Встановлення умов утворення пристінкового шару зв’язного зернистого завантаження обертового барабана

Автор(и)

  • Юрій Васильович Науменко Національний університет водного господарства та природокористування, Україна https://orcid.org/0000-0003-3658-3087
  • Катерина Юріївна Дейнека Національний університет водного господарства та природокористування, Україна https://orcid.org/0000-0001-7376-6734
  • Тамара Василівна Мироненко Національний університет водного господарства та природокористування, Україна https://orcid.org/0000-0002-3613-9296

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.240194

Ключові слова:

барабанно-валковий млин, зв’язне зернисте завантаження, утворення пристінкового шару, реологічний гістерезис

Анотація

Оцінено вплив динамічних параметрів руху на утворення та зникнення на циліндричній поверхні камери обертового барабана пристінкового шару зв’язного зернистого завантаження.

На основі результатів експериментальної візуалізації течії виявлено вплив зв’язності на поведінку зернистого завантаження. Встановлено гідродинамічний ефект квазізрідження завантаження під дією зв’язності, який полягає у виникненні зчіпної взаємодії між сусідніми шарами та з поверхнею камери. Виявлено перетворення зсувної циркуляційної течії на однорідний щільний кластерізований потік зі сповзанням та перекочуванням без відносного руху частинок.

Встановлено гідродинамічні характеристики переходу циркуляційної течії у режим пристінкового шару, під час прискорення обертання. Такий перехід реалізується шляхом плавного зростання товщини шару при циркуляції решти завантаження у нижній частині камери.

Встановлено ефект реологічного гістерезису руху завантаження обертової камери, зумовлений квазізрідженням зв’язного зернистого середовища. Ефект полягає у перевищенні швидкісної межі ωfl утворення пристінкового шару, при прискоренні обертання, над межею ωdl зникнення шару, при сповільненні обертання. Прояв гістерезису переважно посилюється зі збільшенням числа Рейнольдса. Інтенсивність посилення прояву гістерезису зростає зі зменшенням ступеня заповнення камери. Значення числа Фруда для меж ωfl і ωdl зростає зі збільшенням Re. Встановлено, що при відносному розмірі частинок дисперсного завантаження ψdc≈(0.065–1.04)·10‑3 та Re=30–500, Fr=1–2.9, для межі ωfl, та Fr=0.5–1.4, для межі ωdl. Виявлено перевищення значення Fr для межі ωfl над таким значення для межі ωdl у 1.6–2.1 рази.

Встановлені ефекти дозволяють обґрунтувати раціональні параметри процесу подрібнення в барабанно-валкових млинах

Біографії авторів

Юрій Васильович Науменко, Національний університет водного господарства та природокористування

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра будівельних, дорожніх, меліоративних, сільськогосподарських машин і обладнання

Катерина Юріївна Дейнека, Національний університет водного господарства та природокористування

Кандидат технічних наук

Рівненський технічний професійний коледж

Тамара Василівна Мироненко, Національний університет водного господарства та природокористування

Рівненський технічний професійний коледж

Посилання

  1. Chen, Y. Q., Li, X. X., Sun, G. Y. (2015). Reviewing on the working mechanism of horizontal roller mill based on the rule of layer material crushing. 2015 4th International Conference on Computer Science and Network Technology (ICCSNT), 1534–1536. doi: https://doi.org/10.1109/iccsnt.2015.7491021
  2. Brewster, R., Grest, G. S., Levine, A. J. (2009). Effects of cohesion on the surface angle and velocity profiles of granular material in a rotating drum. Physical Review E, 79 (1). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.79.011305
  3. Liu, P. Y., Yang, R. Y., Yu, A. B. (2011). Dynamics of wet particles in rotating drums: Effect of liquid surface tension. Physics of Fluids, 23 (1), 013304. doi: https://doi.org/10.1063/1.3543916
  4. Kasper, J. H., Magnanimo, V., Jarray, A. (2019). Dynamics of discrete wet granular avalanches in a rotary drum. Proceedings of the 8th International Conference on Discrete Element Methods (DEM8). Available at: https://mercurylab.co.uk/dem8/wp-content/uploads/sites/4/2019/07/99.pdf
  5. Kasper, J. H., Magnanimo, V., de Jong, S. D. M., Beek, A., Jarray, A. (2021). Effect of viscosity on the avalanche dynamics and flow transition of wet granular matter. Particuology. doi: https://doi.org/10.1016/j.partic.2020.12.001
  6. Hagen, T., Luding, S., van der Meer, D., Magnanimo, V., Jarray, A. (2021). Liquid migration in flowing granular materials. EPJ Web of Conferences, 249, 09001. doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/202124909001
  7. Xu, Q., Orpe, A. V., Kudrolli, A. (2007). Lubrication effects on the flow of wet granular materials. Physical Review E, 76 (3). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.76.031302
  8. Wojtkowski, M., Imole, O. I., Ramaioli, M., Chávez Montes, E., Luding, S. (2013). Behavior of cohesive powder in rotating drums. AIP Conference Proceedings, 1542, 983. doi: https://doi.org/10.1063/1.4812098
  9. Jarray, A., Magnanimo, V., Ramaioli, M., Luding, S. (2017). Scaling of wet granular flows in a rotating drum. EPJ Web of Conferences, 140, 03078. doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714003078
  10. Jarray, A., Magnanimo, V., Luding, S. (2019). Wet granular flow control through liquid induced cohesion. Powder Technology, 341, 126–139. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.02.045
  11. Mellmann, J. (2001). The transverse motion of solids in rotating cylinders – forms of motion and transition behavior. Powder Technology, 118 (3), 251–270. doi: https://doi.org/10.1016/s0032-5910(00)00402-2
  12. Watanabe, H. (1999). Critical rotation speed for ball-milling. Powder Technology, 104 (1), 95–99. doi: https://doi.org/10.1016/s0032-5910(99)00031-5
  13. Juarez, G., Chen, P., Lueptow, R. M. (2011). Transition to centrifuging granular flow in rotating tumblers: a modified Froude number. New Journal of Physics, 13 (5), 053055. doi: https://doi.org/10.1088/1367-2630/13/5/053055
  14. Benedito, W. M., Duarte, C. R., Barrozo, M. A. S., Santos, D. A. (2021). Cataracting-centrifuging transition investigation using nonspherical and spherical particles in a rotary drum through CFD simulations. Particuology. doi: https://doi.org/10.1016/j.partic.2021.03.012
  15. Naumenko, Y. (2017). Modeling a flow pattern of the granular fill in the cross section of a rotating chamber. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (1 (89)), 59–69. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.110444
  16. Naumenko, Y. (2017). Modeling of fracture surface of the quasi solid-body zone of motion of the granular fill in a rotating chamber. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2 (1 (86)), 50–57. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.96447
  17. Naumenko, Y., Sivko, V. (2017). The rotating chamber granular fill shear layer flow simulation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (7 (88)), 57–64. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.107242
  18. Naumenko, Y. V. (2000). Stability of the tubular layer of a deformed material in a rotating horizontal cylinder. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 41 (1), 108–114. doi: https://doi.org/10.1007/bf02465244
  19. Naumenko, Y. V. (1993). Velocity regimes of motion of a viscous liquid in a horizontal rotating cylinder. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 64 (5), 453–459. doi: https://doi.org/10.1007/bf00862634
  20. Naumenko, Y. V. (1996). Stability of a Tube of a Viscous Fluid in a Horizontal Rotating Cylinder. International Journal of Fluid Mechanics Research, 23 (3-4), 271–277. doi: https://doi.org/10.1615/interjfluidmechres.v23.i3-4.100
  21. White, R. E. (1956). Residual condensate, condensate behaviour, and siphoning in paper driers. Technical Association of the Pulp and Paper Industry, 39, 228.
  22. White, R. E., Higgins, T. W. (1958). Effect of fluid properties on condensate behaviour. Technical Association of the Pulp and Paper Industry, 41 (2), 71–76.
  23. Preziosi, L., Joseph, D. D. (1988). The run-off condition for coating and rimming flows. Journal of Fluid Mechanics, 187, 99–113. doi: https://doi.org/10.1017/s0022112088000357
