Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Моделирование гидродинамических процессов

Содержание

1 Моделирование гидродинамических процессов на основе теории подобия.______4

2 Механические процессы и аппараты. Проектирование аппаратов для ДСУ____ 6

2.1 Обоснование и выбор схемы дробления____________________________________7

2.2 Расчёт и выбор аппаратов первой стадии дробления________________________8

2.3 Определение процентного содержания фракций продукта первичного

Дробления___________________________________________________________9

2.4 Обоснование и выбор промежуточного грохота____________________________11

2.5 Расчёт и выбор аппаратов второй стадии дробления_______________________12

2.6 Определение процентного содержания фракций продукта вторичного

дробления и суммарного выхода фракций_______________________________13

2.7 Расчёт и выбор товарного грохота________________________________________13

2.8 Расчёт аппаратов транспорта и хранения материала_______________________16

2.9 Разработка технологической схемы ДСУ__________________________________21

3 Гидромеханические процессы и аппараты__________________________________22

3.1 Процессы гидроклассификации и воздушной сепарации___________________ 22

3.2 Проектирование циклона______________________________________________ 22

4 Разработка аппаратов в технологии строительных материалов______________ 25

4.1 Назначение, сравнительная характеристика, области применения аппарата__25

4.2 Устройство, принцип работы и схема аппарата____________________________26

4.2 ТЭП и области применения аппарата ____________________________________27

7 Техника безопасности и охрана окружающей среды. _________________________27

Список используемой литературы.____________________________________________29

1 Моделирование гидродинамических процессов на основе теории подобия.

Для экспериментального изучения в лабораторных условиях некоторого производственного процесса изготовлена геометрическая модель производственного аппарата в масштабе 1:10, в производственном аппарате рабочее вещество - горячий воздух c температурой 85°С при атмосферном давлении, движущейся со скоростью 2,1 м/с. В лабораторной модели предполагается применять в качестве рабочего вещества воздух с температурой 21°С. Определить возможно ли получение при этих условиях полного гидродинамического подобия промышленного аппарата и модели. Какова должна быть скорость воздуха в модели. При необходимости назначить модель с полным подобием.

Для решения задачи используются критерии Рейнольдса и Фруда:

;

Для соблюдения полного гидродинамического подобия при подобных граничных условиях необходимо равенство критериев подобия модели в реальном аппарате

где ω₁ и ω₂ – скорости в аппарате и модели;

l₁ и l₂ –размера аппарата и модели;

ρ₁ и ρ₂ – плотность рабочего вещества;

μ₁ и μ₂ – вязкость вещества.

Из таблицы [ 1 ] берем значение плотности рабочего вещества (воздуха) ρ_в при 0°С ρ_о=1,29 кг/м³. Делаем корректировку на температуру:

кг/м³

Необходимо найти вязкость воздуха по номограмме:

Т. к. соотношение 1:10, то l₂=0,1l₁

Скорость воздуха в модели по критерию Рейнольдса:

м/с

Согласно 3-ей теории подобия необходимое и достаточное условие будет выполняться, если скорость модели будет 15 м/с.

Скорость воздуха в модели по критерию Фруда:

м/с

Вывод: Получение полного гидродинамического подобия для принятой модели (1:10, t₂=21°С, воздух) не возможно. Следует изменить модель.

Модель №2

Изменим рабочее вещество в модели Cl2, а также температуру в модели t₂=

-20°С и примем масштаб 1:3,39. В связи с изменившимися параметрами, корректируем плотность:

кг/м³

Динамический коэффициент вязкости в новой модели определяем по номограмме. Для t₂=-20°С и соотношения 1:3,39

Находим скорость в модели по критерию Рейнольдса:

м/c

Проверяем подобие по равенству критерия Фруда:

м/c

Вывод: во второй модели принято рабочее вещество SO2 с температурой

-20°С и масштабом 1:3,39. Получили полное гидродинамическое подобие: м/c; м/c. Следовательно, принимаем скорость во второй модели, равную 1,14 м/c.

2 Расчёт механических процессов измельчения и классификация материалов, проектирование аппаратов для ДСУ

Основные положения.

Дробильно-сортировочные установки (ДСУ) широко применяются в строительстве для производства щебня. В них осуществляются все технологические операции по измельчению камня, сортировки его по фракциям и в случае необходимости может осуществляться промывка с целью удаления

органических и неорганических примесей.

Эффективность использования ДСУ и качество продукции определяются правильностью расчёта и выбором машин, регулировкой их параметров. Целью выполнения требований целесообразно расчёт вести в следующей последовательности:

1) Изучить особенности конструкции и работы машин, входящих в комплекс ДСУ.

