Динаміка процесу кавітації та закономірності кінетики електрогідроімпульсного подрібнення матеріалів - Автореферат

Використання для подрібнення вказаних матеріалів традиційних апаратів, дія яких базується на ударно-стираючому механізмі подрібнення, недостатньо ефективне. Особливості механізму подрібнення призводять до підвищення витрат енергії, зносу тіл, що подрібнюють, та забрудненню продукту подрібнення. Різноманітні явища, які супроводжують імпульсний розряд в рідині, особливо кавітація, дозволяють здійснювати тонке і надтонке подрібнення твердих і абразивних матеріалів при значно меншому зносі робочих органів та меншому забрудненні продукту подрібнення. Метою роботи є розробка та наукове обґрунтування параметрів розрядної камери електрогідроімпульсних пристроїв, що сприяють інтенсивній керованій кавітаційній дії на матеріал при тонкому і надтонкому подрібненні твердих порошкових матеріалів. Для досягнення цієї мети вирішуються наступні задачі: - розробка математичної моделі гідродинамічних процесів при імпульсному електричному розряді в розрядній камері з урахуванням процесу кавітації;Обґрунтовано перспективність використання електрогідроімпульсних пристроїв для тонкого і надтонкого подрібнення матеріалів, що дозволяють, на відміну від традиційних пристроїв, вести подрібнення твердих і надтвердих матеріалів до часток розміром менше 2 мкм при значно меншому абразивному зносі робочих органів. У розділі приведено класифікацію та аналіз методів розрахунку гідродинамічних процесів при імпульсному електричному розряді у відкритому і обмеженому обємі та моделей динаміки кавітаційної порожнини під зовнішньою дією, визначені напрямки досліджень та їх обєм. Згідно з розвинутим в роботі підходом зміна фізичних властивостей рідини при падінні тиску нижче тиску насиченої пари рідини в нормальних умовах PV враховується зменшенням густини рідини . Результати моделювання розряду у камері з вільною поверхнею рідини показали, що ударна хвиля віддзеркалюється від поверхні у вигляді хвилі розрідження великої амплітуди та тривалості, параметрами якої керувати неможливо. Результати моделювання розряду у камері з рухомою стінкою у вигляді диска з пружиною показали, що ударна хвиля віддзеркалюється від рухомої поверхні у вигляді фронту стискання, за яким прямує фронт розрідження, амплітуда та тривалість якого збільшується зі зменшенням маси рухомої стінки MC.В дисертації дано перспективне рішення важливої науково-практичної задачі, яка полягає у виборі та науковому обґрунтуванні конструкції розрядної камери, яка сприяє інтенсивній керованій кавітаційній дії на матеріал на базі сумісного розгляду ударно-хвильових та кавітаційних процесів при високовольтному електричному розряді у розрядній камері та експериментального дослідження кінетики подрібнення порошків твердих матеріалів.

ОСНОВНИЙ зміст роботи

В дисертації дано перспективне рішення важливої науково-практичної задачі, яка полягає у виборі та науковому обґрунтуванні конструкції розрядної камери, яка сприяє інтенсивній керованій кавітаційній дії на матеріал на базі сумісного розгляду ударно-хвильових та кавітаційних процесів при високовольтному електричному розряді у розрядній камері та експериментального дослідження кінетики подрібнення порошків твердих матеріалів.

1. Здійснено критичний аналіз існуючих способів і засобів тонкого та надтонкого подрібнення порошкових матеріалів, на базі якого встановлена перспективність електрогідроімпульсного способу подрібнення.

2. Вдосконалено математичну модель гідродинамічних процесів при високовольтному імпульсному електричному розряді у розрядній камері електрогідроімпульсної установки урахуванням фізичних властивостей рідини при кавітації, що дало змогу сумісно розглянути хвильові та кавітаційні процеси.

3. Уточнено умови виникнення кавітації в рідині при високовольтному імпульсному електричному розряді в закритій камері, камері з вільною поверхнею рідини та камері з рухомою торцевою стінкою.

4. Досліджено закономірності руху кавітаційного пухирця при високовольтному імпульсному електричному розряді в закритій камері, камері з вільною поверхнею рідини та камері з рухомою торцевою стінкою.

5. Розроблено перспективну конструкцію розрядної камери з рухомою торцевою стінкою, яка дозволяє на практиці подрібнювати тверді та надтверді порошкові матеріали з використанням керованої кавітаційної дії на матеріал.

6. Експериментально встановлена можливість управління процесом електрогідроімпульсного подрібнення за рахунок сумісного регулювання маси рухомої торцевої стінки камери, геометричних параметрів розрядної камери та електричних характеристик розрядного контура.

