% Эр

Для переходу від координат сплющенного еліпсоіда до декартової системи эрдинат використовуються такі співвідношення:

z-с- sh^ ■ cos т],* р - с ■ ch2, ■ sin rj.

Визначимо повздовжню та поперечну складові вектора швидкості при русі сини через один отвір у циліидрічній системі координат:

„ 3q-cos2x\ _ тл 3qcos ті

Р ~ 9 ’ Z ~ 7 ? ' ^

7г • с sh2£, sin ті 2п-с ch В,

Сумарні повздовжні та поперечні складові вектора швидкості при русі рідини тез усі отвори уловлюваючого диска визначаються так при застосуванні лінійної іерпозіції:

Рр ='Е Урі; vz=iv¿. (5)

ы 1 і-1

п - кількість отворів у дисиі. Для оцінки взаємного впливу потоків через різні юри здійснювався перехід від декартової системи координат у систему координат лоснутого еліпсоїда. Він зводиться до розв’язання рівняння четвертого порядку:

2 2-* / 2 'І »■

c2sh2l c2ch\

Таким чином визначається поле швидкостей у кожній точці междискової простору, по якому можна визначити силу опору Стокса, діючу на поодиної частку, що знаходиться в цій точці простору, без урахування впливу стінок.

Для врахування впливу стінок використовувалась формула Вакії.

На феромагнітну частку, що рухається в потоці в' язкої немагнітн кеелектропроводної рідини під впливом магнітного поля, крім сили опору Стою діють сили тяжіння, Архімеда, сили інерції приєднанної маси, сила Басе пондеромоторна сила. Сили тяжіння та Архімеда можна не враховувати, бо воі будуть малі при наших параметрах часток. Сили інерції не враховуються, бо теч проходить при малих числах Рейнольдса. Сила Басе характеризує миттєві гідродинамічний опір, що виникає при великому прискоренні частки. В нашої випадку рух вважаємо стаціонарним, і силу Басе можна не враховувати. Такі чином, поведінка частки визначається силою опору Стокса та пондеромоторнс силою. Дія магнітної сили на течію в'язкої рідини характеризується чисж Альфвена. Оскільки в данному випадку рідина неелектропроводна, магнітне по впливає тільки на частки забруднень.

Визначення цієї дії вимагає математичного та фізичного моделюван розподілу магнітного поля в очиснику.

Пондеромоторна сила, створювана постійним неоднорідним магнітним пол< визначається так: -

т = ііохУНегасІН

де цо - магнітна проникність вакуума,

X - магнітна сприйнятливість частинки забруднень,

’■ V - об’єм частинки забруднень,

Н - напруженість магнітного поля,

’ Для визначення пондеромогорної сили потрібно знати розподіл напружене трьохвимірного магаітногїПіоліг-Щоб^досліднти-йош—застосовано аналігичі метод, сутність якого полягає у визначенні напруженості магнітного поля на соленоїда. Тоді напруженість магнітного поля в обраному місці можна визнач: через напруженність на осі соленоїдаГрадієнт напруженості магнітного п визначається так:

дН— дїі-

егааН - — с' +---------е.

5 ор р 0г ‘

частинна похідна напруженості по координаті ер равна нулю, бо г осесиметричне. Інші частинні похідні визначаються по таким виразам:

дН 1Ш2р Ь-г

Ф ЦК2 -р2 ) ■{І2 л-(Ь-г)2

■ + •

Таким чином

Врахуємо вплив отвору в диску на магнітне поле у ньому, скориставшись годом розділу змінних. Знайдемо потенційну функцію в областях, заповнених ллю та рідиною. З їх допомогою визначимо пондеромоторну силу. При цьому груженість магнітного поля поза диском змінюється обратнопропорційно гнітній проникності диску.

Ь - радіус отвору; а - радіус диску; ІІЯИск и Нотв - напруженості магнітного чя у диску і отворі відповідно.

Щоб знайти пондеромоторну силу, яка діє на частинку забруднень, в разі ¡центричних отворів у диску використаємо метод конформних зетворень.Використуємо перетворення \г\І7.. При цьому пондеромоторна сила на гцоні двух середовищ з різною магнітною проникністю (сталь- рідина) вища, ніж збластях з однаковою магнітною проникністю. Тому частинки притягуються :більше до кордонів отворів у диску, що збігаються з результатами експерименту.

Експериментальні дослідження розподілу магнітного поля в междисковому ксторі проводились по власній методиці. Для цього використовувся »момагнітний порошок, що засипався в замкнений об’єм малого розміру та ;лягав дії магнітного поля, під дією якого розташовувся в певному порядку. Для

глися з теоретичними розрахунками напруженості магнітного поля та ідеромоторної сили. Вирази для визначення поперечної та повздовжньої гадових пондеромоторної сили мають такий вигляд:

Н

4 И()„ск

(7)

ріплення результатів потім його підігрівали. Результати цього експерименту

І2Ш2П4 р Ь-г г

Гт^У-О-г-У

І21¥2 Я4

2ь[ї12 -р2)"

Ь-г

(*:

+1

2 2

Д2+(/.-г)2]2

л/й^Г? т]к2 +{Ь-гУ

Знаючи значешія швидкості рідини, сили опору Стокса та пондеромотор сили, можна визначити швидкість частки в потоці рідини в залежності розташування частки. Якщо частка знаходиться під поверхнею уловлюваюч диску, повздовжня складова швидкості, створена пондеромоторною силі направлена до диску, а поперечна - до центру найближчого отвору. Оскільки тс рідини проходить в напрямку отвору, то повздовжня складова швидкості ріді направлена до диску, а поперечна - до центру найближчого отвору. Виходить, повздовжні та поперечні складові швидкості рідини та швидкості частки, створе пондеромоторною силою, направлені однаково, і швидкість частки визначається з урахуванням взаємодії часток та впливу стінок:

.3

0.8246

Зд ■ сої Г) д

2пс2сіі2І

+ •

, 9 г 1г

1------+

8г

V

6%р.г

р

ті>

УРР - 0.862-

Ч

г 9 г Її

1 - - - +8г

г

тр •

(10)

кс* $/і2^зіпц 6п\іг

_В_л:ому_випадку. якщо частка знаходиться під отвором у уловлюваючі

дисці, змінюється напрям поперечної складової' швидкості частки, що виникає дією пондеромоторної сили. Вона направлена від центру отвору,під яким переб) частка, до краю цього отвору. Це пов'язано з тим, що напруженість магніта поля попід поверхнею диска вища, ніж напруженість під отвором. Інші скла; швидкості зберігають свій напрям. Відповідно поперечна складова швидкості час буде визначатись як різниця між поперечною складовою швидкості рідини поперечною складовою швидкості частки, що виникає під дією пондеромото{ сили. Повздовжня швидкість частки визначається як у попередньому випа; тільки не враховується вилив стінок:

Ург 0Я246]

Зд ■ сох ті

,2ис2сй2^

2

1171С

■ ті

Грр = 0.862

ч

1 т р бщіг

(11

бпцг "" ■пс'1 $Іі2І,яіпт|

Оскільки напрям і величина поперечної складової швидкості частки різ залежності від ії місця знаходження, умови уловлювання частки теж будуть різні

¡ерхнею уловлюваючого диску та під отвором в ньому. Частка, находяїцаяся під jepxnero диску, вловиться, якщо кут між направленням швидкістю частки і осю а (мал. 3) менший або рівний кутур між ocio OZ і вектором ОА, що з'єднують іу частку з краєм отвору:

Урр р-с

v< ,• (І2)

V Z ^

де поперечна та повздовжня складові швидкості частки визначаються за зазом (10).

Частка, що знаходиться під отвором, вловиться, якщо поперечна складова идкості частки, створювана пондеромоторною силою, більша ніж поперечна .идкість частки fmp¡6%vr>vMp (необхідна умова), а кут а між направленням

¡идкістю частки і осю OZ більше або рівному кутур між осю OZ і вектором ОА, і з'єднує дану частку з краєм отвору (мал. 4):

Ур р с р

7> >---(13)

Ург z

де складові швидкості частки визначаються за виразом (11).

На підставі умов уловлювання (12) та (13) була написана програма для ЕОМ, а дозволяє дослідити вплив параметрів рідини, часток та очисника па ступінь истки. На мал. 5 наведені залежності ступіню очистки від витрати та в'язкості пши, розміру та магнітної проникловості часток, геометричних та електричних рамегрів очисника.

