Диссертация (1026327), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1.14). [47]Н – высота столба гидромассы;δ - толщина слоя частиц, задержанныхсеткой в процессе фильтрованияРис. 1.14.Фильтрационная воронка:1 – некоторое количество твердых частиц; 2 – сборник фильтрата; 3 - опорнаяперегородка с отверстиями; 4 - ткань или сетка; 5 – рабочая камера; 6 –гидромасса; 7 – слой частиц, задержанных сеткойИстинную скорость движения жидкости в порах слоя из полидисперсныхчастиц трудно установить, в связи с тем, что размеры и конфигурацию каждойпоры учесть практически невозможно. Поэтому вместо истинной скоростидвижения жидкости пользуются ее условной величиной, называемой скоростьюфильтрации uф (м/с):uф = Vп / (tF) = Q/F = V/t,(1.1)35где Vп, V - объемы жидкости, фильтрующейся за время t соответственно черезсечение слоя площадью F, м3; Vп/t = Q - расход жидкости, фильтрующейся черезсечение площадью F, в единицу времени, м3/с.А.
Дарси, изучая движение жидкости в среде из тонкодисперсных частиц,показал, что скорость фильтрации подчиняется эмпирическому закону:uф=kDP/ l=kDI,(1.2)где kD - коэффициент фильтрации Дарси; Р - разность давлений фильтрующийсяжидкости в начале и в конце пути длиной l, Мпа; I = Р/l - градиент давления.М.Л. Пауазейль установил, что движение жидкости в порах дисперсныхсред носит ламинарный характер. При фильтровании гидромассы толщина слоя идлина капилляров за счет отложения твердых частиц непрерывно увеличиваются.Кроме того, жидкость проходит не только поры слоя, но и сетки, на которойобразовался слой.В работах Кузнецова А.Г., Берней И.И., Харламова А.Г., Горяйнова К.Э.,Кугушева И.Д.
и других современных авторов приводится исследования потехнологииизготовлениятеплоизоляционныхволокнистыхматериаловсиспользованием в качестве связующего органических смол, цементов ибентонитовых глин. Теплоизолирующие изделия из них или токсичны, или имеютвысокую плотность. Процессы фильтрационной технологии, в данных работах,практически не рассматривается [47, 52-59].В работах Ю.Ц. Куникова [48, 60] подробно рассмотрен процессфильтрационного осаждения при изготовлении теплозащитных материалов наоснове штапельных кварцевых и капроновых волокон с использованием вкачестве связки твердой фенольной смолы СФ-300.
Приведены основныетеоретические подходы по определению скорости фильтрации.Для определения скорости фильтрования гидромассы через пористую средуиспользовано уравнение Дарси, выраженное через сопротивление осадкадвижению жидкости, в следующей форме [47]:uф =Р/µ RΣ,(1.3)36где Р = Р1 – P2 - перепад давления, МПа; µ- динамическая вязкость, кг·сек /м2; RΣ=Rсл + Rф - полное сопротивление, равное сопротивлению осадка (слоя) ифильтровальной перегородки, м -1.С другой стороны, скорость фильтрации определялись выражением:uф = dh / dτ = dρ*/Cт dτ,(1.4)где dh - элементарная высота слоя гидромассы, м; ρ* - поверхностная плотностьосадка, кг/м2; Ст- концентрация твердой фазы в гидромассе, кг/м3.Удельное сопротивление осадка может быть описано эмпирическимуравнением вида:rm = rо+ à Рαсл,(1.5)где rо - удельное сопротивление слоя при Рсл = 0, м/кг; а - коэффициентпропорциональности, м/кг; α - коэффициент сжимаемости; Рсл - перепад давленияна слое осадка, Н/м2.Время набора слоя определяется выражением [48, 56]:τ = (µRф / Cт Р) ρ* + [µ(rо + à Рα сл ) /2CтР] ρ*2,(1.6)где экспериментальные значения параметров:rо - постоянное сопротивление, м/кг…………………………2,75·108;а - коэффициент пропорциональности, м/кг………………..0,46·108;α - коэффициент сжимаемости……………………………….1,00;Rсл - сопротивление фильтра, м -1…………………………….4,8·108.Математическоемоделированиепроцессажидкостногоформованиятеплоизолирующего слоя из коротких волокон методом фильтрационногоосаждения были выполнены Тимофеевым М.П.
[2]. Для формирования деталей изволокнистых ТИМ методом фильтрационного осаждения готовится гидромассасмешиванием объемов волокнистого наполнителя V в и раствора связующего V ж .Толщину детали определяется через объемное содержание волокна в осажденномслое:δ = υ k ρ gHυ в0ln 1 + внб 1υ вкk 1υ внб ρ g ,(1.7)37где υв0 - доля волокна наполнителя в пульпе; υвнб - доля волокна наполнителянаибольшая в осажденном слое; ρ – плотность гидромассы.Уравнениесжимаемостиотфильтрованногоосадкасподпрессовкойпредставлено в виде:υв = υвк +υвнб (1− е−k P ) ,(1.8)1гдеυвк –минимальная доля волокна в условиях отсутствия гидростатическогодавления P.