7. Показано, що кінетика тонкого та надтонкого електрогідроімпульсного подрібнення порошків різної твердості підкоряється основному рівнянню кінетики подрібнення.

8. Розроблений пристрій для тонкого і надтонкого подрібнення твердих порошкових матеріалів і методика для розрахунку його основних параметрів впроваджені у процесах видобутку, збагачення та переробки сировини для хімічної промисловості.

перелік опублікованих праць за темою дисертації

1. Виноградов Б.В., Федин Д.А. К вопросу о развитии кавитационной полости при внешнем воздействии// Вопросы химии и химической технологии. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2003. - №1. - С.151-153. Здобувачем зроблено аналіз, вибір та обґрунтування математичної моделі розвитку кавітаційної порожнини при зовнішній дії, обґрунтовано область застосування моделі Нолтінга-Непайраса.

2. Виноградов Б.В., Федин Д.А. Влияние частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний на интенсивность кавитации// Вопросы химии и химической технологии. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2003. - №4. - С.141-144. Здобувачем на базі математичної моделі Нолтінга-Непайраса розглянуто вплив на швидкість схлопування кавітаційного пухирця частоти та амплітуди імпульсної зовнішньої дії.

3. Виноградов Б.В., Федин Д.А., Никулин Д.С. Особенности гидродинамических процессов при импульсном электрическом разряде в ограниченном объеме жидкости // Вопросы химии и химической технологии. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2004. - №2. - С.190-192. Здобувачем з використанням метода характеристик досліджено гідродинамічні процеси при високовольтному імпульсному електричному розряді у камері електрогідроімпульсної установки; визначено умови виникнення кавітації в обмеженому обємі рідини.

4. Виноградов Б.В., Федин Д.А. О механизме сверхтонкого электрогидроимпульсного измельчения материалов // Сборник научных трудов Национального горного университета. - Днепропетровск: НГУ, 2004. - №19. - С.115-119. Здобувачем шляхом математичного моделювання розглянуто поведінку кавітаційної порожнини у замкненій електророзрядній камері та камері з вільною поверхнею рідини; досліджено характер залежності інтенсивності кавітації від тривалості та амплітуди імпульсу розрідження.

5. Виноградов Б.В., Емельяненко В.И, Федин Д.А. О влиянии конструкции разрядной камеры на эффективность преобразования энергии в электрогидроимпульсных установках // Вопросы химии и химической технологии. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2005. - №1. - С.170-174. Представлено результати експериментальних досліджень по підвищенню повноти перетворення енергії розряду у механічну роботу над рідиною в розрядній камері шляхом використання раціональної конструкції клапанної та електродної системи.

6. Виноградов Б.В., Федин Д.А Экспериментальное и теоретическое исследование тонкого электрогидроимпульсного измельчения материалов // Новые огнеупоры. - Москва: “Интермет инжиниринг”, 2005. - №3. - С.41-43. Здобувачем проаналізовано результати експериментальних досліджень впливу характеристик гранулометричного состава порошкових матеріалів на ефективність електрогідроімпульсного подрібнення; представлено результати теоретичних досліджень механізму тонкого та надтонкого електрогідроімпульсного подрібнення.

7. Виноградов Б.В., Филатов Г.В., Харлан Б.А., Немчинов С.И., Федин Д.А. Динамика и прочность механических систем, и оптимальное проектирование конструкций// Вопросы химии и химической технологии. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2005. - №2. - С.201-209. Здобувачем представлено основні результати теоретичних досліджень гідродинамічних процесів у розрядній камері та експериментальних досліджень електрогідроімпульсного подрібнення порошкових матеріалів.

8. Федин Д.А. Исследование динамики кавитации при импульсном электрическом разряде в камере с упругим элементом// Вопросы химии и химической технологии. - Дніпропетровськ: УДХТУ, 2005. - №4. - С.171-174. Здобувачем представлено основні результати теоретичних досліджень гідродинамічних процесів у розрядній камері з рухомою торцевою стінкою у вигляді пластини з пружинами.

9. Виноградов Б.В., Федин Д.А., Емельяненко В.И. Эффективность измельчения порошков в составной электроразрядной камере с упругими элементами// Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2005. - №51. - С. 99-105. Представлено результати експериментальних досліджень ефективності електрогідроімпульсного подрібнення порошків у розрядній камері з рухомою стінкою.