При збільшенні витрати поперечна складова швидкості часток під отвором в ску буде зменшуватися, а продольная збільшуватися, відповідно імовірність авливания часток буде падати. Збільшення температури призводить до зниження язкості рідини, відповідно рОсте вплив пондеромоторної сили на швидкість

стки, і при температурах вищих 40 °С при наших параметрах очисника поведінка

стки практично повністю визначається пондеромоторною силою. Тому при дальшому рості температури (відповідно і в'язкості) швідкість частки практично : залежить від швидкості рідини, і відношення поперечної швидкості до івздовжньої, яке визначає ступінь очистки, майже не змінюється. Відповідно і упінь очистки при таких температурах залишається майже постійнім. Підвищення мнератури до 40 °С призводить к більш значному росту ступіню очистки, що іяснюеться більш різким зменьшенням в' язкості при таких температурах.

Для часток діаметром до 50 мкм, що розглядаються в даній роботі, як показано розділі 2.3, швидкість рідини не залежить від розміру частки забруднення, а лідеромоторна сила змінюється пропорційно обсягу частки, який пропорційний 'бу її радіусу (6). Отже, з збільшенням розміру частки ростуть складові її видкості, створювані пондеромоторноґі силою, і при певних значеннях радіусу їстки ці складові перевищують швидкість рідини. Поведінка частки при цьому лежить від співвідношення поперечної і продольной складових пондеромоторної ми, і збільшення радіусу частки призводить до зростання зони улавливания.

Гіри зміні радіусу улавлюваючого диску змінюється пондеромоторна сил діюча на частку забруднень. Відповідно змінюється швидкість руху часта Швидкість же рідини від радіусу диску не залежить. Ступінь очистки визначаєть відношенням поперечної складової пондеромоторної сили до повздовжньї Оскільки це відношення падає з ростом радіусу диску, то ступінь очистки теж пада

Зміна відстані між дисками не відбивається на швидкості течії рідин пондеромоторна же сила зменшується ппи збільшенні цього параметру. Як показа розрахунки, при витратах до 20 л/мин складові швидкості частки, створкж пондеромоторною силою, більше швидкості рідини. Отже в заданих умовах д збільшення кількості вловлених часток доцільно мати відстань між дисками менн мм.

Неферомагнітні частки не уловливаються, оскільки пондеромоторна сила них не діє, і їхня швидкість равна швидкості рідини, разом з якою вони і минак отвір. Збільшення магнітної проникності призводить до розширення зо улавливания. В тому випадку, якщо магнітна сприйнятливість більше 200, склад' швидкості частки, що створюється пондеромоторною силою, перевищук швидкість рідини і мають вирішальний вплив на швидкість частки. При подальше зростанні магнітної сприйнятливості ступінь очистки не росте, бо і поперечш повздовжня швидкості частки однаково залежать відх (формула 4.21).

Збільшення сили струму призводить до зростання ступіню очистки. Коли сі струму і, отже, пондеромоторна сила, равна нулю, швидкість частки ра: швидкості рідини. Всі частки забруднень будуть увлекатися рідиною через от: При значеннях сили струму до 6А вирішальну роль в швидкості частки г швидкість рідини, яка більша складової швидкості, створеної пондеромоторі: силою. Якщо ж сила струму більше 6А, ця складова перевищує швидкість рідин поведінка частки визначається співвідношенням поперечної і повздовж! складових швидкості, що створені пондеромоторную силою. ІІри збільшенні с струму понад 10 А ступінь практичні не збільшується, бо співвідношення складових залишається постійним, оскільки і поперечна, і продольная скла; -нондероматорної сили однаково залежать від сили струму (10, 11). Збільшення с струму вище 10 А недоцільно, бо-при цьому тільки ростутГвтратигелектроенергіі

Для апробації теоретичних висновків було проведено експерименте дослідження течії двухфазної рідини в електромагнітному очиснику. Проведе експериментальних досліджень призвело до необхідності розробки зас дослідження магнітного поля і контролю забрудненості рідини. Нами запрононо новий засіб визначення розподілу магнітного поля в замкненому просто; обмеженими розмірами, а також оригінальна методика аналізу дисперсійного ск. забруднень.Для проведення фізичного моделювання був створений стенд, який можливість зміни витрати та температури рідини та сили струму. Тг змінювалась відстань між дисками. Вихідним параметром вибрана ступінь очис що визначається як відношення індексів забрудненості до та після очисі Порівняння результатів математичного та фізичного моделювання показало максимальна похибка складає 19,5 %, 3 урахуванням того, що нормальною визначенні гранулометрическош складу забруднень вважається похибка отримані результати можна вважати цілком задовільними. Експеримент;

ідження підтверджують правильність теоретичних висновків, зроблених в :ртації.

З урахуванням теоретичних та експериментальних досліджень були опоновані залежності для визначення геометричних та електричних параметрів :ника. Проектування електромагнітних очисників у роботі зводиться до яаїшя гідравлічного та електричного розрахунку, який дозволяє:

- отримати необхідний ступінь очистки від феромагнітних забруднень при ній подачі забрудненої рідини;

- забезпечити раціональні значення електричного струму та числа витків ігнічювальної обмотки, які не призводять до зайвих витрат електрсенергій та

В такій постановці геометричні та електричні параметри очисника с дними величинами і визначаються шляхом розрахунків по заданій мінімальній шості часток, від яких треба очистити рідину, в'язкості забрудненої рідини, гітній проникності забруднень. По таким розрахункам був сконструйований їй очисник, що використовується на Брянківському рудо-ремонтному заводі, з експлуатаційні характеристики відрізняються від теоретичних максимум на 16 отків.

ВИСНОВКИ

1.Розроблена математична модель течії в'язкої рідини через перфоровану ігородку в електромагнітному очиснику без врахування впливу магнітного поля.

2.Визначені вирази для сил, що впливають на феромагнітні частки забруднень ку потоку в' язкої рідини.

3.Визначено вираз для знаходження нондеромоторної сили, діючої на зомагнитиую частку з боку магнітного поля очисника.

4.Розроблені методи розрахунку руху феромагнітних часток у в'язкій іектропровідній немагнітній рідині під дісю магнітного поля.

5.Наведені рекомендації по розрахунку раціональних параметрів :тромагнітного очисника зі складною конфігурацією магнітного поля, що зпечують необхідну тонкість очистки при заданому видатку рідини.

6. Розроблене програмне забезпечення для розрахунків течії і раціональних

іметрів очистителя. ,

7. Проведене експериментальне дослідження руху феромагнітних часток в кій неелекгропровідній немагнітній рідині під дією магнітного поля.

8.Результати дослідження знайщли практичне застосування при проектуванні лромагнітного очисника, що використовується на Брянківському рудо-знтному заводі (м.Брянка Луганської обл.).

В дисертаційній роботі досягнуті такі мета:

1.Розроблено методи розрахунку гідродинамічних параметрів течії в'язкої іектропроводної немагнітної рідини, що містить феромагнітні частки, в стромагнітному очиснику зі складною конфігурацією магнітного поля під ивом постійного неоднорідного магнітного поля, і вибору на цій основі

раціональних конструктивних та силових параметрів очисника. Запропоно: інженерна методика іх розрахунків.

2.Досліджений вплив параметрів цієї течії на ефективність роботи очистит

3.Проведене експериментальне дослідження течії в'язкої рідині електромагнітному очиснику.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ

1.Ямковая М.А. Теоретическое и экспериментальное определ1 напряженности магнитного поля в электромагнитном очистетеле// Вії Східноукраїнського Державного Університету. - 1998. - № 3(13). - С.40-44.

2.Ямковая М.А. Расчет пондеромоторной силы гидромагнитодинамической очистке// Вісник Східноукраїнського Держав Університету. - 1998. -№ 4(14). - C.l 11-113.

3.Финкельштейн З.Л., Ямковая М.А. Эффективность paí электромагнитного очистителя при различной крупности загрязнений// Вес' Национального Технического Университета Украины «КПИ». - 1999. - №35. 137-141.

4.Финкелынтейн З.Л., Ямковая М.А. Методика расчета движ ферромагнитной частицы под действием гидродинамических и магнитных і Вестник Национального Технического Университета Украины «КПИ». - 1999. 36. -С.315-321.

5.Ямковая М.А. Определение пондеромоторной силы в электромагни' очистителе для очистки смазочных, рабочих и охлаждающих жидкосте металлургическом производстве// Сборник научных трудов ДГМИ. Выпуск Алчевск: ДГМИ. - 1999. - С.103-108.

