1.1.1 Виброкипящий слой. Статический перепад давления газа
Слой мелкодисперсного материала в газовой среде под воздействием вибрационных колебаний содержащего его сосуда испытывает в поле сил тяжести периодические воздействия, что приводит к возникновению ряда газодинамических эффектов. В частности, под слоем возникает статический перепад давления газа относительно внешней газовой среды (над слоем). Возникновение статического перепада признано открытием, [1] , а эффект подробно описан в [2].
Замеры на слоях из монодисперсных частиц показали наличие отрицательного статического перепада давления газа для всех исследованных диапазонов параметров вибрации, высот слоёв и крупностей частиц, [2].
Мы провели исследования, выполнив измерения статического перепада на слое полидисперсного материала, когда распределение частиц по крупности приближается к нормальному логарифмическому. В качестве такого материала применили сухой, практически без масел и влаги, флотационный ртутно-сурьмяный концентрат (далее полидисперсный материал). Для сравнения, в опытах применили также слои из монодисперсного кварцевого песка и порошка сульфида ртути β модификации (метацинабарит).
Предварительно определили для исследуемых материалов: плотность частиц, плотность и порозность свободно насыпанного слоя, средний диаметр частиц, удельные поверхности частиц (шарообразной формы и действительную), а также их фактор формы. Применили известные методики [3 8]. Результаты измерений физических и структурных характеристик частиц и слоёв материалов изложены в таблице 1.1.
Схема экспериментальной установки для измерения статического перепада давления на вибрируемом слое мелкодисперсных материалов при давлении воздуха (газов) меньше атмосферного (в низком вакууме) приведена на рисунке 1.1.
Установка включает вакуумный масляный насос 1 (тип ВН-461М),
дифференциальный жидкостный манометр 4 и ртутный вакуумметр 5, каждый с ценой деления шкалы 1 мм. Материал помещали в вертикальный стеклянный
цилиндр 6 (внутренним диаметром 54 мм) с пористым ложным дном 7. Цилиндр
крепили на стол вибростенда с регулируемыми частотой и амплитудой
вибрации. Эти параметры после их установки (частоты с точностью + 0,5 Гц, амплитуды + 0,01 мм) фиксировали и проводили измерения. В манометр 4 заливали дибутиловый эфир фталевой кислоты (плотность при 25 0С-1,04 г/см3, температура кипения 300 0С).
Краны 3 служат для герметизации установки, создания требуемого разрежения и отсоединения от атмосферы при проверке на герметичность. Кран 9 является байпасным и был открыт при задании необходимого разрежения в установке и закрыт при проведении замеров статического перепада манометром.
При измерении статического перепада на виброслое при температурах до 500 0С цилиндр 6 с материалом нагревали в трубчатой электропечи, установленной над столом вибростенда осесимметрично цилиндру. Температуру в центре слоя измеряли термопарой ХК, показания которой преобразовывали на потенциометре с точностью + 5 0С.
Измерения статического перепада проводили в следующей последовательности. Засыпав в цилиндр заданное количество материала (формирующее слой требуемой высоты) и, установив необходимые параметры вертикальной вибрации цилиндра, давления газовой среды и температуры слоя, включали вибростенд, периодически закрывали байпасный кран на манометре и фиксировали установившийся во времени статический перепад. Замеры проводили 3 4 раза и данные усредняли.
Частоту и амплитуду вибрации во всех опытах принимали из расчёта, обеспечивающего виброкипящее состояние слоя. Если это специально не указано, все измерения проводили при температуре 25 0С и в воздухе.
Результаты измерений статического перепада давления газа (воздуха) в вакууме при разных условиях и для разных материалов приведены на рисунках 1.2 1.7.
На рисунке 1.8 измерения Рст проведены, кроме воздуха, в водороде и аргоне.
1.1.2 Виброкипящий слой. Структура