Введение к работе
Актуальность работы. Получение ленточных материалов с заданными прочностными характеристиками путем прокатки в валковых устройствах широко используется в химической промышленности. Описанию технологической операции прокатки посвящено большое количество научных работ, но применительно к дисперсным вязкоупругам материалам этот процесс остается малоизученным. При этом наиболее перспективным представляется применение в валковых аппаратах принудительного питания с обеспечением стабильного давления подпора рабочими органами питателя.
Для описания процесса механического уплотнения (деаэрации) дисперсных материалов самым последовательным, с точки зрения математического моделирования, является использование методов механики многофазных систем. Однако в имеющихся в настоящее время моделях прокатки указанных сред в валковых устройствах учитываются только упругие характеристики твердой фазы. В тоже время в процессе уплотнения дисперсного материала происходит значительное сжатие газа (воздуха), и его избыточное давление может быть сравнимо с упругими напряжениями «твердого скелета». В связи с этим, актуальной проблемой является разработка методов расчета процесса прокатки дисперсных материалов в валковом зазоре с учетом их деаэрации, как операции сокращения объема среды без разрушения составляющих элементов твердой фазы.
Целью работы является математическое моделирование процесса прокатки дисперсных вязкоупругих материалов в валковом аппарате в режиме принудительной подачи с использованием шнекового питателя и, на основе полученных данных, разработка методики инженерного расчета режимных и конструкционных параметров указанного устройства.
Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи:
- разработка математической модели движения и уплотнения дисперсных
вязкоупругих материалов в шнековом питателе на базе методов механики
гетерогенных систем;
- проведение согласно гидродинамическим методам теории прокатки
дисперсных сред математического описания движения вязкоупругих материалов в
валковом аппарате в режиме подпора с учетом деаэрации;
проведение серии сравнительных теоретико-экспериментальных
исследований процесса уплотнения дисперсных вязкоупругих материалов в производстве ленточных изделий и обоснование использования шнекового питателя;
- разработка методики инженерного расчета валкового аппарата с
использованием принудительной подачи дисперсного вязкоупругого материала
вращающимся шнеком.
Научная новизна работы:
- с позиции механики гетерогенных сред создана математическая модель
уплотнения (деаэрации) дисперсных вязкоупругих сред в шнеке и получена функция
для давления материала на выходе из питателя как зависимость от физико-
механических характеристик рабочей среды, а также конструктивных и режимных
параметров данного устройства;
на основе гидродинамической теории изотермического вальцевания создана математическая модель движения дисперсных вязкоупругих материалов в валковом аппарате в режиме подпора с учетом деаэрации;
для обоснования математического описания указанных процессов проведена серия теоретико-экспериментальных исследований операции уплотнения дисперсных вязкоупругих материалов, определены основные показатели процесса их прокатки в условиях деаэрации при использовании подпора шнековым питателем.
Практическая значимость и реализация
Разработана научно-обоснованная и экспериментально проверенная методика инженерного расчета процесса прокатки дисперсных вязкоупругих сред в валковом устройстве при использовании принудительной подачи материала вращающимся шнеком с учетом деаэрации, представлена соответствующая блок-схема. Приведен пример расчета аппарата.
Предложена технологическая схема операции прокатки дисперсных вязкоупругих сред в валковом аппарате в режиме подпора материала с помощью шнекового питателя. Научно-техническая документация по выпуску ленточных уплотняющих материалов, составленная по разработанной схеме, передана в ЗАО «Ярославский завод вентиляционных изделий». Запланирован выпуск данной продукции в 2013-2014 годах.
Автор защищает
математическую модель движения и уплотнения дисперсных материалов в шнековом питателе, выполненную с учетом деаэрации в аксиальном направлении;
математическую модель движения дисперсных вязкоупругих материалов в валковом аппарате в режиме подпора с учетом деаэрации;
результаты теоретико-экспериментальных исследований процесса уплотнения дисперсных вязкоупругих материалов в валковом аппарате со шнековым питателем, обоснование использования режима подпора.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международных научных и научно-технических конференциях «Теоретические основы создания, оптимизации и управления энерго- и ресурсосберегающими процессами и оборудованием» (Иваново, 2010); «Математические методы в технике и технологиях» (ММТТ-23) (Саратов, 2010); «Нестационарные, энерго- и ресурсосберегающие процессы и оборудование в химической, нано- и биотехнологии» (НЭРПО) (Москва, 2011).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в журналах из перечня, утвержденного ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 105 наименований. Общий объем работы 115 страниц основного текста, включая рисунки и таблицы.