10. Виноградов Б.В., Федин Д.А. Управление динамикой процесса кавитации при импульсном электрическом разряде в ограниченном объеме жидкости // Сборник научных трудов Национального горного университета. - Днепропетровск: НГУ, 2005. - №12. - С.49-51. Здобувачем з використанням методу характеристик розглянута залежність характеру гідродинамічних процесів при імпульсному електричному розряді в камері з рухомою торцевою стінкою різної маси. Встановлена принципова можливість управління інтенсивністю кавітації в електрогідроімпульсних установках регулюванням динамічних параметрів пружного елемента.

11. Виноградов Б.В., Федин Д.А., Емельяненко В.И. Об использовании разрядноимпульсной технологии для получения субмикропорошков синтетического алмаза // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. Сб. науч. тр. - Киев: ИСМ. - 2006. - Вып. 9. - С. 186-189. Здобувачем досліджено можливість використання розрядноімпульсної технології отримання субмікропорошків штучного алмазу.

12. Пат. 63176 А Україна, МКИ В 02С 19/18. Пристрій для одержання тонко дисперсних систем / Б.В.Виноградов, В.І. Ємельяненко, Д.О.Федін (Україна) Український державний хіміко-технологічний університет. - №2003021226; Заявл. 11.02.2003; Опубл. 15.01.2004; Бюл. №1. Здобувачем розроблено пристрій для тонкого та надтонкого подрібнення з використанням явища електрогідроімпульсної кавітації.

13. Пат. 60736 А Україна, МКИ ВО2С19/18. Спосіб для одержання тонко дисперсних систем / Б.В.Виноградов, В.І.Ємельяненко, Д.О.Федін (Україна) Український державний хіміко-технологічний університет. - №2003021241; Заявл. 11.02.2003; Опубл. 15.10.2003; Бюл. №10. Здобувачем розроблено спосіб управління коливально-хвильовими процесами в пристроях для тонкого та надтонкого подрібнення з використанням явища електрогідроімпульсної кавітації.

14. Федин Д.А Образование и динамика кавитационной полости при внешнем воздействии // Тези доп. IV Регіональної конференції молодих вчених та студентів з актуальних питань хімії. - Дніпропетровськ, 2002. - С.117. Здобувачем здійснено критичний аналіз існуючих моделей динаміки кавітаційної порожнини.

15. Федин Д.А. Образование и динамика кавитационной полости при внешнем воздействии // Тези доп. Всеукраїнської науково-технічної конференції студентів та аспірантів „Хімія і хімічна технологія - 2002”. - Дніпропетровськ: ІНКОМЦЕНТР, 2002. - С.116-118. Здобувачем проаналізовано можливість використання моделі Нолтинга-Непайраса для опису процесу кавітації при імпульсній дії.

16. Федин Д.А. Влияние внешнего воздействия на развитие кавитационной полости // Тези доповідей I Міжнародної науково-технічної конференції студентів і аспірантів “Хімія і сучасні технології”. - Дніпропетровськ: ІНКОМЦЕНТР. - 2003. - С. 242-243. Здобувачем розглянуто вплив таких параметрів ультразвукової дії як частота та амплітуда на швидкість схлопування кавітаційного пухирця.

17. Федин Д.А. О закономерностях тонкого и сверхтонкого измельчения твердых порошковых материалов // Тези доповідей ІІ Міжнародної науково-технічної конференції студентів і аспірантів та молодих вчених “Хімія і сучасні технології”. - Дніпропетровськ: ІНКОМЦЕНТР. - 2005. - С.71. Здобувачем можливість застосування загального рівняння подрібнення крупного класу часток до умов електрогідроімпульсного подрібнення.

18. Федин Д.А. Влияние частоты и амплитуды ультразвуковых колебаний на интенсивность кавитации // Матеріали II Міжнародної науково-практичної конференції “Динаміка наукових досліджень ‘ 2003”. - Том 17. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2003. - С. 46-50. Здобувачем розглянуто вплив параметрів ультразвукової дії на швидкість схлопування кавітаційного пухирця. Досліджено вплив відношення статичного та динамічного тиску на інтенсивність замикання кавітаційного пухирця.

19. Федин Д.А. Исследование гидродинамики подводных искровых разрядов на наличие условий возникновения кавитации // Матеріали Міжнародної науково-практичної конференції “Україна наукова ’ 2003”. - Том 14. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2003. - С.21-24. Здобувачем розглянуті гідродинамічні процеси при імпульсному електричному розряді в розрядній камері.

20. Федин Д.А. О механизме кавитационной интенсификации процессов химической технологии и расчете ее эффективности // Матеріали VI Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта ’ 2003”. - Том 16. Хімія та хімічна технологія. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2003. - С. 46-48. Здобувачем запропоновані шляхи використання кавітації у хімічній технології.

Размещено на .ru