  24. Johnson, R. E. (1988). Steady-state coating flows inside a rotating horizontal cylinder. Journal of Fluid Mechanics, 190, 321–342. doi: https://doi.org/10.1017/s0022112088001338
  25. Chew, J. W. (1996). Analysis of the oil film on the inside surface of an aero-engine bearing chamber housing. ASME 1996 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition, 96-GT-300, V001T01A082. doi: https://doi.org/10.1115/96-gt-300
  26. Thoroddsen, S. T., Mahadevan, L. (1997). Experimental study of coating flows in a partially-filled horizontally Rotating cylinder. Experiments in Fluids, 23 (1), 1–13. doi: https://doi.org/10.1007/s003480050080
  27. Ivanova, A. A., Kozlov, V. G., Chigrakov, A. V. (2004). Dynamics of a Fluid in a Rotating Horizontal Cylinder. Fluid Dynamics, 39 (4), 594–604. doi: https://doi.org/10.1023/b:flui.0000045675.82694.6c
  28. Naumenko, Y. V. (2004). The Regime Hysteresis of Viscous Flow with Free Surface in Rotating Horizontal Cylinder. International Journal of Fluid Mechanics Research, 31 (4), 358–368. doi: https://doi.org/10.1615/interjfluidmechres.v31.i4.50
  29. Phillips, O. M. (1960). Centrifugal waves. Journal of Fluid Mechanics, 7 (3), 340–352. doi: https://doi.org/10.1017/s0022112060000128
  30. Naumenko, Yu. V. (2001). Numerical calculation of the flow regimes of a fluid partially filling a horizontal rotating heat‐exchange cylinder. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 74, 736–744. doi: https://doi.org/10.1023/A:1016728915801
  31. Deiber, J. A., Cerro, R. L. (1976). Viscous Flow with a Free Surface Inside a Horizontal Rotating Drum. I. Hydrodynamics. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, 15 (2), 102–110. doi: https://doi.org/10.1021/i160058a004
  32. Seiden, G., Thomas, P. J. (2011). Complexity, segregation, and pattern formation in rotating-drum flows. Reviews of Modern Physics, 83 (4), 1323–1365. doi: https://doi.org/10.1103/revmodphys.83.1323
  33. Breu, A. P. J., Kruelle, C. A., Rehberg, I. (2003). Pattern formation in a rotating aqueous suspension. Europhysics Letters (EPL), 62 (4), 491–497. doi: https://doi.org/10.1209/epl/i2003-00379-x
  34. Govender, I. (2016). Granular flows in rotating drums: A rheological perspective. Minerals Engineering, 92, 168–175. doi: https://doi.org/10.1016/j.mineng.2016.03.021
  35. On dense granular flows (2004). The European Physical Journal E, 14 (4), 341–365. doi: https://doi.org/10.1140/epje/i2003-10153-0
  36. Forterre, Y., Pouliquen, O. (2008). Flows of Dense Granular Media. Annual Review of Fluid Mechanics, 40 (1), 1–24. doi: https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.40.111406.102142
  37. Aranson, I. S., Tsimring, L. S. (2002). Continuum theory of partially fluidized granular flows. Physical Review E, 65 (6). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.65.061303
  38. Ouyang, H. W., Huang, L. H., Cheng, L., Huang, S. C., Wang, Q., Liu, Z. M., Zhang, X. (2013). Behavior of hysteretic transition of granular flow regimes in a slow rotating drum. Materials Science and Engineering of Powder Metallurgy, 18 (2), 155–162.
  39. Balmforth, N. J., McElwaine, J. N. (2018). From episodic avalanching to continuous flow in a granular drum. Granular Matter, 20 (3). doi: https://doi.org/10.1007/s10035-018-0822-1
  40. Perrin, H., Clavaud, C., Wyart, M., Metzger, B., Forterre, Y. (2019). Interparticle Friction Leads to Nonmonotonic Flow Curves and Hysteresis in Viscous Suspensions. Physical Review X, 9 (3). doi: https://doi.org/10.1103/physrevx.9.031027
  41. Santos, D. A., Scatena, R., Duarte, C. R., Barrozo, M. A. S. (2016). Transition phenomenon investigation between different flow regimes in a rotary drum. Brazilian Journal of Chemical Engineering, 33 (3), 491–501. doi: https://doi.org/10.1590/0104-6632.20160333s20150128
  42. Chou, S. H., Hsiau, S. S. (2011). Experimental analysis of the dynamic properties of wet granular matter in a rotating drum. Powder Technology, 214 (3), 491–499. doi: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2011.09.010
  43. Tegzes, P., Vicsek, T., Schiffer, P. (2002). Avalanche Dynamics in Wet Granular Materials. Physical Review Letters, 89 (9). doi: https://doi.org/10.1103/physrevlett.89.094301
  44. Tegzes, P., Vicsek, T., Schiffer, P. (2003). Development of correlations in the dynamics of wet granular avalanches. Physical Review E, 67 (5). doi: https://doi.org/10.1103/physreve.67.051303

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-31

Як цитувати

Науменко, Ю. В., Дейнека, К. Ю., & Мироненко, Т. В. (2021). Встановлення умов утворення пристінкового шару зв’язного зернистого завантаження обертового барабана. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1(113), 51–61. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.240194

Номер

Том 5 № 1(113) (2021): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Виробничо-технологічні системи

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Yuriy Naumenko, Kateryna Deineka, Tamara Myronenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.