Коэффициент k1 определяется из уравнения:k1 =υ в max − υ вк,υ внб ρgHесли экспериментально определены значения υвmax и υвк. Применение законасохранения массы при анализе процесса фильтрования позволяет математическиописать динамику увеличения толщины детали во времени.Очевидно, что необходимыми требованиями является сокращение временитехнологического процесса и уменьшение перепада давления, используемое прифильтрационном осаждении. Если первое требование означает повышениепроизводительности процесса при сохранении однородности осадка, то второетребование по минимизации перепада давления также имеет существенноезначение с точки зрения упрощения технологического оборудования и оснастки.При этом использование малых давлений улучшает структурные характеристикиформируемого слоя осадка волокон.Однако использование рассмотренных теоретических подходов и данныхэкспериментальных исследований процесса фильтрации при формообразованииизделий в асбоцементном и в бумажном производстве, при изготовлениитеплозащитыабляционноготипас фенольнойсмолыСФ-300являетсязатруднительным.
А исследования М.П. Тимофеева были направлены наопределение теплоизоляционных свойств материалов из коротких кварцевых,базальтовых и каолиновых волокон. При этом в приведенных работах нерассмотреныпроцессытеплоизолирующихформообразованияконструкцийизкороткихсложнопрофильныхбазальтовыхволокон,38обеспечивающих требуемый коэффициент теплопроводности материала изаданные размеры изделия.Учитывая современные требования к теплоизоляции элементов машин,медицинской техники, бытовых приборов, теплоизоляции трубопроводов,работающих при высоких температурах или связанных с транспортировкойкриогенных топлив в авиационно-космической технике, необходимо дальнейшееизучение теплофизических характеристик и совершенствование технологическихпроцессов изготовления из коротких базальтовых волокон методом жидкостнойфильтрации теплоизолирующих конструкций различного назначения.1.4.
Результаты анализа эффективности применения теплоизолирующихизделий из коротких волокон. Выводы и постановка задач исследованиядиссертационной работыПроблема эффективности - это всегда проблема выбора. В сферепроектирования теплоизоляционных материалов и покрытий выбор касается того,какой вид продукции и каким способом его изготавливать для обеспечениянеобходимыхсвойств.Минимальнымкоэффициентомтеплопроводности(Рис. 1.15) обладает экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ) и сухой воздух.Чтобы исключить лучистый перенос тепла по воздуху используется ячеистая(пенопласты) или волокнистая теплоизоляция. Однако пенопласты длительноработают только при температурах до 70-120 °С, а теплоизоляция из минеральныхволокон - при температурах до 400-750 °С.Важным направлением развития любой области является разработка новыхили усовершенствование существующих материалов, обеспечивающих высокуюнадежность и эксплуатационные характеристики изделий. По теплофизическим ихимическим характеристикам наиболее перспективными в настоящее времяявляются высокопористая теплоизоляция на основе супертонких штапельныхбазальтовых волокон и сухого воздуха (Рис.
1.16).39Рис. 1.15.Зависимости коэффициентов теплопроводности воздуха и теплоизоляционныхматериалов от температурыРис. 1.16.Зависимость коэффициента теплопроводности от температуры для компонентови базальтовой теплоизоляции с пористостью 0,94 на основе правиласуммирования40Структура материала теплоизолирующих изделий обязана удовлетворятьособымтребованиям.Онидолжныхарактеризоватьсявысокойобщейпористостью, так как воздух, заполняющий поры, - плохой проводник теплоты.
Сдругой стороны, для снижения конвективного переноса теплоты необходимостремиться к максимально возможному уменьшению размеров пор и ходов,соединяющих эти поры. Поэтому технология изготовления теплоизоляционныхматериалов должна содержать в себе предварительное измельчение и очисткуисходных штапельных волокон от мусора и не волокнистых включений в видекорольков и сростков.Структура волокнистого материала во многом зависит от методовизготовления теплоизолирующих конструкций и покрытий изделий.Для получения качественной высокопористой волокнистой теплоизоляциинеобходимо:- использование экологически чистых и дешевых базальтовых волокон;- исходные базальтовые волокна должны быть измельчены и очищены отмусора и корольков и сростков;-вкачественеорганическогосвязующего(связки)перспективноиспользование высокотемпературных оксидов, например, Al2O3;- применение метода, который позволит получить однородной структурыматериала по всему объему - метод фильтрационного осаждения.Длярешенияпоставленнойцелибылисформулированызадачиисследования:1.
Разработать 2-х стадийную технологию изготовления ТИМ из короткихбазальтовых волокон и минеральной связки А1203 методом фильтрационногоосаждения,включающуюполучениеполуфабрикатаиформообразованиевысокопористых теплоизоляционных изделий.2. Разработать математическую модель процесса формообразованиятеплоизолирующих конструкций методом фильтрационного осаждения из пульпыкоротких базальтовых волокон и минеральной связки на основании закона А.Дарси.413.Провеститеоретическиеиэкспериментальныеисследованияпоопределению коэффициента теплопроводности и теплофизических характеристикна плоских и цилиндрических образцах волокнистой базальтового теплоизоляциис учетом лучистого переноса тепла и продолжительности времени испытаний.4.Разработатьтеплоизолирующегоинженернуюпокрытияметодикувыборанасосно-компрессорныхтолщинытрубстенкиввидецилиндрических скорлуп по требуемому перепаду температур:- с учетом лучистого переноса тепла в межпоровом пространстве;- без учета лучистого переноса тепла в межпоровом пространстве;5.
Провести оценку результатов теоретических и экспериментальныхисследований коротковолокнистой композитной теплоизоляции из базальтовыхволокон в виде цилиндрических скорлуп на модельных образцах труб НКТ.42ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХ СТАДИЙНОЙТЕХНОЛОГИИФОРМОВАНИЯТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХВЫСОКОПОРИСТЫХКОНСТРУКЦИЙИЗКОРОТКИХБАЗАЛЬТОВЫХ ВОЛОКОН И МИНЕРАЛЬНОЙ СВЯЗКИ МЕТОДОМЖИДКОСТНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ2.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
