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

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 фильтрации жидкости между частицами в слое не меняется (v = const). В рамках проводимых экспериментов увеличение фиктивной скорости ограничено возможным расширением ожиженного слоя в пределах высоты корпуса аппарата. Во второй серии экспериментов исследовалось совместное влияние двух управляющих параметров — скорости жидкости и напряженности накладываемого магнитного поля. Наложение магнитного поля на ожиженный слой приводит к агрегированию ферромагнитных частиц [4]. При этом ни гравитационная, ни архимедова силы, действующие на слой, не изменяются, следовательно, остаются постоянными перепад давления в слое и его гидродинамическое сопротивление. Однако изменение режима обтекания частиц при их агрегировании приводит к изменению высоты слоя. Агрегаты частиц выглядят как цепочки, выстроенные по направлению силовых линий магнитного поля и продольно обтекаемые водой. Воздействие магнитного поля приводит к изменению коэффициента гидродинамического сопротивления ферромагнитных частиц. В реальном МГ-сепараторе присутствуют сростки магнетита с кварцем, обладающие разной магнитной восприимчивостью, в результате чего наблюдается вынос не вошедших в агрегаты слабомагнитных частиц. В лабораторном аппарате используется полностью агрегируемый чистый магнетит. Эксперименты проводились с тремя классами крупности, при пяти различных напряженностях магнитного поля и изменением скорости жидкости. Анализ результатов экспериментов Как было указано выше, в математическом описании исследуемого процесса используются коэффициенты подобия, зависящие от его параметров. В расчетах параметры следующие: - плотность материала частиц pp и ожижающей среды pf [кг/м3]; - ускорение свободного падения g [м/с2]; - высота слоя частиц h [м]; - площадь поперечного сечения слоя (аппарата) S [м2]; - порозность слоя или удельный объем жидкости в слое 8 (безразмерная величина); - характерный линейный размер частицы слоя d [м]; - коэффициент формы частиц слоя Ф (безразмерная величина); - скорость жидкости через полное сечение аппарата (фиктивная скорость жидкости) v [м/с]; - коэффициент динамической вязкости жидкости л [Па*с]; - напряженность магнитного поля H [Э] (в практике наиболее часто используется не единица системы СИ [А/м], а единица системы СГС — эрстед [Э], или [Oe]). Эти параметры входят в формулы двух критериев подобия, широко используемых при исследовании движения частиц в жидкостях и/или газах. В первую очередь это критерий Рейнольдса [15] при переходе слоя частиц в ожиженное состояние: v*d*pf Re = ------- L. л Вторым является число Архимеда [16], которое характеризует соотношение между силой Архимеда и вязкими силами в потоке: А г = d*Pf *(Pp- Pf) Результаты экспериментов с частицами кварца и магнетита без наложения магнитного поля (рис.1) показывают, что с увеличением размера частиц для поддержания определенной высоты ожиженного слоя h, а, следовательно, и его порозности в требуется большая скорость восходящего потока жидкости v. Это соответствует уравнению Стокса [17], согласно которому скорость осаждения частиц в жидкости пропорциональна квадрату их размера d и разности плотностей частиц pp и жидкости pf d2*g*(pv - pf) V = --------- -——. 18*л л2 © Олейник А. Г., Бирюков В. В., Никитин Р. М., 2023 105