Труды КНЦ (Технические науки вып. 7/2023(14))

продуктов. Авторами настоящей работы для создания обладающей невысокой вычислительной сложностью модели, прогнозирующей порозность и высоту ожиженного слоя в МГ-сепараторе, предлагается использовать модифицированную формулу Тодеса. Цель исследования и организация экспериментов Целью исследования является оценка влияния управляющих параметров технологического процесса разделения компонентов ферромагнитной суспензии на динамику изменения состояния сформированного в аппарате ожиженного слоя. В исследовании применен метод физического подобия, основанный на модели аппарата, имеющей ту же физическую природу, что и изучаемый объект. Подобие между реальным явлением и его физической моделью обеспечивается использованием коэффициентов (или критериев) подобия — безразмерных числовых значений, зависящих от параметров исследуемого явления. Эта зависимость может быть простой (тривиальной), как, например, при геометрическом подобии, так и довольно сложной. То есть, объекты или явления могут считаться подобными, если они могут быть описаны одной и той же математической моделью, а значения характеризующих их переменных связаны между собой коэффициентами подобия. Впервые инструмент физического моделирования, основанный на критериальном подходе, был предложен еще в начале XX в. Н. А. Морозовым [10] и нашел широкое применение и дальнейшее развитие как в нашей стране, так и за рубежом [11, 12]. Представленные в настоящей работе исследования проводились с использованием лабораторного аппарата цилиндрической формы (диаметр — 0,07 м, высота — 0,4 м). Цилиндр окружен соленоидом, позволяющим создавать в его объеме вертикальное осесимметричное магнитное поле, воздействие которого приводит к формированию стабилизированного ожиженного слоя (MSFB — Magnetically Stabilized Fluidized Bed ). В качестве управляющих параметров рассматривались скорость восходящего потока ожижающей жидкости (промывной воды, подаваемой в нижнюю часть аппарата) и напряженность создаваемого соленоидом магнитного поля. На начальном этапе в качестве объектов исследования отдельно использовались частицы ферромагнитного магнетита и диамагнитного кварца трех различных узких классов крупности. Данные для разработки математической модели были получены в результате проведения двух серий лабораторных экспериментов. Исходная высота слоя частиц во всех экспериментах была одинаковой и составляла 0,053 м Первая серия экспериментов была направлена на определение влияния изменения скорости восходящего потока жидкости с фиксированной температурой на изменение высоты ожиженных слоев кварцевых и магнетитовых частиц. Температура промывной жидкости также является значимой характеристикой процесса, т. к. она влияет на динамическую вязкость среды. С математическим описанием процессов, которые имеют место при прохождении восходящего потока газа или жидкости через пористый слой твердых частиц, можно ознакомится в целом ряде работ различных авторов [13, 14]. Подаваемая снизу в лабораторный аппарат жидкость фильтруется через зернистый слой частиц крупности dp , имеющий начальную высоту ho и порозность so. При этом зернистый слой оказывает гидродинамическое сопротивление движению фильтрующейся сквозь него жидкости. Скорость жидкости, отнесенная к полному сечению аппарата, называется фиктивной скоростью. При постепенном ее увеличении растет сила гидродинамического сопротивления слоя и перепад давления между его верхней и нижней частями. При достижении скоростью жидкости v определенной величины зернистый слой переходит в состояние ожижения, что характеризуется началом хаотического движения частиц слоя. Эта скорость v^ называется первой критической скоростью. При достижении восходящим потоком жидкости первой критической скорости v = v^ перепад давления становится равным весу слоя, который, в свою очередь, равен разности суммарной силы тяжести входящих в него частиц и действующей на них силы Архимеда. Вследствие этого слой частиц оказывается подвешенным в потоке. Такое состояние называется состоянием ожижения слоя или кипящим слоем. При дальнейшем увеличении фиктивной скорости жидкости (v > v^) наблюдается увеличение высоты слоя (h > ho) за счет увеличения его порозности (s > so). При этом скорость Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 7. С. 102-111. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 7. P. 102-111. © Олейник А. Г., Бирюков В. В., Никитин Р. М., 2023 104