6.Ямковая М.А. Экспериментальное определение распредел неоднородного магнитного поля в электромагнитном очистителе// Праці II Рссі наук.-техн. конф. «Гідроаеромеханіка в інженерній практиці». - Черкаси: ЧІТІ, 1

- С. 93-98.

7.Ямковая М.А. Проблемы экономического развития Донбасса—и взаимосвязь с вопросами совершенствования производственного фильтрую: оборудования// Франція та Україна, науково-практичний досвід у контексті діг національних культур. V Міжнародна конференція. Том 1. Збірник наукових п] В двох частинах. Ч.ІІ. - Дніпропетровськ: Арт-Прес, 1998. - 200 с.

8.Ямковая М.А. Особенности течения вязкой жидкости в электромагни очистителе// Праці Міжнародної науково-технічної конференції «Прогрес техніка і технологія машинобудування, приладобудування і зварювалі виробництва». Том 3. - К.: НТУУ КПІ, 1998. - С.335-341.

АНОТАЦІЯ

Ямкова М.А.Гідродинамічні основи методики розрахунку електромагнітних :ників. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук зі (іальності 01.02.05 - механіка рідини, газу та плазми. - Національний технічний ерситет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2000.

Дисертація присвячена розробці гідродинамічних основ методики розрахунку тромагнітшгх очисників. Розроблена математична модель течії в'язкої агнітної неелектропроводної рідини, що містить феромагнітні частки, під ївом постійного неоднорідного магнітного поля, яка дозволила визначити вплив іметрів рідини, очисника та часток забруднень на ступінь очистки та знайти опальні гідравлічні, геометричні та електричні параметри очисника, при яких :на отримати необхідний ступінь очистки при заданій витраті. Проведені іериментальні дослідження підтвердили правильність запропонованої їматичної моделі. Основні результати роботи знайшли промислове звадження при розробці електромагнітного очисника.

Ключові слова: електромагнітний очисник, двухфазна рідина, малі числа аольдса, функція тока, пондеромоторна сила, частка забруднень, ступінь

Л’КИ.

АННОТАЦИЯ

Ямковая М. А. Гидродинамические основы методики расчета стромагаитных очистителей. - Рукопись. .

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по диальности 01.02. 05 - механика жидкости, газа и плазмы. - Национальный ніческий университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 0.

Диссертация посвящена разработке гидродинамических основ методики тста электромагнитных очистителей. Разработана математическая модель :ния вязкой немагнитной неэлектропроводной жидкости, содержащей ромагнитные частицы, под действием постоянного неоднородного магнитного я, которая позволяет определить влияние параметров жидкости, очистителя и гац загрязнений на степень очистки и найти рациональные гидравлические, метрические и электрические параметры очистителя, при которых получается бходимая степень очистки при заданных расходах. Проведенное лериментальное исследование подтвердило правильность предложенной ематической модели. Основные результаты работы нашли промышленное дрение при разработке электромагнитного очистителя.

Ключевые слова: электромагнитный очиститель, двухфазная жидкость, малые ла Рейнольдса, функция тока, пондеромоторная сила, частица загрязнений, пень очистки.

SUMMARY

Yamkovaya M.A. Hydrodynamic bases of a technique of account electromagn cleaner. - Manuscript.

Thesis is on competition for Scientific degree of the engineering science candidat speciality 01.02. 05 - mechanics of a liquid, gas and plasma. - The National Techn University of Ukraine «The Kiyiv Polytechnical Institute», Kiyiv, 2000.

The dissertation is devoted to development of hydrodynamic bases of a techniqui account electromagnetic cleaner. The mathematical model of current vise unmagnetized liquid containing ferromagnetic particles, under an operation of a cons inhomogeneous magnetic field is developed, which allows to determine influence parameters of a liquid, cleaner and particles of contaminations on a degree of clearing to find rational hydraulic, geometric and electrical parameters cleaner, which for want c received a necessary degree of clearing for want of specific costs. The conducted phys modelling has proved an offered mathematical model. The main outcomes of work b found industrial introduction for to development electromagnetic очисника.

Key word: electromagnetic cleaner, two-phase liquid, small Reynold's numb flow function, ponderomotive force, particle of contaminations, degree of clearing.