2) Рассчитать, выбрать дробильно – сортировочные машины.

3) Определить процентное содержание фракции продуктов дробления.

4) Составить технологическую схему ДСУ.

5) Решить вопросы техники безопасности и охраны окружающей среды при работе установки.

2.1 Обоснование и выбор схемы дробления.

Дробление камня на щебень в зависимости от конкретных условий может производиться в одной или последовательно в нескольких дробилках. В первом случае осуществляется одностадийное дробление, во втором – многостадийное.

Исходные данные:

= 210;

= 20;

=8;

=1,15.

Выбор схемы дробления определяется степенью измельчения:

где – максимальный размер загружаемого камня;

– максимальный размер щебня.

При принимается одностадийная схема дробления, при - многостадийная схема дробления (двухстадийная).

т.к. , следовательно, принимаем многостадийное дробление.

Для первичного дробления возьмём щёковую дробилку, а для вторичного - валковую дробилку.

Технология при двухстадийном дроблении.

Приемный бункер

Колосниковый питатель

Щековая дробилка(1-я стадия)

Промежуточный грохот (сито)

Подситный продукт Надситный продукт

Валковая

дробилка (2-я стадия)

Товарный грохот

Бункер мельницы или склад

Рис.1.- Технология при двухстадийном дроблении.

2.2 Расчёт и выбор аппаратов первой стадии дробления.

При выборе модели щековой дробилки учитываются следующие параметры:

1) Максимальный размер загружаемого камня =210;

2) Расчетная производительность ,

где – коэффициент неравномерности подачи материала.

По этим значениям выбираем дробилку.

При и = 210 выбираем щековую дробилку

С– 182Б [ 2 ].

Технические характеристики дробилки:

– длинна камеры дробления

– ход подвижной щеки дробилки

– число качаний подвижной щеки дробилки

Производительность дробилки зависит от степени дробления и изменяется в широких пределах. По условиям обеспечения эффективности использования машины и безопасности работы степень дробления должна находиться в пределах .Поэтому для выбранной модели дробилки необходимо убедиться, что она обеспечивает расчётную производительность, и степень дробления находиться в указанных пределах. Для этой цели строят график Расчеты для построения графика сводятся в таблицу.

Таблица 1. - Расчет производительности дробилки.

Dmax	i	dmax, мм	S, мм	b,мм	α,град	h,мм	v,м³	n,качаний в мин.	μ	П,м³/ч
210	4	52,5	25	400	21	65,1	0,00169	300	0,5	15,21
	6	35					0,00124			11,26
	8	26,3					0,00101			9,09

При расчёте приняты следующие обозначения:

- максимальный размер щебня;

- ход подвижной дробилки щеки, принимаем по таблице;

- длина камеры дробления, принимается по таблице;

- угол захвата щёковой дробилки, обычно ;

- высота призмы материала, разгружаемого за один оборот вала дробилки ; мм

- объём призмы материала, выпадающего из зоны дробления за один ход подвижной щеки

м³;

- производительность дробилки

- число качаний повижной щеки дробилки,

- коэффициент разрыхления материала.

м³/ч;

Строим график зависимости П=f(i):

Рис. 2. – График для определения максимальных значений степени дробления П=f(i);

График даёт возможность убедиться, что выбранная модель дробилки обеспечивает расчётную производительность при изменении степени дробления в доступных пределах, установить максимальное значение последней и определить размер ширины разгрузочного отверстия дробилки по формуле:

Таким образом, выбранная модель дробилки обеспечивает заданную производительность при степени дробления i=7,85.

2.3 Определение процентного содержания фракций продукта первичного дробления

При дроблении камня образуются фракции различного гранулометрического состава, которые в соответствии с ГОСТом расформировываются по крупности: 0-5; 5-10; 10- 20; 20-40.

Процентное содержание фракций зависит от ширины разгрузочного отверстия дробилки и устанавливается по графику 1, составленному по результатам ситового анализа.

Расчёты по определению выхода фракций сводим в таблицу 2:

Таблица 2. - Определение выхода фракций после первичного дробления в щековой дробилке.

Размер фракций, мм	% от общего объема	Расчетный коэффициент	Расчетная производительность, м³/ч	Выход фракций, м³/ч	Примечание
0-5	6	0,06	9,2	0,552	62 %
5-10	12	0,12		1,104
10-20	44	0,44		4,048
>20	38	0,38		3,496	38 %
Всего	100	1		9,2	38 %

После первичного дробления готовой продукции (фракция 0- 20) образуется 62%, следовательно, 38% поступает на вторичное дробление в конусную дробилку. В процессе дробления образуется лещадь (щебень продолговатой формы) размер которой может быть больше ширины разгрузочного отверстия дробилки. Принимаем максимальный размер лещади 41 мм (на 40-50 % больше разгрузочного отверстия).

Таким образом, в результате первичного дробления готовая продукция составит 62% ,а максимальный размер камня для вторичного дробления составит 41мм.

2.4 Обоснование и выбор промежуточного грохота

Так как после первичного дробления выход готовой продукции составил 62%, то целесообразно установить промежуточный грохот, что позволит снизить потребную производительность вторичного дробления и поспособствует улучшению технико – экономических показателей установки.

Модель грохота выбирается по следующим параметрам:

Расчётная производительность.

2) Площадь сита, м².

3) Количество потребных сит.

Определяем потребную площадь сита:

(т.к. размер отверстия сита 20 мм);

К₁=1,016.

; ,

К₂=0,81,

; ,

где X- содержание в нижнем классе зёрен размером менее половины отверстия размера сита, %.

К₃=0,5 (т.к. угол наклона сита к горизонту );

(т.к. сито наклонное).

м².

Количество устанавливаемых сит – одно. При площади промежуточного грохота 1,16и производительности 9,2 м³/ч принимаем промежуточный грохот С – 96А [2].

Технические характеристики грохота:

Полезная площадь сита 1,5 м²

Производительность до 16 м³/ч

Потребляемая мощность 4,5 кВт

Угол наклона в градусах 17- 22

Масса, кгс 970

2.5 Расчёт и выбор аппаратов второй стадии дробления

Выбор дробилки для второй стадии дробления производится аналогично как и для первой:

1) Максимальный размер загружаемого камня(по размеру лещади):

D_max=41мм (по размеру лещади);

2) Расчетная производительность П_р=3,496 м³/ч

Определяем размер разгрузочного отверстия дробилки по графику

d_max=20 мм; e =10 мм, что исключает получение лещади размером более

20 мм.

Выбираем валковую дробилку СМ-12Б [2].

Технические характеристики дробилки:

- пределы изменения ширины разгрузочного отверстия 10-30 мм

- максимальный размер загружаемого камня 85 мм

- производительность до 25 м³/ч

- мощность электродвигателя 20 кВт

- число оборотов валков в минуту 75

- масса 3,3 т.

2.6 Определение процентного содержания фракций продукта вторичного дробления и суммарного выхода фракций

Процентное содержание фракций зависит от ширины разгрузочного отверстия, принятой дробилки . Расчёты по определению выхода фракций сводим в таблицу 3.

Таблица 3. - Определение выхода фракций продукта вторичного дробления.

Размер фракции	% общего объёма	Расчётный коэффициент	Расчётная производительность	Выход фракции, м³/ч	Примечание
0-5	35	0,35	3,496	1,223	Готовая продукция
5-10	50	0,50		1,750
10-20	15	0,15		0,523
Всего:	100	1,00		3,496

Таблица 4. - Суммарный выход фракций первичного и вторичного дробления.

Стадия дробления	Выход фракции м³/ч			Готовая продукция
Стадия дробления	0-5мм	5-10мм	10-20мм	%	/ч
I	0,552	1,104	4,048	62	4,51
II	1,223	1,750	0,523	38	4,69
Всего,	1,775	2,854	4,571	-	9,2
Всего, %	19,3	31,0	49,7	100	-

2.7 Расчёт и выбор товарного грохота

Расчёт и выбор товарного грохота производится аналогично промежуточному, при этом количество потребных сит на одно меньше количества сортируемых фракций. Поскольку интенсивность грохочения зависит от размера отверстий сита расчёт потребной площади сита производится для всех сит

индивидуально, а при выборе модели грохота учитывается максимальная

площадь сита.

Имеется продукт рассева следующего гранулометрического состава:

0-5 мм – 19,3%

5-10 мм – 31,0%

10-20 мм – 49,7%

Выбираем комбинированную схему рассева с ситами, размером 5, 10, 20.

Схема гранулометрического состава:

Ø 20

10…20 49,7% 4,571 м³/ч

Ø 10

5…10 31,0% 2,854 м³/ч

Ø 5

0…5 19,3% 1,775 м³/ч

Расчёт потребной площади сит.

Расчёт производим по формуле:

Расчёт площади сита с ячейкой 10.

(т.к. размер отверстия сита 10 мм);

К₁=1,00 (т.к. зёрен нижнего класса в исходном материале, поступающего на сито№10 содержится 50,3%),

; ,

К₂=0,892,

; ,

где X- содержание в нижнем классе зёрен размером менее половины отверстия размера сита, %.

К₃=0,5 (т.к. угол наклона сита к горизонту );

(т.к. сито наклонное).

Расчёт площади сита с ячейкой 5.

м³/ч (т.к. размер отверстия сита 5 мм);

К₁ = 0,893,

; ,

где X- содержание зёрен нижнего класса в исходном материале, %.

К₂ = 1 (т.к. содержание в нижнем классе зёрен, размером менее половины размера отверстия сита принимаем за 50%),

К₃ = 0,5 (т.к. угол наклона сита к горизонту );

(т.к. сито наклонное).

Расчёт площади сита с ячейкой 20.

П=4,571 м³/ч

(т.к. размер отверстия сита 20 мм);

К₁= 1,25,

; ,

где X- содержание зёрен нижнего класса в исходном материале, %.

К₂ = 1,37 (т.к. содержание в нижнем классе зёрен, размером менее половины размера отверстия сита принимаем за 100%),

К₃=0,5 (т.к. угол наклона сита к горизонту );

(т.к. сито наклонное).

С учетом наибольшей площади сита назначаем марку товарного грохота модели СМ – 742.

Технические характеристики товарного грохота:

Полезная площадь сита 2,42 м²

Производительность до 80

Потребляемая мощность 5,5 кВт

Угол наклона в градусах до 25

Масса, кгс 2100

2.8 Расчёт аппаратов транспорта и хранения материала

Расчёт бункеров

Необходимо определить основные параметры пирамидально-призма-тического бункера, предназначенного для хранения в течении 4-ёх часов щебня фракций 10-20 мм; 4,571 м³/ч; ρ=1900 кг/м³; размер бункера в плане b x b= 2,2 x 2,2 м. Геометрические параметры бункера приведены на рис. 5.

Рис. 5 - Бункер для хранения сыпучих материалов.

Расчёт:

1) Определяем размер выпускного отверстия бункера:

где– поправочный коэффициент, для сухого материала ;

– максимальный размер загружаемого материала, ;

– угол естественного откоса материала в покое,

2) Принимаем размеры разгрузочного отверстия и определяем объём материала, который может быть выгружен через отверстие бункера в течении часа.

где – площадь поперечного сечения выпускного отверстия, ;

– скорость движения материала, ;

3) Определяем объём материала в бункере:

где 4,571 м³/ч - объём фракции, 2ч-время

4) Определяем время, затрачиваемое на разгрузку бункера:

;

5) Определяем основные размеры бункера. Углы наклонов стенок бункера к горизонту:

;

6) Определяем высоту пирамидальной части бункера:

;

7) Определяем высоту призматической части бункера. Находим из формулы объёма бункера:

;

8) Полная высота бункера равна:

9) Проверка угла наклона ребра бункера к горизонту.

Диагонали оснований пирамидальной части бункера:

10) При угле трения гравия по стали получим :

Следовательно материал во внутренних углах бункера оставаться не будет.

Расчёт лотков

Необходимо определить основные размеры спускного лотка, d_max=41мм падающего щебня на вторичное дробление. Средняя насыпная плотность γ_н=1900 кг/м³, пропускная способность лотка n=25 т/ч, высота спуска h=3,3 м, начальная скорость V₀=0,2 м/с, конечная допустимая скорость V_доп=2,4 м/с. Геометрические параметры лотка приведены на рисунке 6,а.

а) б)

Рис. 6 – Лотки: а – одинарный лоток; б – составной лоток.

Для предварительного расчёта выбираем односекционный лоток с коэффициентом трения о поверхность μ_тр=0,7. Угол наклона определим по формуле:

α=φ+(5°÷10°),

где φ – угол трения, φ=35°;

α=35+5=40°.

Определим конечную скорость при заданных параметрах по формуле:

где g – ускорение свободного падения, g=9,81 м/с²;

=3,28 м/с.

Конечная скорость V_K=3,28 м/с > V_доп=2,4 м/с, поэтому переходим на составной лоток. Определим его геометрические параметры, представленные на рисунке 2б:

= =4,3 м;

==1,76м;

h₂=h-h₁; h₂=3,3–1,76=1,54 м;

; =0,7

tg₂=35⁰

Определим конечную скорость на втором участке при конечной скорости первого участка, являющейся начальной для второго равна V₀=0,2 м/с заданных параметрах по формуле:

Моделирование гидродинамических процессов 📙 Курсовая → 🆔 132306