Ибраев Д.Ф.: Исследование динамики удара частиц в присутствии жидкой фазы для описания грануляционных процессов
Описание
Данная работа выполнена в рамках Гамбургского проекта при поддержке стипендиальной программы "Леонард Эйлер" немецкой службы академических обменов (DAAD).
Руководители
Руководитель со стороны СПбГПУ: к.ф.-м.н И.Е. Беринский
Руководители со стороны TUHH: Dipl.-Ing. V. Salikov, Prof. Dr.-Ing. S. Antonyuk
Аннотация
Грануляция традиционно считается эмпирическим искусством с большими трудностями в прогнозировании и объяснении наблюдаемых процессов. Промышленность столкнулась с рядом проблем, включая большой процент утилизации, плохой контроль качества продукции, большие расхождения при переходе от лабораторных гранулирующих устройств к промышленным. При условии, что известны соответствующие свойства материала и рабочие параметры, в настоящее время можно сделать полезные предположения о том, как из порошка формируются гранулы.
Содержание жидкой фазы при грануляции влияет на свойства столкновений между частицами. Во время этого процесса из-за увлажнения частиц (покрытие частиц жидкой пленкой или каплями) при соударении происходит потеря начальной энергии частиц, которую можно описать с помощью коэффициента восстановления. Реализация соударения двух частиц в лабораторных условиях является технически сложной задачей, поэтому рассматривается удар частицы о смоченную твердую поверхность.
Данная работа состоит из экспериментальной части, аналитического исследования и численного моделирования. В результате серии экспериментов определены коэффициенты восстановления при прямом ударе частиц о твердую поверхность, покрытую тонким слоем жидкости. Рассматривались удары частиц о смоченную поверхность и сухие удары, варьировались скорость частицы до удара и толщина слоя жидкости. Построена аналитическая модель для определения коэффициента восстановления при ударе. Проведено численное моделирование процесса удара с использованием сопряжения ABAQUS и STAR-CCM+. Результаты аналитического и численного моделирования с достаточно высокой точностью совпадают с экспериментальными данными.
Полученные результаты будут использованы при численном моделировании процесса грануляции с последующей разработкой гранулирующего устройства.
Аналитическая модель
В процессе удара частицы о смоченную поверхность на частицы действуют следующие силы: капиллярная сила, сила вязкости, сила сопротивления, сила при контакте частицы со свободной поверхностью жидкости и твердой поверхностью стенки, сила Архимеда и сила тяжести. При моделировании было принято, что влиянием таких сил, как сила вязкости, сопротивления и Архимеда можно пренебречь, исходя из результатов работы [1].
Закон сохранения энергии для частицы в процессе удара примет вид:
