Вплив опору повітря на рух частинки по радіальній лопатці обертового барабана

Abstract

Пристрої для перемішування на основі обертових барабанів знаходять все більше поширення при розробці біотехнологічних процесів ферментації, а тому підвищення ефективності їх роботи шляхом обґрунтування методів визначення параметрів відцентрового руху частинок по радіальній лопатці в обертовому барабані, які дозволять встановити раціональні значення кутової швидкості та конструктивні параметри обертових барабанів, потребує подальшого удосконалення. Досліджено рух матеріальної частинки по радіальній лопатці в обертовому барабані із врахуванням наступних параметрів: діаметра та радіуса барабану, початкового радіуса положення матеріальної частинки на лопатці, прискорення сили тяжіння, коефіцієнта тертя матеріалу по лопатці, еквівалентного діаметра та щільності частинки, а також динамічної в’язкості повітря. Використання параметрів руху матеріальної частинки по радіальній лопатці в обертовому барабані, що були наведені раніше, дозволили визначити та порівняти закономірності руху частинки з урахуванням та без урахування опору повітря в залежності від квадранта, в якому вона знаходиться. Отримані траєкторії матеріальної частинки при русі по радіальній лопатці в обертовому барабані дозволили визначити вплив опору повітря на радіальне переміщення та радіальну швидкість частинки в 4-х квадрантах. Дані дослідження показують, що на траєкторію руху матеріальної частинку в різних квадрантах впливає відцентрова сила, сила тертя, що виникає за рахунок коріолісової сили, сила тертя за рахунок сили тяжіння, а також безпосередньо сила тяжіння. Але кожна сила впливає по-різному в залежності від місця знаходження матеріальної частинки, тобто кута ковороту радіальної лопатки.

The devices for mixing on the basis of rotary drums are increasingly used in the development of biotechnological processes of fermentation, and therefore, increasing the efficiency of their work by substantiating methods for determining the parameters of the centrifugal movement of particles on a radial shovel in a rotating drum that will allow the establishment of rational angular velocity and structural parameters of rotary drums, needs further improvement. In this work the motion of a material particle on a radial shovel in a rotating drum with the consideration of the following parameters: the diameter and radius of the drum, the initial radius of the position of the material on the shoulder blade, the acceleration of gravity, the coefficient of friction of the material on the shaft, the equivalent diameter and particle density, and also the dynamic 'air quality. The use of particle motion parameters on a radial shovel in a rotating drum, as shown above, allowed to determine and compare the patterns of particle motion, taking into account and without taking into account the air resistance, depending on the quadrant in which it is located. The trajectories of the material particle in motion along the radial shovel in a rotating drum have allowed to determine the effect of the air resistance on radial displacement and the radial velocity of the particle in 4 quadrants. These studies show that the trajectory of the motion of a material particle in different quadrants is influenced by the centrifugal force, the friction force that occurs due to the coriolis force, the frictional force due to the gravitational force, and also the force of gravity. But each force influences differently, depending on the location of the material particle, that is, the angle of the vane of the radial blade.

Устройства для перемешивания на основе вращающихся барабанов находит все большее распространение при разработке биотехнологических процессов ферментации, а потому повышение эффективности их работы путем обоснования методов определения параметров центробежного движения частиц по радиальной лопатке во вращающемся барабане, которые позволят установить рациональные значения угловой скорости и конструктивные параметры вращающихся барабанов, требует дальнейшего совершенствования. Исследовано движение материальной частицы по радиальной лопатке во вращающемся барабане с учетом следующих параметров: диаметра и радиуса барабана, начального радиуса положения материальной частицы на лопатке, ускорение силы тяжести, коэффициента трения материала по лопатке, эквивалентного диаметра и плотности частицы, а также динамической вязкости воздуха. Использование параметров движения материальной частицы по радиальной лопатке во вращающемся барабане, которые были приведены ранее, позволили определить и сравнить закономерности движения частицы с учетом и без учета сопротивления воздуха в зависимости от квадранта в котором она находится. Полученные траектории материальной частицы при движении по радиальной лопатке во вращающемся барабане позволили определить влияние сопротивления воздуха на радиальное перемещение и радиальную скорость частицы в 4-х квадрантах. Данные исследования показывают, что на траекторию движения материальной частичку в различных квадрантах влияет центробежная сила, сила трения, возникающая за счет кориолисовой силы, сила трения за счет силы тяжести, а также непосредственно сила тяжести. Но каждая сила воздействует по-разному в зависимости от места нахождения материальной частицы, то есть угла поворота радиальной лопатки.