Научные открытия России
Государственный реестр открытий СССР
 


МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
Научные открытия в области аэрогидродинамики и вибрации.



Научное открытие "Явление возникновения статического перепада давления газа в виброкипящем слое".

Формула открытия: "Экспериментально установлено неизвестное ранее явление возникновения статического перепада давления газа в виброкипящем слое, т. е. в слое, образованном в результате циклического изменения пористости дисперсного материала, подвергаемого вертикальному вибрационному воздействию с ускорением, превышающим ускорение свободного падения материала в данной среде".
Авторы: В. А. Членов, Н. В. Михайлов.
Номер и дата приоритета: № 138 от 4 июня 1963 г.


Описание открытия.
Более 400 лет служит человеку техника так называемого "кипящего слоя", благодаря которому перемешивание сыпучих материалов производится с помощью проходящего сквозь него воздуха. Процесс перемешивания в таком случае напоминает кипение жидкости. Так сушат зерно, сахар, кварцевый песок, уголь. С помощью кипящего слоя осуществляют обжиг руд, проводят различные химические реакции.
Еще эффективнее процесс перемешивания протекает в виброкипящем слое. Здесь интенсивное перемешивание сыпучего материала создается не путем фильтрации газа или жидкости, а благодаря низкочастотным механическим вибрационным воздействиям на материал. В таком случае перемешивание возможно при любых скоростях газа или жидкости, без подачи газа под слой, а также в вакууме.

Раньше считалось, что под слоем дисперсного материала, находящегося на площадке, вертикально вибрирующей с ускорением, превышающим ускорение свободного падения частиц, возникают динамические, постоянно меняющиеся по закону, близкому к синусоидальному, импульсы давления и разрежения газа, которые за один цикл колебания площадки взаимно компенсируются.
В 1963 г. московские ученые кандидат технических наук В. А. Членов и доктор технических наук, профессор Н. В. Михайлов (Институт физической химии), исследуя аэродинамические свойства порошков, обнаружили, что сыпучие материалы в виброкипящем слое, вместо того чтобы оказывать сопротивление фильтруемому газу, сами засасывают из-под себя газ и, подобно насосу, транспортируют его к поверхности слоя.

"На вертикально вибрирующую площадку, - рассказывает В. А. Членов, - мы поставили герметичный аппарат, разделенный внутри горизонтальной сеткой. На нее насыпали слой сыпучего материала. Давление газа в аппарате под сеткой и над слоем материала измерялось чашечными дифференциальными микроманометрами. Аналогичные измерения проводили в аппарате с плоским металлическим дном, на котором тоже лежал сыпучий материал. Давление под слоем измеряли с помощью тонких иголок-трубок, соединенных с микроманометрами.
Измерения показали, что виброкипящий слой создает устойчивый статический перепад давления газа в аппарате. При этом под слоем сыпучего материала происходит разрежение газа, а над ним возникает избыточное давление. Специальные исследования помогли выявить влияние различных факторов на величину статического перепада давления газа и выяснить механизм процесса его возникновения в виброкипящем слое".

Доказано, что статический перепад давления возникает в момент перехода слоя из состояния виброожижения в состояние виброкипения. Такой переход осуществляется благодаря ускорению вибрации площадки, где находится слой сыпучего материала, которое становится равно ускорению свободного падения частиц в среде слоя. Когда параметры вибрации (амплитуда, частота, ускорение) выше критических, увеличивается статический перепад давления газа. Снижение газопроницаемости слоя за счет увеличения его высоты или уменьшения размеров частиц приводит к увеличению статического перепада давления. Повышение эффективной вязкости слоя благодаря большей шероховатости поверхности частиц или большей влажности материала вызывает снижение статического перепада давления газа. В виброкипящем слое сухого полидисперсного кварцевого песка высотой 50-70 мм при частотах вибрации 40-50 Гц и амплитудах колебания 2-2,5 мм статический перепад давления воздуха достигает 200 мм вод. ст.

Природа описанного явления объясняется тем, что в горизонтальной плоскости виброкипящего слоя возникают периодические изменения плотности слоя сыпучего материала. Перемещаясь снизу вверх, слои с повышенной плотностью транспортируют впереди себя газ, создавая под собой статическое разрежение, а над собой - статическое давление газа.
Возникновение статического перепада давления газа в виброкипящем слое присуще тонкодисперсным материалам и проявляется в широком диапазоне параметров.
Благодаря работам советских ученых установлены связи возникающего в виброкипящем слое статического перепада давления саза со скоростью процессов тепло- и массообмена и реакций на границах раздела фаз. Это позволяет управлять протекающими в виброкипящем слое процессами и реакциями и интенсифицировать их.

Авторами открытия в содружестве с другими учеными и специалистами сделаны десятки изобретений, в том числе разработаны новые способы опреснения соленых вод с разделением на пресную воду и сухую соль, прямого восстановления металлов из руд, термического синтеза люминофоров для экранов телевизоров, получения минеральных порошков (витаминов и других лекарственных препаратов) с полимерным покрытием, сушки сыпучих материалов (кварцевого песка, сахара, порошков ферритов, угля, соли и др.). Выявленные в результате открытия особенности механизма перемешивания частиц в виброкипящем слое используются ныне при создании экспериментальных химических реакторов, а также для разработки аппаратов для нагрева, сушки и охлаждения сыпучих материалов.




Главная
КОСМОС
ЗЕМЛЯ
ЧЕЛОВЕК, БИОЛОГИЯ
ФИЗИКА, РАДИОАКТИВНОСТЬ
ХИМИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
МЕХАНИКА, АВТОМАТИКА, ЭЛЕКТРОНИКА
МИРОЗДАНИЕ
Сайт создан в системе uCoz